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Verfahren zur Herstellung von Schaumkörpern
Es ist bekannt, Schaumkörper aus Polystyrol herzustellen. Hiebei werden Treibmittel in dem zu schäumenden Polystyrol gleichmässig verteilt und in verschliessbaren Formen auf Temperaturen etwa entsprechend dem Siedepunkt des Treibmittels erwärmt. Das Arbeiten In den verschliessbaren Formen erfolgt, um das Verschweissen der einzelnenZellteilchen zu erwirken. Nach einem ändern Verfahren wird zunächst ein Vorformling erzeugt. In diesen wird ein Treibmittel eingebracht, das sich bei höherer Temperatur unter Gasabspaltung zersetzt.
Auf den Vorformling wird eine lose Hülle aus einem feinkörnigen thermoplastischen Kunststoff angebracht, sodann in eine geschlossene Form gegeben und oberhalb des Erweichungs- punktes des Rohstoffes und der Zersetzungstemperatur des Treibmittels erwärmt. Nach einem weiteren Verfahren wird der Ausgangsstoff mit einem flüchtigenLösungsmittel vermischt und unter Anwendung eines Druckes von mehreren 100 kg/cm3 in eine Druckform gepresst unter gleichzeitigem Einpressen von Gasgemischen. Die Masse wird nunmehr auf 160 -1800 C erhitzt und fliesst homogen zusammen. Nach der Druckentlastung durch Abkühlen und Öffnen der Form wird ein Rohzellkörper erhalten, der durch Wiedererwärmung zur Expansion gebracht wird.
Die nach den geschilderten bekannten Verfahren hergestellten Schaumkörper können spez. Gewichte von etwa 0, 02 erreichen.
Es wurde nun gefunden, dass man auf bedeutend einfachere Weise zu Schaumkörpern aus Polystyrol gelangen kann, die ein spez. Gewicht bis zu 0, 007 aufweisen.
Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein Verfahren zur Herstellung von Schaumkörpem aus handelsliblichemPo1ystyrol vom Molekulargewicht von über 150000 durch Behandlung von Polystyrolkugeln mit einem Durchmesser von vorzugsweise 0, 5 - 2 mm mit mindestens einem leicht flüchtigen Treibmittel, welches die Polystyrolkugeln zu quellen, jedoch im wesentlichen nicht zu lösen vermag, gegebenenfalls in Gegenwart, verhältnismässig geringer Mengen mindestens eines leicht flüchtigenLösungsmittels, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man die Polystyrolkugeln zwecks mindestens teilweiser Quellung bei Raumtemperatur in das Treibmittel ohne Rühren eintaucht, wobei die Polystyrolpartikel in geschlossener Schicht zu gewünschter Form verkleben,
das so erhaltene schaumfähige Material vor dem Aufschäumen unterhalb einer das Aufschäumen der Polystyrolkugeln bewirkenden Temperatur so lange trocknet, bis die unzähligen zusammenklebenden Kügelchen an der äusseren Schicht treibmittelfrei sind, im Kern jedoch noch Treibmittel besitzen, worauf man ohne Druckanwendung durch Erhitzen auf eine über dem Siedepunkt des Treibmittels liegende Temperatur aufschäumen lässt, derart, dass man einen aus unzähligen transparenten, aneinander haftenden Kugeln von einem in bezug auf den ursprünglichen Durchmesser vergrösserten Durchmesser bestehenden Schaumkörper von geringerem spez. Gewicht als 0, 02, vorzugsweise von einem spez. Gewicht bis zu 0, 007, erhält.
Bei einem bekannten Verfahren (franz. Patentschrift Nr. 1. 108. 564) wird unter Druck gearbeitet. Angaben über die Zeitdauer einer Vortrocknung vor dem Schäumen sind in der genannten Patentschrift nicht enthalten. Es hat sich aber gezeigt, dass nur eine ganz bestimmte Zeit der Vortrocknung die Erzielung einer maximalen Grösse der einzelnen Bläschen erlaubt. Wird vor dem Schäumen zu kurz oder überhaupt nicht vorgetrocknet, so entstehen nur kleine geplatzte Bläschen. Wird anderseits vor dem Schäumen zu lange vorgetrocknet, so kann überhaupt nicht mehr geschäumt werden. Die Dauer des Vortrocknens vor dem Schäumen ist daher wesentlich, um maximal grosse Bläschen und damit ein maximal kleines scheinbares spez. Gewicht zu erzielen.
Erst durch das erfindungsgemässe Vortrocknen der Polystyrolkügelchen in
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geschlossener Schicht während eines so langen Zeitraumes, bis die unzähligen zusammenklebenden Kugel- chen an der äusseren Schicht treibmittelfrei sind, im Kern jedoch noch Treibmittel besitzen, und Aufschäumenlassen ohne Druckanwendung durch Erhitzen auf eine über dem Siedepunkt des Treibmittels liegende Temperatur werden die angestrebten Eigenschaften des Schaumkörpers erzielt.
Der erfindungsgemäss hergestellte Schaumkörper wird somit ohne jedes Vorschäumen unmittelbar durch einmaliges Expandieren erzeugt und unterscheidet sich von den bisher bekannten Polystyrolschaumkörpern dadurch, dass jede einzelne Partikel, welche einen ursprünglichen Durchmesser von etwa 0,5 bis 2 mm aufweist, zu einer Polystyrolblase aufgebaut wird, die einen Durchmesser von bis zu etwa 10 mm erreichen kann. Es entsteht also aus jedem einzelnen ursprünglichen Teilchen ein Polystyrolbläschen, das mit Gas gefüllt ist. Beim Arbeiten gemäss vorliegender Erfindung ist es möglich, Gasblasen bestimmter Grösse herzustellen, die sich überdies weitgehend durch Gleichmässigkeit auszeichnen. Zur Bildung von Polystyrolblasen von weitgehend gleichmässiger Grösse obiger Dimensionen und des vorgenannten spez.
Gewichtes ist eine inhomogene bzw. ungleichmässige Verteilung des Treibmittels in jedem Polystyrolteilchen erforderlich, wobei sich die Schaumkörper vorliegender Erfindung dadurch von jenen bekannter Art unterscheiden, dass sich das Treibmittel im Fertigprodukt nur noch im inneren Kern der Polystyrolpartikel befindet. Die äusseren Schichten der Partikel hingegen sind im wesentlichen vollkommen treibmittelfrei.
Zur Herstellung des schaumfähigenpolystyrols wird, wie eingangs erwähnt, von kugelförmigen Polystyrolteilchen mit dem bereits erwähnten ursprünglichen Durchmesser von etwaO, 5 bis 2mm ausgegangen, wobei man diese Partikel während einer gewissen Zeit der Einwirkung von Nichtlösem, wie Petroläther, Leichtbenzin und niedrig siedenden Alkoholen, z. B. Methyl-und Äthylalkohol, und/oder von Quellmit- te In aussetzt. die einen geringenprozentsatz von Lösungsmitteln. wie Aceton, Benzol und flüssige Halogenkohlenwasserstoffe, enthalten können.
Nach dieser Behandlung der Polystyrolteilchen werden diese zweckmässig bei leicht erhöhter Temperatur, z. B. bei Temperaturen von bis zu 35 C, während 24 bis 96 Stunden an der Luft getrocknet. Hiedurch entweicht das an den äusseren Zonen der Partikel befindliche Treibmittel, während die Konzentration im Innern weitgehend erhalten bleibt. Ausser dass nach dem erfindungsge- mässenverfahren Schaumkörpe) : mit äusserst geringem spez. Gewicht erhalten werden können, ist ein weiterer Vorteil der Erfindung darin zu erblicken, dass das Material nicht vorgeschäumt und hierauf bis zum endgültigen Schäumen nicht abgelagert werden muss, wie dies bisher meistens der Fall war ; gemäss vorliegender Erfindung erfolgt der Schäumungsvorgang in einem einzigen Arbeitsgang.
Abweichend von den bisher bekannten Verfahren geschieht das Schäumen vorteilhaft durch Einwirkung von Heissluft von 100 bis 1250 C während 5 - 30 Minuten auf das schaumfShige Polystyrol. Sofort nach dem Ausschäumen wird der Schaumkörper aus der Heissluft entfernt, ohne dass ein Zusammenfallen des gebildeten Schaumes stattfindet.
Nach der vorliegenden Erfindung bedarf es für das Ausschäumen keiner Formen. Vor allem werden zum Zusammenschweissen der einzelnen Partikelchen keine Formen benötigt. Dieses erfolgt ohne jede Druckanwendung durch einfache Wärmeeinwirkung. Es ist nur erforderlich. dass die schaumfähig gemachten Polystyrolteilchen ein im Verhältnis des Auftreiben verkleinertes Abbild des Formkörpers haben. Die gegenseitige Haftung der Polystyrolteilchen aneinander sowie das gleichmässige Aufgehen eines jeden Polystyrolteilchensergeben sodann den Formkörper in der gewünschten Grösse. Da man die einzelnen Bläschen verhältnismässig gross gestalten kann, erhält man nicht nur ein geringes spez. Gewicht, sondern auch-mit steigender bläschengrösse - ein zunehmende isolierende Wirkung.
Weitere Vorteile des vorliegenden Verfahrens sind das leichte Einarbeiten von Farbstoffen und auch von üblichen schwer brennbarmachenden Stoffen, wie z. B. Harnstoff, Thioharnstoffu. a., durch gleich- mässiges Verteilen dieser Stoffe in die Treibmittellösung.
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einem geeigneten Behälter in einer Mischung aus 18 1 Petroläther (Kp 30-40 C) und 1,3 l Aceton bei Raumtemperatur während 20 Stunden derart gelagert, dass der Flüssigkeitsspiegel die oberste Polystyrolschicht dauernd bedeckt. Danach werden die auf den Sieben zu Platten verklebten Polystyrolkügelchen während mindestens 24 Stunden bei Raumtemperatur getrocknet. Die Platten lassen sich dann ohne weiteres in einer geeigneten Mühle zerkleinern, ohne dass die einzelnen Kügelchen zerschlagen werden.
Die so behandelten Polystyrolkügelchen lassen sich sehr gut sowohl in Heissluft als auch in Wasserdampf schäumen.
10 g dieses Materials werden im Trockenschrank während einer Stunde bei 115 - 1180 C gelagert. Dabei erhält man aus jeder einzelnen Polystyrolperle eine Zelle in Form eines Bläschens, das mit Gas gefüllt ist. Die einzelnen Perlen sind überdies ohne Einwirkung eines äusseren Druckes miteinander verschweisst.
Der so hergestellte Schaumkörper hat ein spez. Gewicht von 0, 007.
Beispiel 2 : l kg Perlpolystyrol von 1, 5 bis 2,5 mm Korngrösse wird auf einem Sieb gleichmässig
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Danach werden die auf dem Sieb zu einer Platte verklebten Polystyrolkugeln während mindestens 24 Stunden bei Raumtemperatur gelagert. Die so erhaltene Platte kann man anschliessend in einem geeigneten Trockenschrank bei 1150 C zu einer porösen Platte mit geschlossenen Zellen und einem spez ; Gewicht von 0, 009 aufschäumen lassen. Hiebei ist ein Vorschäumen sowie die Anwendung einer Form nicht erforder-
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100 g kuge1förmigespolystyrol von 0,5 bis 1, 5 mm Durchmesser eingefüllt. Anschliessend wird diese gefüllte Form in einer Mischung aus 450 crn3 Petroläther und 50 cm3 Aceton während 6 Stunden gelagert. Dabei muss die Flüssigkeit das Polystyrol vollkommen bedecken. Um das Verdunsten der Flüssigkeit zu verhindern, verschliesst man den Behälter mit einem gut passenden Deckel.
Der auf diese Weise erhaltene Formkörper lässt sich nach 24-stündigerLagerung beiRaumtemperatur zu einem Rohr mit einem spez. Gewicht von 0,009 ohne Form aufschäumen. Das Aufschäumen geschieht in einem Trockenschrank bei Temperaturen von 115 bis 1180 C.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Schaumkörpern aus handelsüblichem Polystyrol vom Molekulargewicht von über 150000 durch Behandlung von Polystyrolkugeln mit einem Durchmesser von vorzugsweise 0,5 bis 2 mm mit mindestens einem leicht flüchtigen Treibmittel, welches die Polystyrolkugeln zu quel- len, jedoch im wesentlichen nicht zu lösen vermag, gegebenenfalls in Gegenwart verhältnismässig geringer Mengen mindestens eines leicht flüchtigen Lösungsmittels, dadurch gekennzeichnet, dass man die Polystyrolkugeln zwecks mindestens teilweiser Quellung bei Raumtemperatur in das Treibmittel ohne Rühren eintaucht, wobei die Polystyrolpartikel in geschlossener Schicht zu gewünschter Form verkleben,
das so erhaltene schaumfähige Material vor dem Aufschäumen unterhalb einer das Aufschäumen der Polystyrolkugeln bewirkenden Temperatur so lange trocknet, bis die unzähligen zusammenklebenden Kügelchen an der äusseren Schicht treibmittelfrei sind, im Kern jedoch noch Treibmittel besitzen, worauf man ohne Druckanwendung durch Erhitzen auf eine über dem Siedepunkt des Treibmittels liegende Temperatur aufschäumen lässt, derart, dass man einen aus unzähligen transparenten, aneinander haftenden Kugeln von einem in bezug auf den ursprünglichen Durchmesser vergrösserten Durchmesser bestehenden Schaumkörper von geringerem spez. Gewicht als 0, 02, vorzugsweise von einem spez. Gewicht bis zu 0, 007, erhält.