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Heterogener Dreiphasenkörper auf der Grundlage von
Polystyrolschaum
Formkörper auf der Grundlage von Polystyrolschaum sind an sich bekannt. Man kann sie z. B. erhalten, indem man kleine Formlinge oder Bruchstücke aus Polystyrolschaum in Bitumen, Gips oder Beton einbettet. Sie haben eine verhältnismässig hohe Dichte und deshalb nur eine ziemlich geringe Wärme- und Schalldämmung. Um zu geringerer Dichte mit besserer Wärme- und Schalldämmung zu gelangen, wurde vorgeschlagen, blähbare Polystyrolkörner mit Hilfe von Lösungsmitteln oberflächlich anzuquellen, dadurch ihre Oberfläche klebrig zu machen, diese klebrigen Körner zu einem Formkörper zu verkleben und diesen Formkörper schliesslich durch Erwärmen zu blähen.
Man erhält so mit luftgefüllten Hohlräumen durchsetzte Formkörper aus Polystyrolschaum von verhältnismässig geringer Dichte. Freilich geht Hand in Hand mit der Verminderung der Dichte auch eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften der Formkörper, also Druckfestigkeit, Biegefestigkeit und Elastizität vor sich.
Bei Formkörpern für die Isoliertechnik strebt man an, eine möglichst geringe Dichte, die gute Wärmedämmung ergibt, und erhebliche Unterschiede in den Porendimensionen, die wieder gute Schalldämmung ergeben, mit möglichst hohen elastischen und Festigkeitseigenschaften der Formkörper zu vereingen.
Es wurde nun gefunden, dass diese Eigenschaften in einem bisher noch nicht erreichten Ausmass ein heterogener Dreiphasenformkörper auf der Grundlage von Polystyrolschaum entfaltet, der aus Formlingen aus Polystyrolschaum besteht, deren Abmessungen untereinander etwa in der gleichen Grössenordnung liegen, und bei dem die Formlinge unter Erhaltung ihrer individuellen Form durch eine sie allseits überziehende Schicht eines elastischen, praktisch porenfreien Klebers, raumgitterartig (wabenförmig) miteinander verbunden sind.
Ein derartiger Formkörper ist aus den folgenden drei Phasen aufgebaut :
1. Aus mit Luft gefüllten Hohlräumen, die untereinander und mit der Aussenluft in Verbindung stehen.
Bei einer Kompression oder Deformierung des Formkörpers wird die Luft aus diesen Hohlräumen herausgedrückt. Die mit Luft gefüllten, geschlossenen Bauelemente der zweiten Phase können bei einer Kompression des Formkörpers ihre Form ändern, ohne dass dabei die mit Luft-gefüllten Zellen platzen.
2. AusFormlingen aus Polystyrolschaum, die mit einer nichtporösen. d. h. praktisch luftdichten Kleberschicht überzogen sind. Es liegen in einem gewissen Ausmass verformbare Luftkissen vor, die in zahlreiche kleinste, praktisch luftdichte Zellen aufgeteilt sind.
Diese Formlinge aus Polystyrolschaum (Luftkissen) sollen am besten in allen drei Dimensionen etwa die gleichen Abmessungen haben, also sich - im Idealfall - der Kugelform nähern es können jedoch auch würfelförmige Teilchen, vorzugsweise mit abgerundeten Ecken. ferner Ellipsoide, tropfenförmige oder linsenförmige Gebilde sein. Die Dimensionen der verwendeten Teilchen sollen etwa in der gleichen Grössenordnung liegen, d. h. sie können einen grössten Durchmesser von etwa 5 bis 15 mm, aber auch mehr, etwa 3-5 cm, haben. Das Verhältnis der Dimensionen ist im allgemeinen umso günstiger, je mehr es sich dem Wert l : l nähert ; es kann jedoch auch bis 1 : 25 betragen.
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Derartige Formlinge aus Polystyrolschaum haben bei äusserer geringer Dichte überraschenderweise dann die beiden elastischen und Festigkeitseigenschaften, wenn sie durch wiederholtes Erhitzen treibmittelhaltiger Polystyrolteilchen, unterbrochen durch zwischenzeitliche Lagerungen bei Raumtemperatur, erhalten worden sind : Derartige Formlinge aus Polystyrolschaum haben einen schichtenweisen Aufbau, d. h. sie haben an der Oberfläche eine Blähhaut von verhältnismässig hoher Dichte ; die Dichte nimmt im Innern, gegen die Mitte des Formlings, ab.
Insbesondere für die Herstellung von Platten sollen die Formlinge aus Polystyrolschaum die Form vor abgeplatteten Kugeln, z. B die Form von Linsen von etwa 10 bis 50 mm Durchmesser und etwa 2-10 mn- Dicke haben. Wenn beim Verkleben dieser Linsen darauf geachtet wird, dass die Linsenebene mit de ; Plattenebene übereinstimmt, was durch Rütteln beim Verkleben erreicht werden kann, werden besonder günstige isoliertechnische und mechanische Eigenschaften der Platten erreicht.
Die Linsen oder Ellipsoide, die das Gerüst der neuen Formkörper bilden, liegen elastisch zwischen den dünnen, aus dem Klebemittel entstandenen Häuten in einem festen und zähen Verband, so dass die Formkörper in ihrer Gesamtstrukiu) einem Mauerwerk aus Backstein und Mörtel ähneln, wobei die Bauelemente jedoch nicht starr miteinander verbunden sind, sondern federnd, und selbst nicht kantig, sondern lirisenförmig mit rundlichen Begrenzungen gestaltet sind.
3. DerFormkörper enthält als dritte Phase dieFormlinge ausSchaumpolystyrol praktisch allseits überziehende dünne Schichten eines elastischen, praktisch porenfreien Klebers. Diese nichtporösen Kunststoffschichten durchziehen den Formkörper raumgitterartig, d. h. wie eine nach allen Dimensionen ausgerichtete flächenartige oder wabenförmige Armierung.
Der Kleber soll die Oberfläche der Formlinge nicht oder nur wenig anlösen, auf den Formlingen aug Polystyrolschaum gut haften und soweit elastisch sein, dass die Kleberschicht bei durch mechanische Beanspruchungen des Formkörpers hervorgerufenen Verformungen der Formlinge aus Polystyrolschaum dieser Verformungen folgt, ohne rissig zu werden. Besonders bewährt haben sich Kleber auf der Grundlage vor Polyvinylacetat oder dessen Copolymeren ; zur Verbesserung der Haftfestigkeit und Elastizität könner Weichmacher mitverwendet werden, die sowohl für Polystyrol wie für Polyvinylacetat und seine Copolymere wirksam sind, für die Polystyrol jedoch nur eine geringe Affinität besitzt, wie z. B. Phenolester de) Phosphorsäure.
Sollen besonders elastische Formkörper, z. B. Sitzkissen, hergestellt werden, verwendet man zweckmässig Kleber auf Kautschukgrundlage oder auch Mischpolymerisate aus Styrol und Butadien und vulkanisiert die Kleberschicht nach der Verklebung der Formlinge aus Polystyrolschaum.
Formkörper mit besonders wertvollen mechanischen Eigenschaften erhält man, wenn die Kleberschicht zusätzlich noch durch Einverleibung von faserförmigen Füllstoffen (z. B. : Zellulosefasern, Glas- oder Asbestfasern) armiert wird.
Die Kleber werden z. B. in Form einer wässerigen Dispersion oder Emulsion angewendet, wobei das Fasermaterial einfach in dieser Kleberdispersion mit aufgeschlämmt wird.
Zur Herstellung der neuen Dreiphasenformkörper aus Polystyrolschaum kann man beispielsweise ir eine mit einemSiebboden versehene Form Körper aus Polystyrolschaum, die ihre Blähhaut besitzen, d. h., die also nicht durch Zerkleinern von grösseren Stücken Schaumpolystyrol erhalten wurden, sondern durct Blähen einzelner blähfähiger Polystyrolkörner, einfüllen und diese gleichzeitig mit der wässerigen Dispersion des Kunststoffklebers überschütten. Dabei wird die Form in rüttelnder Bewegung gehalten. De : Überschuss des Klebers läuft durch den Siebboden der Form ab und kann wieder verwendet werden. Hierauf wird die Form unter leichtem Druck mit Hilfe eines Siebdeckels geschlossen und der Kleber durch Durchblasen eines Warmluftstromes durch die Masse getrocknet.
Verwendet man beispielsweise Formlinge aug Polystyrolschaum mit einem mittleren Durchmesser von etwa 15 bis 18 mm, so werden je m3 etwa 3, 0-3, 5kg Kleber (Polyvinylacetat) benötigt. Da es mit einem mehrstufigen Blähverfahren ohne weitere : möglich ist, Formlinge aus Polystyrolschaum mit einem Schüttvolumen von 5 bis 6 kg/m3 mit noch ausreichenden mechanischen Eigenschaften herzustellen, können Formkörper nach der Erfindung mit scheinbaren Dichten von etwa 8 bis 9 kg/m3 von guten mechanischen Eigenschaften hergestellt werden. De) Schliessdruck der Form beträgt in diesem Fall nur etwa 10-50 g/cm2.
Faserförmige Füllstoffe werden den wässerigen Kleberdispersionen nach dem gründlichen Aufschlämmen in Wasser zugesetzt.
Nach dem Trocknen wird der Block ausgeformt, als solcher verwendet oder in die gewünschter Stücke aufgeschnitten. Wird als Kleber ein Kunstharz mit etwa dem gleichen Erweichungspunkt wie Polystyrol verwendet, so kann das Aufschneiden des Blocks mit Hilfe elektrisch geheizter Drähte oder Metallbänder erfolgen, was vor allem bei der Fertigung von Isolierplatten von Vorteil ist. Werden vulkanisierbar
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Kleber verwendet oder wird die Kleberschicht mit faserförmigen Füllstoffen (Zellulose-, Glas- oder Asbestfasern) armiert, so muss das Aufteilen der Blöcke, falls ein solches erforderlich ist, durch Sägen erfolgen.
Die neuen Formkörper zeigen dank ihres besonderen Aufbaus bei überraschender Festigkeit, Zähigkeit und Elastizität ein besonders niedriges Raumgewicht. Es ist hier erstmalig gelungen, Formkörper auf der Grundlage von Schaumpolystyrol mit Hilfe von faserförmigen Füllstoffen zu armieren (verstärken). Die Formkörper lassen sich leicht bearbeiten, z. B. sägen, raspeln, bohren, fräsen, kleben, nageln usw., und können daher wegen ihrer guten Wärme-und Schalldämmung in zahlreichen Industrien als solche oder als Bauelemente verwendet werden.
Unter der Bezeichnung"Mikroballoons" sind stickstoffhaltige Hohlkugeln aus Phenolharz bekannt, die auch mit Resolharzpulver gemischt und durch Erhitzen miteinander verklebt werden können. Sie unterscheiden sich jedoch infolge der chemischen Verschiedenheit auch wesentlich in ihrem physikalischen Verhalten und ihren mechanischen Eigenschaften von den vorliegenden Formkörpern.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Heterogener Dreiphasenformkörper auf der Grundlage von Polystyrolschaum, dadurch ge- kennzeichnet, dass er aus Formlingen aus Polystyrolschaum besteht, deren Abmessungen untereinander etwa in der gleichen Grössenordnung liegen und bei dem die Formlinge unter Erhaltung ihrer indivi- duellen Form durch eine sie allseits überziehende Schicht eines elastischen, praktisch porenfreien Klebers raumgitterartig miteinander verbunden sind.