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"Procédés et composés de moulage et objets en résultant."
La présente invention est relative à des objets profilés et aux procédés permettant de les fabriquer, ainsi qu'à un composé de moulage destiné à être converti en un objet profilé. On a produit dans le passé des objets moulés en partant de substances thermoplastiques dilatables. On a, par exemple, réalisé des récipients, des jouets moulés, etc, en partant de substances, telles que le polystyrène dilatable. Cependant, de tels objets moulés présentent des désavantages en ce que la structure moulée a peu ou pas de résistance aux forces d'écrase-
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ment ou similaires.
Afin de résoudre ce problème, des essais ont été faits pour combiner d'autres produits chimiques avec les subs- tances thermoplastiques- dilatables. Par exemple, un liant de résine époxy a été introduit dans les perles de polystyrène die latable. La résine époxy agit non seulement comme liant mais, par sa réaction exothermique, elle procure de la chaleur pour dilater les perles. Des essais ne se sont cependant pas avérés satisfaisants. De tels systèmes sont difficiles à maintenir dans un état non moulé et ne se conservent pas.
L'invention procure un objet profilé ou façonné oomprenant un mélange dilaté et duroi d'une substance thermo- plastique synthétique dilatable subdivisée et d'un liant.
L'invention procure également un procédé pour pré- parer un objet moulé, oomprenant la préparation d'un mélange d'une substance thermoplastique synthétique dilatable subdivisée et d'un liant liquide, le façonnage de ce mélange à la forme désirée, et la dilatation et le duroissement de ce mélange con- formé.
L'invention procure ,en outre un composé moulable oomprenant un mélange d'environ 3 à 5 parties en poids d'un polystyrène dilatable subdivisé et d'environ 1 partis en poids de vinyl plastisol contenant une dispersion d'environ 1 partie en poids d'une résine vinylique qui est formée par du chlorure de vinyle, du chlorure de vinylidène, un copolymère de chlorure de vinyle et d'acétate de vinyle, un copolymère de chlorure de vinyle et de chlorure de vinylidène, ou un copolymère de styrène et de butadiène dans environ 0,4 à 0,65 partie en poids d'un plastifiant qui est un membre de la classe comprenant le phtala- te diootyle et le phosphate de triorésyle.
Un autre but encore de la présente invention est de procurer un objet façonné qui a des propriétés au choc, une ré-*
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sistance à la traction, une dureté, des qualités de libération d'avec le moule nettement accrues et une surface extérieure résistant pratiquement aux solvants.
D'autres @@@ts et avantages de la présente inven- tion apparaîtront de la description suivante .
Les substances thermoplastiques synthétiques dila- tables, qui peuvent être utilisées dans la présente invention sont normalement procurées dans un état finement divisé et pren- nent couramment la forme de petites perles. Pratiquement toutes les substances thermoplastiques synthétiques dilatables convien- nent pour la présente invention.
Par exemple, on peut employer du polystyrène dilatable, du chlorure de polyvinyle, du chloru- re de polyvinylidène, du polyvinyl oarbazole, des esters poly- vinyliques d'acides organiques, d'acide polyaorylique et de composés d'aoide polyméthacrylique, du polyacroylonitrile, des interpolymères de butadiène et d'autres diènes et de styrène ou d'aorylonitrile, des interpolymères de ces dérivés vinyliques,, et également des polyamides, du polyuréthane et d'autres pro- duits de polyoondensation thermoplastiques. Cependant, parmi ces composés, on préfère le polystyrène dilatable.
Afin que la substanoe thermoplastique soit dilate- ble, il est nécessaire qu'un autre composé qui est couramment désigné par agent d'insufflation soit inclus dans la structure de la substance thermoplastique. Par exemple, on peut inclure une substance génératrice de gaz, ou bien un solvant liquide volatile dans lequel la substance thermoplastique est insoluble peut éga- lement être inclus:. Dans le cas du solvant liquide, il est né- cessaire que le point d'ébullition du solvant soit inférieu r au point de ramollissement de la substance thermoplastique.
Dans les substances thermoplastiques comporenant des matières contenant un gaz, il est courant d'utiliser des pro- duits tels qui de l'anhydride carbonique solide. Il est éga-
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lement possible d'utiliser des gaz liquéfiés ou solidifiés, tels que de l'air liquide. On peut employer d'autres agents, tels que des bicarbonates, des composés azo ou des oomposés d'hydroagine. Dans les substances thermoplastiques qui utilisent des solvants organiques liquides, on peut employer des pro- duits, tels que les éthers de pétrole, le pentane, l'hexane, l'heptane, le cyclopentane, le cyclohexane et le oyolopenta- diène,,
Dans la préparation des substances thermoplastiques dilatables, des masses de matières thermoplastiques sont d'abord, normalement pulvérisées dans des broyeurs.
Dans le cas de ma- tières vtilisant le solvant liquide, les matières pulvérisées aont alors imme@g@es dans les liquides non dissolvants pour les amener à s'imprégner du liquide. Dans la préparation de substan- ces thermoplastiques comprenant des substances génératrices de gaz, il est courant de broyer finement la substance thermo- plastique et l'agent générateur de gaz dans un broyeur à bou- lets et de chauffer ensuite le mélange dans un moule étanche aux gaz, après quoi il est à nouveau pulvérisé pour donner les di- mensions désirées de grains.
Des exemples de substances thermoplastiques dilata- bles et spécialement de polystyrène dilatable, que l'on préfère, sont le Pelsapan produit par la Dow Chemical Company, et le Dylite' produit par Koppers Inc.
Dans la production des objets façonnés de la présente invention, la substance dilatable, et spécialement le polystyrène dilatable, est mélangée avec un liant, de préférence un liant liquide. Des liants solides sous forme pulvérisée, tels que le polyéthylène, etc, peuvent être employés.
Le composé de liant liquide peut être une dispersion comprenant des produits, tels que.des plastifiants et des stabilisants, auquel cas il existe normalement sous forme d'une dispersion souvent désignée par plastisol, ou bien il peut s'agir d'une dispersion aqueuse englo- bant un agent émulsionnant, De nombreux composée vinyliques ou
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oopolymères de composés peuvent être utilisés dans la prépara- tion de ces dispersions.
Par exemple, on peut employer du chlo- rure de vinyle, de préférence du chlorure de vinyle de poids mo- léculaire élevé(, du chlorure de vinylidène, des*copolymères de ohlorure de vinyl est d'aoétate de vinyle, des copolymères de chlorure de vinyle et de chlorure de vinylidène et un copo- lymère de butadiène et de styrène.
Les composés liquides qui sont ajoutés aux substan- ces thermoplastiques dilatables peuvent) pour, la facilité de la desription, être désignés par liants. Le liant est inclus aux perles thermoplastiques dilatables dans un rapport d'environ
3 à 5 psrties de perles pour 1 partie de liant. Toutes les parties dont il est question dans la présente description sont des parties en poids.
Comme mentionné préoédemment, la composition du liant peut englober des plastifiants et/ou des stabilisants et exister en tant que plastisol. Les plastifiants monomères ou esters sont préférés lorsqu'on produit des plastisols; cepen- dant on peut utiliser des stabilisants. Par exemple, on peut employer les dérivés d'acide phtalique, tels que le phtalate de dioctyle, le phtalate de dicapryle et l'hexahydrophtalate de di-(2-éthyl hexyl), les dérivés d'acide phosphorique, tels que le phosph@ate/de tricrésyle, et d'autres composés, tels que l' adi- pate de dioctyle, l'adipate de di-iso-octyle, l'azéalate de dioctyle, le polyéthylène glycol di-2-éthyl hexoate et des fractions hydrocarburées.
Les types préférées de plastifiants sont les dérivés d'acide phtalique ou les dérivés d'acide phos- phorique, avec une préférence particulière pour le phtalate de dioctyle et le phosphate de tricrésyle. Des stabilisant con- venables qui sont utilisés sont les composés organiques de baryum et de cadmium, tels qu'un mélange à parties égales des sels de baryum et de cadmium d'acide 2-éthyl hexoïque. désigné
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par stabilisant de baryum-cadmium. Les composés vinyliques préfériés- pour l'utilisation avec les plastifiants sont le ohlorure de vinyle et les oopolymères de chlorure de vinyle et de chlorure de vinylidène.
La composition du liant peut consister en une dis- persion aqueuse, comme on l'a signalé. Par exemple, un copo- lymère de styrène et de butadiène peut être utilisé en disper- sion dana de l'eau. Un émulsionnant; tel que le chlorhydrate
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de diéthylmuno- -6thylolamide, est utilisé pour promouvoir 1'émulaient
Dans la préparation d'un liant comprenant les plas- tifiants, on préfère que les plastifiants soient inclus en une quantité d'environ 0,4 à 0,65 partie de plastifiants pour cha- que partie de oomposé de vinyle.
Des exemples particuliers de compositions du liant sont :
I 100 parties de chlorure/'vinyle 40 parties de phtalate de diootyle 2 parties de stabilisant de baryum-cadmium
II 100 parties de copolymère de chlorure de vinyle et de chlorure de vinylidène 65 parties de phosphate de tricrésyle 2 parties de stabilisant de baryum-cadmium Un exemple typique d'une dispersion aqueuse est :
III 100 parties de copolymère de styrène-butadiène (1 partie de styrène pour 4 parties de butadiène) 40 parties d'une solution aqueuse à 5% de chlorhydrate de dié-
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thylanino-éthylolamide.
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Le composé de moulage est produit par mélange méca- nique du liant avec la substance thermoplastique dilatable dans le rapport mentionné précédement. Le liant est ajouté aux per-- les et une agitation mécanique est commencée. La substance à ce stade sera une masse quelque peu collante. Cependant, au fur et à mesure que le mélange est poursuivi, le composé moulable commence à sécher et donnera éventullement un composé moula- ble pulvérisé pratiquement sec. Le composé de moulage à ce stade est totalement inerte et peut être emmagasiné pendant de longues périodes de temps ou transporté dans cet état sans effets désavantageux.
En vue de procurer les objets façonnés de la pré- sente invention, on a accoutumé d'utiliser un moule, tel qu'un moule métallique, procurant la forme désirée. Avec un tel moule, le mélange de substance dilatable et de liant est in- troduit dans le moule, soit à l'état collant, soit à l'état sec, et le moule est ensuite chauffé à une température d'en- viron 300 à 450*F (environ 150 à 230 C) pendant une période allant jusqu'à 30 minutes. Des objets moulés améliorés seront obtenus si une petite quantité d'eau est placée dans le moule avec le composé de moulage. Un moulage à la vapeur peut éga- lement être utilisé. Un moulage à sec procure également une pièce parfaitement satisfaisante.
Le temps et la température dépendent évidemment totalement de l'épaisseur du moule et du point de ramollissement de la substance thermoplastique, eto, comme le comprendront les spécialistes en ce domaine. La cha- leur favorise-- la dilatation de la substance thermoplastique en ramollissant d'abord la substance et en favorisant ensuite la dilatation du gaz qui s'y trouve, et qui provient de la subs- tance contenant le gaz ou du solvant organique. La chaleur cuit également le liant liquide, ce qui, à son tour, aide à la pro- motion de la dilatation uniforme des perles, tout en réunissant
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en même temps celles-ci encerble et en augmentant les proprié- tés aux chocs et la résistance à la traction de l'objet façonné dans son ensemble.
De plus, une pellicule de surface extérieure dure, qui est facilement libérée du moule est formée à la sur- face de l'objet. Cette surface permet le revêtement de l'objet fini avec toute matière de revêtement de surface.Par exemple, les objets peuvent être revêtus aveo des peintures à base d'hui- le, des peintures à base d'eau et des vernis, tels que des verni: de vinyle et de nitrooellulose.
EXEMPLE I
Dans un exemple de préparation des objets façonnés de la présente invention, 100 parties de résine polystyrène di- latable sont introduites dans un réoipient de mélange. La résine était produite en mélangeant 850 parties de polystyrène à l'état finement broyé avec 150 parties de bicarbonate d'ammonium, et en broyant le mélange dans un broyeur à boulets - . Le mélange ainsi broyé était introduit dans un cylindre étanche aux gaz, fermé aux deux bouts, ce cylindre étant ensuite ohauffé jusqu'à 180 C, Après chauffage pendant une heure, la masse est refroidie jusqu'à 25 C et le corps solide contenant le gaz était enlevé du moule et pulvérisé par broyage dans un broyeur à batteurs transverseux jusqu'aux dimensions de perles désirées.
Aux parties de perles de polystyrène dilatable ainsi préparées, on ajoutait 25 parties d'un liant qui était une dispersion vinylique, conte- nant 100 parties de chlorure de vinyle, 40 parties de phtalate de diootyle et 2 parties de stabilisant de baryum-cadmium. Un battage était appliqué jusqu'à ce que les composants soient mélangés de façon homogène. Le composé de moulage ainsi prépa- ré était ensuite introduit dans un moule ayant la forme dési- rée et le moule était placé dans un for à une températue de 375 F (190 C) et y maintenu pendant 12 minutes. A la fin de cette période, le moule était enlevé et refroidi, et l'objet façonné résultant était enlevé.
On observait que l'objet avait
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une surface extérieure dure lisse et que l'objet dans son en- semble avait une densité acceptable avec des propriétés aux chlocs, une résistance à la traction et une dureté nettement améliorées.
EXEMPLE II
Un second objet était préparé de la même manière qu'à l'exemple I, sauf que 25 parties de la dispersion aqueuse de styrène-butadiène diluées dans le liant III préoité étaient substituées au liant de chlorure de vinyle et de phtalate de diootyle.
EXEMPLE III
Un autre objet était préparé de la même manière qu'à l'exemple I, sauf que 25 parties de polyéthylène pulvéru- lent d'une dimension de mailles de 50 microns étaient substituées au liant de chlorure de vinyle et de phtalate de dioctyle.
Il est bien évident que l'invention n'est nullement limitée aux détails donnés mais que bien des variantes peuvent être prévue sana sortir du cadre du présent brevet.
REVENDICATIONS
1. Un objet profilé ou façonné, comprenant un mélan- gé dilaté et durci d'une substance thermoplastique synthétique di la table subt divisé et d'un liant.
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"Molding processes and compounds and articles thereof."
The present invention relates to shaped articles and the methods for making them, as well as to a molding compound intended to be converted into a shaped article. In the past, molded articles have been produced from expandable thermoplastics. For example, containers, molded toys, etc. have been made from substances, such as expandable polystyrene. However, such molded articles have disadvantages in that the molded structure has little or no resistance to crushing forces.
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ment or the like.
In order to solve this problem, attempts have been made to combine other chemicals with the thermoplastic-expandable substances. For example, an epoxy resin binder has been introduced into the die-latable polystyrene beads. The epoxy resin not only acts as a binder but, through its exothermic reaction, it provides heat to expand the beads. However, tests have not proved to be satisfactory. Such systems are difficult to maintain in an unmolded condition and do not keep.
The invention provides a shaped or shaped article comprising an expanded and hard mixture of a subdivided expandable synthetic thermoplastic substance and a binder.
The invention also provides a process for preparing a molded article, comprising preparing a mixture of a subdivided expandable synthetic thermoplastic substance and a liquid binder, shaping this mixture to the desired shape, and expanding. and curing this shaped mixture.
The invention further provides a moldable compound comprising a mixture of about 3 to 5 parts by weight of a subdivided expandable polystyrene and about 1 part by weight of vinyl plastisol containing a dispersion of about 1 part by weight of. 'a vinyl resin which is formed by vinyl chloride, vinylidene chloride, a copolymer of vinyl chloride and vinyl acetate, a copolymer of vinyl chloride and vinylidene chloride, or a copolymer of styrene and butadiene in about 0.4 to 0.65 part by weight of a plasticizer which is a member of the class comprising diootyl phthalate and trioresyl phosphate.
Still another object of the present invention is to provide a shaped article which has impact properties, resilience.
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Significantly increased tensile strength, hardness, mold release qualities and a substantially solvent resistant outer surface.
Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following description.
Synthetic expandable thermoplastics which can be used in the present invention are normally provided in a finely divided state and commonly take the form of small beads. Virtually any expandable synthetic thermoplastic material is suitable for the present invention.
For example, expandable polystyrene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl arbazole, polyvinyl esters of organic acids, polyaorylic acid and polymethacrylic acid compounds, polyacroylonitrile can be employed. , interpolymers of butadiene and other dienes and of styrene or aorylonitrile, interpolymers of these vinyl derivatives, and also polyamides, polyurethane and other thermoplastic polyoondensation products. However, among these compounds, expandable polystyrene is preferred.
In order for the thermoplastic substance to be expandable, it is necessary that another compound which is commonly referred to as an insufflating agent is included in the structure of the thermoplastic substance. For example, a gas-generating substance can be included, or a volatile liquid solvent in which the thermoplastic is insoluble can also be included. In the case of the liquid solvent, it is necessary that the boiling point of the solvent be lower than the softening point of the thermoplastic substance.
In thermoplastics comprising materials containing a gas, it is common to use products such as solid carbon dioxide. It is also
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It is also possible to use liquefied or solidified gases, such as liquid air. Other agents, such as bicarbonates, azo compounds or hydroagine compounds, can be employed. In thermoplastics which use liquid organic solvents, products such as petroleum ethers, pentane, hexane, heptane, cyclopentane, cyclohexane and oyolopentadiene can be employed.
In the preparation of expandable thermoplastics, masses of thermoplastics are first, normally pulverized in grinders.
In the case of materials using the liquid solvent, the sprayed materials are then immersed in the non-dissolving liquids to cause them to soak up the liquid. In the preparation of thermoplastic substances comprising gas generating substances, it is common to finely grind the thermoplastic substance and the gas generating agent in a ball mill and then heat the mixture in a sealed mold. to gases, after which it is pulverized again to give the desired grain sizes.
Examples of expandable thermoplastics, and especially expandable polystyrene, which are preferred, are Pelsapan produced by the Dow Chemical Company, and Dylite produced by Koppers Inc.
In the production of the shaped objects of the present invention, the expandable substance, and especially the expandable polystyrene, is mixed with a binder, preferably a liquid binder. Solid binders in powder form, such as polyethylene, etc., can be used.
The liquid binder compound can be a dispersion comprising materials, such as plasticizers and stabilizers, in which case it normally exists as a dispersion often referred to as plastisol, or it can be an aqueous dispersion. including an emulsifying agent, numerous vinyl compounds or
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Oopolymers of compounds can be used in the preparation of such dispersions.
For example, vinyl chloride, preferably high molecular weight vinyl chloride (, vinylidene chloride, copolymers of vinyl chloride and vinyl aoetate, copolymers of vinyl chloride and of vinyl and vinylidene chloride and a copolymer of butadiene and styrene.
Liquid compounds which are added to expandable thermoplastics may, for ease of description, be referred to as binders. The binder is included in the expandable thermoplastic beads in a ratio of approximately
3 to 5 parts of pearls for 1 part of binder. All parts referred to in this specification are parts by weight.
As mentioned above, the composition of the binder can include plasticizers and / or stabilizers and exist as plastisol. Monomeric or ester plasticizers are preferred when producing plastisols; however, stabilizers can be used. For example, phthalic acid derivatives such as dioctyl phthalate, dicapryl phthalate and di- (2-ethyl hexyl) hexahydrophthalate, phosphoric acid derivatives, such as phosphoric acid may be employed. ate / tricresyl, and other compounds, such as dioctyl adipate, di-iso-octyl adipate, dioctyl azealate, polyethylene glycol di-2-ethyl hexoate and hydrocarbon moieties .
Preferred types of plasticizers are phthalic acid derivatives or phosphoric acid derivatives, with particular preference for dioctyl phthalate and tricresyl phosphate. Suitable stabilizers which are used are organic compounds of barium and cadmium, such as an equal part mixture of the barium and cadmium salts of 2-ethyl hexoic acid. appointed
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by barium-cadmium stabilizer. Preferred vinyl compounds for use with plasticizers are vinyl chloride and vinyl chloride and vinylidene chloride oopolymers.
The composition of the binder can be an aqueous dispersion, as has been pointed out. For example, a copolymer of styrene and butadiene can be used in water dispersion. An emulsifier; such as hydrochloride
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of diethylmuno- -6thylolamide, is used to promote the emulation
In preparing a binder comprising the plasticizers, it is preferred that the plasticizers are included in an amount of about 0.4 to 0.65 part of plasticizer per each part of the vinyl compound.
Specific examples of binder compositions are:
100 parts of vinyl chloride 40 parts of diootyl phthalate 2 parts of barium-cadmium stabilizer
II 100 parts of vinyl chloride-vinylidene chloride copolymer 65 parts of tricresyl phosphate 2 parts of barium-cadmium stabilizer A typical example of an aqueous dispersion is:
III 100 parts of styrene-butadiene copolymer (1 part of styrene to 4 parts of butadiene) 40 parts of a 5% aqueous solution of dihydrochloride
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thylanino-ethylolamide.
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The molding compound is produced by mechanically mixing the binder with the expandable thermoplastic substance in the ratio mentioned above. The binder is added to the beads and mechanical stirring is started. The substance at this point will be a somewhat sticky mass. However, as mixing is continued, the moldable compound begins to dry and eventually will give a substantially dry pulverized moldable compound. The molding compound at this stage is completely inert and can be stored for long periods of time or transported in this state without adverse effects.
In order to provide the shaped articles of the present invention, it has been customary to use a mold, such as a metal mold, providing the desired shape. With such a mold, the mixture of expandable substance and binder is introduced into the mold, either in a tacky state or in a dry state, and the mold is then heated to a temperature of about 300. at 450 * F (approximately 150 to 230 C) for a period of up to 30 minutes. Improved molded objects will be obtained if a small amount of water is placed in the mold with the molding compound. Steam molding can also be used. Dry casting also provides a perfectly satisfactory part.
The time and temperature are obviously totally dependent on the thickness of the mold and the softening point of the thermoplastic substance, and so, as will be understood by those skilled in the art. The heat promotes the expansion of the thermoplastic substance by first softening the substance and then promoting the expansion of the gas therein, which comes from the substance containing the gas or from the organic solvent. The heat also cooks the liquid binder, which, in turn, helps promote the uniform expansion of the beads, while bringing together
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at the same time these encircle and increase the impact properties and tensile strength of the shaped article as a whole.
In addition, a hard outer surface film, which is easily released from the mold, is formed on the surface of the object. This surface allows the finished article to be coated with any surface coating material. For example, the articles can be coated with oil-based paints, water-based paints and varnishes, such as varnishes: vinyl and nitrooellulose.
EXAMPLE I
In an exemplary preparation of the shaped articles of the present invention, 100 parts of expandable polystyrene resin is introduced into a mixing vessel. The resin was produced by mixing 850 parts of finely ground polystyrene with 150 parts of ammonium bicarbonate, and grinding the mixture in a ball mill -. The mixture thus ground was introduced into a gas-tight cylinder, closed at both ends, this cylinder then being heated to 180 ° C. After heating for one hour, the mass is cooled to 25 ° C. and the solid body containing the mixture. Gas was removed from the mold and pulverized by grinding in a transverse beater mill to the desired bead sizes.
To the parts of the expandable polystyrene beads thus prepared was added 25 parts of a binder which was a vinyl dispersion, containing 100 parts of vinyl chloride, 40 parts of diootyl phthalate and 2 parts of barium-cadmium stabilizer. Beating was applied until the components were homogeneously mixed. The molding compound thus prepared was then introduced into a mold of the desired shape and the mold was placed in a drill at a temperature of 375 F (190 C) and held there for 12 minutes. At the end of this period, the mold was removed and cooled, and the resulting shaped object was removed.
It was observed that the object had
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a smooth hard outer surface and that the object as a whole had an acceptable density with markedly improved impact properties, tensile strength and hardness.
EXAMPLE II
A second object was prepared in the same manner as in Example I, except that 25 parts of the aqueous dispersion of styrene-butadiene diluted in the above-mentioned binder III was substituted for the binder of vinyl chloride and diootyl phthalate.
EXAMPLE III
Another object was prepared in the same manner as in Example I, except that 25 parts of powdered polyethylene with a mesh size of 50 microns was substituted for the vinyl chloride-dioctyl phthalate binder.
It is obvious that the invention is in no way limited to the details given but that many variants can be provided without departing from the scope of the present patent.
CLAIMS
1. A shaped or shaped article comprising an expanded and cured mixture of a subtly divided synthetic thermoplastic substance and a binder.