Verschäumbare feinteilige Kunststoffmassen
Es ist bekannt, dass man Formkörper aus schaumförmigen Styrolpolymerisaten erhält, wenn man feinteilige Styrolpolymerisate, die ein gasförmigesl oder flüssiges Treibmittel enthalten, in nicht gasdicht schliessenden Formen auf Temperaturen oberhalb des Siede- punktes des Treibmittels und des Erweichungspunktes des Polymerisats erhitzt. In der Technik hat sich vor allem eine Arbeitsweise eingeführt, bei der die ver- schäumbaren treibmittelhaltigen Teilchen in einer ersten Arbeitsstufe zunächst so lange erhitzt werden, bis sie zu einem Haufwerk vom gewünschten Schüttgewicht aufgeschäumt sind. Diesen Vorgang nennt man Vorschäumen .
Die vorgeschäumten Teilchen werden dann in einer nicht gasdicht schliessenden Form weiter erhitzt, so dass sie vollständig aufschäumen und zu einem Formkörper versintern. Diese Arbeitsstufe wird als Ausschäumen bezeichnet.
Verschäumbare Styrolpolymerisate werden im allgemeinen in offenen oder geschlossenen Gefässen mit Hilfe von Dampf vorgeschäumt. Dabei können die vorgeschäumten Teilchen, falls sie insbesondere auf zu hohe Temperaturen oder zu lange erhitzt werden, zu grösseren Agglomeraten versintern, die man vor der weiteren Verarbeitung wieder zerkleinern muss, da beim Ausschäumen der Agglomerate zu Formkörpern erhebliche Schwierigkeiten entstehen; z. B. ist es nicht möglich, die Ausschäumformen gleichmässig zu füllen und Formkörper mit homogener Struktur zu erhalten.
Es ist bereits bekannt, dass man das Versintern der Teilchen beim Vorschäumen verhindern kann, wenn man geringe Mengen Wachs oder Schwermetallseifen, wie Zinkstearat, auf die Oberfläche der Teilchen aufbringt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei der Herstellung von Formkörpern aus so behandelten Teilchen, also beim Ausschäumen, ebenfalls Schwierigkeiten auftreten, da die Teilchen nur unvollständig versintern.
Die so erhaltenen Schaumstoffkörper haben nur eine geringe mechanische Festigkeit und ungünstige Isoliereigenschaften.
Es wurde nun gefunden, dass beim Verschäumen und Ausschäumen feinteiliger Kunststoffmassen, die ein Styrolpolymerisat und ein Treibmittel enthalten, die geschilderten Nachteile nicht eintreten, wenn die Teilchen mit 0,005 bis 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf die Massen, eines hydrophile Gruppen enthaltenden Polymeren, dessen Erweichungspunkt über 300 C liegt, beschichtet sind.
Als Styrolpolymerisate kommen in Betracht Polystyrol und Mischpolymerisate des Styrols mit anderen a, ss-ungesättigten polymerisierbaren Verbindungen, die mindestens 50 Gewichtsteile Styrol einpolymerisiert enthalten. Als Mischpolymeris ationskomponenten kommen z. B. in Frage a-Methylstyrol, kernhaloge- nierte Styrole, Acrylnitril, Ester der Acryl-oder Methacrylsäure von Alkoholen mit 1 bis 8 Atomen, N-Vinylverbindungen, wie Vinylcarbazol, oder auch geringe Mengen an Verbindungen, die zwei polymerisierbare Doppelbindungen enthalten, wie Butadien, Divinylbenzol oder Butandioldiacrylat.
Geeignete Treibmittel, die in den Styrolpolymerisaten enthalten sind, sind unter Normalbedingungen gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe oder Halogenkohlenwasserstoffe, die das Styrolpolymerisat nicht lösen und deren Siedepunkte unter dem Erweichungspunkt des Polymerisats liegen. Geeignete Treibmittel sind z. B. Propan, Butan, Pentan, Hexan, Cyclohexan, Dichlordifluormethan und Trifluormethan. Die Treibmittel können in den verschäumbaren Massen in Mengen zwischen 2 und 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polymerisat, enthalten sein.
In den Kunststoffmassen können noch weitere Komponenten enthalten sein, z. B. Flammschutzmittel, wie Trikdibrompropylphosphat oder Hexabromcyclo- dodecan oder organische oder anorganische Füllstoffe, Farbstoffe, Antistatica oder Weichmacher.
Die verschäumbaren Kunststoffmassen können in Form von Perlen, als Granulat oder in Form kleiner Brocken vorliegen, wie sie beim Mahlen von Substanz polymerisaten erhalten werden.
Die Kunststoffteilchen sind mit einer dünnen möglichst gleichmässigen Schicht der hydrophile Gruppen enthaltenden Polymeren überzogen, wobei eine Menge von 0,005 bis 0,5, vorzugsweise 0,01 bis 0, 1 /o, bezogen auf die Kunststoffmasse, zur Verhinderung des Verklebens ausreicht. Grössere Mengen bringen in den meisten Fällen keine weitere Verbesserung. Geringere Mengen haben meist keine ausreichende Wirkung.
Als hydrophile Gruppen enthaltende Polymere kommen Polymerisate, Polykondensate und Polyaddukte in Betracht, die Hydroxyl-, Carboxyl-, Amino-, Amido- oder Äthergruppen enthalten.
Geeignete Polymere sind z. B. Vinylpolymenisate, wie Copolymerisate aus Styrol und Maleinsäure, die auch Estergruppen enthalten können; weiterhin Kondensationsprodukte aus mehrbasischen Säuren, wie Phthal-, Iso-, Terephthal- oder Adipinsäure mit mehrwertigen Alkoholen, wie Glycerin, Hexantriol (technische Isomerenmischung), Pentaerythrit, Veresterungsprodukte von mehrwertigen Alkoholen, wie Glycerin oder Pentaerythrit, mit Anlagerungsprodukten von Maleinsäure oder Acrylsäure an Kolophonium. Weiterhin kommen Kondensationsprodukte aus mehrwertigen Aminen oder Aminoalkoholen mit mehrbasischen Säuren, z. B.
Phthalsäure, Adipinsäure, in Frage. In gleicher Weise eignen sich Polyalkylenoxyde.
Die Polymeren sollen einen Erweichungspunkt (nach DIN 57 302) haben, der über 300 C liegt.
Die erfindungsgemässen feinteiligen Kunststoffmassen können z. B. durch Aufbringen einer Lösung der hydrophilen Polymeren auf ein feinteiliges treibmittelhaltiges Styrolpolymerisat und Abdampfen des Lösungsmittels beschichtet sein. Als Lösungsmittel für die hydrophile Gruppen enthaltenden Polymeren kommen solche organische Flüssigkeiten in Frage, die das Styrolpolymerisat nicht lösen. Solche Verbindungen sind z. B. Alkohole, wie Methanol, Athanol oder Butanol, aliphatische oder cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Pentan, Hexan oder Cyclohexan.
Die Lösungen können z. B. im einfachsten Fall durch Mischen mit den feinteiligen Styrolpolymerisaten auf die Teilchen aufgebracht werden. Die Lösungsmittel werden zweckmässig bei Temperaturen zwischen 10 und 500 C verdampft. Dies wird vorteilhaft durch Überleiten von Luft oder indifferenten Gasen über die beschichteten Teilchen erreicht.
Den Harzlösungen können z. B. auch Farbstoffe oder Flammschutzmittel zugesetzt werden, so dass Teilchen erhalten werden, deren Oberflächen gefärbt oder mit einer ein Flammschutzmittel enthaltenden Schicht überzogen sind.
Erfindungsgemäss beschichtete feinteilige expandierbare Kunststoffmassen sintern beim Vorschäumen nicht zu grösseren Agglomeraten zusammen. Beim Ausschäumen der vorgeschäumten Teilchen in Formen versintern die Teilchen weitgehend vollständig.
Die in den Beispielen genannten Teile sind Gewichtsteile.
Beispiel 1
In einem Mischer werden 1000 Teile perlförmiges expandierbares Polystyrol mit einem Gehalt von 6 O/o Pentan als Treibmittel und einem Korndurchmesser von 0,4 bis 2,5 mm mit einer Lösung aus 2 Teilen eines Kondensationsprodukts (I) aus Hexantriol (technische Isomerenmischung) und Phthalsäure mit einer Hydroxydzahl von 140, einer Säurezahl von 80 und einem Erweichungsbereich von 80 bis 850 C in 2 Teilen Methanol für die Dauer von 1 Minute gemischt.
Anschliessend wird die beschichtete feinteilige Masse 30 Minuten in einem Luftstrom bei einer Temperatur von 35 C getrocknet.
100 Teile der so beschichteten expandierbaren perlförmigen Masse werden in einem diskontinuierlich arbeitenden Vorschäumgerät mit strömendem Dampf von 100 bis 1050 C 5 Minuten lang behandelt. Das Vorschäumgerät besteht aus einem Blechkasten mit Dampfzu- und -abführung und enthält einen mit feinmaschigem Gewebe bespannten Rost, auf dem die Teilchen in dünner Schicht ausgebreitet werden. Der Dampf beheizt die Rostfläche gleichmässig.
Das vorgeschäumte Material wird in einem luftdurchlässigen Kastenbehälter 24 Stunden gelagert und dann in eine perforierte Form mit den Massen 100X100X30 cm eingefüllt und mit Dampf von 1,0 atü zu einem Schaumstoffblock ausgeschäumt. Nach dem Trocknen wird d der Schaumstoffblock mittels elek- trisch beheizter Drähte in Platten von 2 cm Stärke aufgeteilt.
In gleicher Weise wird unbehandeltes sowie mit 0,1 Gewichtsprozent Zinkstearat beschichtetes expandierbares Polystyrol vorgeschäumt, zu einem Schaumstoffblock ausgeschäumt und der Block in Platten aufgeteilt.
Die Schaumstoffplatten werden in der Mitte gebrochen und an den Bruchstellen der prozentuale Anteil der Perlen ermittelt, die versintert sind. Versinterte Perlen reissen beim Bruch der Platten durch, nicht versinterte trennen sich entlang der Korngrenzflächen.
Die Eigenschaften der beschichteten und der unbehandelten expandierbaren Styrolpolymerisate beim Vorschäumen und Ausschäumen zeigt nachfolgende Tabelle.
Tabelle I Expandierbare Masse Vorschäumen Anteil an versin
5 Minuten in Dampf terten Teilchen in von 1000 C der Schaumstoff platte Mit Kondensations- unverklebt 1000/o produkt (I) beschichtet mit Zinkstearat 100/cm der Teilchen 65 /e beschichtet zu Agglomeraten verklebt unbeschichtet 100 /o der Teilchen 1000/o zu Agglomeraten verklebt
Beispiel 2
Wie in Beispiel 1 beschrieben, werden 1000 Teile Granulat einer Masse aus 92,5 Teilen Polystyrol, 5,5 Teilen Pentan und 2 Teilen Hexabromcyclododecan mit einer Lösung aus 2 Teilen eines Harzes (II), das durch alkalische Kondensation aus Methylcyclohexanon hergestellt worden war,
mit einer Hydroxydzahl von 80 und einem Erweichungspunkt von etwa 100" C in 2 Teilen Hexan gemischt und anschliessend für die Dauer von 30 Minuten mit strömender Luft von 300 C getrocknet.
Die Eigenschaften der mit Harz II beschichteten expandierbaren Masse beim Vor- und Ausschäumen im Vergleich zu unbehandeltem Polymerisat zeigt nachstehende Tabelle. Die Massen wurden wie in Beispiel 1 vorgeschäumt und zu einem Schaumstoffblock ausgeschäumt.
Tabelle 2 Expandierbare Masse 4 Minuten Vor-Anteil an versin schäumung in Dampf tertenTeilchen in von 1000 C der Schaumstoff platte mit Harz (11) unverklebt 95 /o beschichtet unbehandelt 95 /o der Teilchen 95 /o zu Agglomeraten verklebt
Beispiel 3
Jeweils 1000 Teile einer expandierbaren Kunststoffmasse mit einem mittleren Korndurchmesser von etwa 1,5 mm, die ein Mischpolymerisat aus 95 Teilen Styrol und 5 Teilen Methacrylsäuremethylester sowie 6 Teile Pentan enthält, werden jeweils mit 2 Teilen einer Lösung eines Polymeren (III bis V) in 2 Teilen einer Lösung des entsprechenden nachfolgend genannten Lösungsmittels wie in Beispiel 1 beschrieben beschichtet.
(III): Kondensationsprodukt aus Glycerin und einem Anlagerungsprodukt von Acrylsäure an Kolo phonium, Erweichungsbereich 100 bis 1100 C, Säurezahl etwa -150, in Methanol.
(IV): Kondensationsprodukt aus Dipropylentriamin und einem Anlagerungsprodukt von Acrlysäure an Kolophonium, Erweichungspunkt etwa 80" C, in Atha- nol.
(V): Mischung aus 50 Teilen Polyäthylenoxyd mit einem Erweichungsbereich von 50 bis 600 C und 50 Teilen Kondensationsprodukt (I), in Methanol.
Die Eigenschaften der mit den Polymeren bzw.
-mischungen III und V beschichteten expandierbaren Massen beim Vor-und Ausschäumen zeigt Tabelle 3.
Die Perlen wurden wie in Beispiel 1 beschrieben vorgeschäumt.