DE10138587A1

DE10138587A1 - Verfahren zur Herstellung geschäumter Formteile und Treibmittel

Info

Publication number: DE10138587A1
Application number: DE10138587A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2001-08-06
Publication date: 2002-10-10
Also published as: DE10039340A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Treibmittel zur Herstellung von geschäumten Formteilen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Treibmittel für den thermoplastischen Kunststoff, das aus einem Gemisch mindestens eines Oxids oder Hydroxids eines Elements der 2. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente, der Eisenmetalle und/oder des Zinks sowie mindestens einem Carbonat, Hydrogencarbonat oder Sulfat eines Elements der 1. oder 2. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente, einem zweiten thermoplastischen Kunststoff mit niedriger Erweichungstemperatur und/oder einem Wachs mit einem Schmelzpunkt bis 100 DEG C besteht, mit mindestens einem olefinischen Polymeren vermischt und anschließend dieses Gemisch auf an sich bekannte Weise thermisch weiterbehandelt und in ein Formteil überführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Treibmittel zur Herstellung von geschäumten Formteilen gemäß der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 19.

Schaumstoffe auf Basis thermoplastischer Kunststoffe werden mit physikalischen und chemischen Treibverfahren hergestellt, auch Kombinationen beider Verfahren sind bekannt und werden in der Produktion eingesetzt. Zu den physikalischen Verfahren gehören u. a. die Expansion von dem Polymeren zugesetzten komprimierten Gasen und das Verdampfen leicht flüchtiger Flüssigkeiten. Bei den chemischen Verfahren entstehen die Ga se erst bei der Schaumbildung durch (thermischen) Zerfall von zugesetzten Blähmitteln. Das Gas muß anschließend, um eine gleichmäßige Schaumstruktur zu erhalten, in der gesamten vis kosen Polymermasse gleichmäßig verteilt und unter Druck im Extruder oder in der Form in der Schmelze bzw. im visko elastischen Zustand gelöst werden. Wenn die Schmelze den Extruder durch die Düse verlässt oder die Schmelztemperatur in der Form überschritten ist, kommt es zum Druckabfall, das Gas trennt sich von der Schmelze und expandiert, was zur Bil dung einer zellulären Struktur im Kunststoff führt.

Mit dem Direktbegasungsverfahren werden verschiedene thermo plastische Kunststoffe aufgeschäumt. Produkte werden aus ge schäumtem Polystyren, Polyethylen niederer Dichte (LDPE) und PVC hergestellt. Die Schäume werden in großem Umfang im Bau wesen eingesetzt. Seit kurzer Zeit werden auch geschäumtes Polyethylenterephthalat, Polypropylen-Schaumstoffe und andere eingesetzt.

Für physikalische Treibverfahren werden vorwiegend niedrig siedende Flüssigkeiten (Pentan, Methylenchlorid, fluorierte aliphatische Kohlenwasserstoffe FKW, Fluorchlorkohlenwasser stoffe FCKW) und Wasser verwendet, als verdichtete Gase fast ausschließlich Stickstoff und Kohlendioxid; Feststoffe haben als Treibmittelerzeuger nur eine geringe Bedeutung.

In der DE 16 94 876 A1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem als Treibmittel hydratisierte Silikate von Alkalimetallen verwendet (Wasserglas usw.) werden. Durch die Einstellung der Verhältnisse von Metallen zu Silikatrest können die Tempera turen, bei der das als Treibmittel verwendete Wasser abgege ben wird, eingestellt werden. Die Temperatur der Wasserabgabe liegt zwischen 150 und 360°C. Zusätzlich wird ein Salz eines zwei- oder dreiwertigen Metalls zugegeben, das mit dem Sili kat reagiert, damit dieses wasserunlöslich wird. Polymer und Treibmittel können als Pulver miteinander vermischt oder ge meinsam aufgeschmolzen werden. Der Schäumvorgang kann in ei ner oder mehreren Stufen erfolgen. Es werden auch Produkte aus einer geschäumten Schicht und einer kompakten Schicht be schrieben, die jedoch nicht nach dem Ingeralschaumverfahren sondern durch unterschiedlich zusammengesetzte Schichten aus Kunststoffen mit und ohne Treibmittel erzeugt werden. Die Produkte haben vorzugsweise offene Zellen. Verstärkungsstoffe sind mit beansprucht, ebenso Flammschutzmittel und Metallsei fen (Gleitmittel).

Die beschriebenen Treibmittel, die aus ganz speziell aufge bauten, an sich wasserlöslichen Silikaten bestehen, die erst während oder nach der Verarbeitung mit einer zweiten Salzkom ponente, die eine Al-, Ca-, Mg-, Zn- und/oder Ba-Verbindung ist, zu einer unlöslichen Verbindung reagieren, weisen Nachteile auf. Bei diesem Verfahren kann sich ein nachträgli cher Waschschritt erforderlich machen, um die Salze aus dem geschäumten thermoplastischen Kunststoff herauszulösen, was ein sehr aufwendiges Verfahren ist.

In der PCT WO 99/67322 werden geschäumte Polyolefine be schrieben, die durch ein wasserabspaltendes Metallhydroxid der 1. oder 2. Gruppe des PSE mit Hydratwasser und mit einem zweiten chemischen und/oder physikalischen Treibmittel, u. a. einer Carbonat-Säure-Kombination, getrieben werden. Die Tem peratur des Treibvorganges soll bei 120-350°C liegen. Bei spiele für die Salze sind Aluminiumtrihydrat und Magnesium hydroxid. Das Treibmittel wird als eine trockene Mischung eingesetzt. Die geschäumten Polyolefine werden dadurch erhal ten, daß die Salze bei einer höheren Temperatur als der Schmelztemperatur des Polyolefins aber unterhalb der Spalt temperatur der Salze in diese eingearbeitet werden. Der Dich tebereich der Schaumstoffe wird mit 50 bis 900 kg/m³ angege ben. In dieser EB wird auch die Oberflächenbeschichtung der festen Treibmittel beschrieben, aber nicht beansprucht. Es werden im wesentlichen Oberflächenbehandlungsmittel auf Si lanbasis genannt, die als Haftvermittler für Füllstoffe be kannt sind. Diese Mittel können auch Koppler auf Silanbasis mit hydrolysierbaren Gruppen, z. B. Vinyltrimethoxysilan oder Vinyltriacetoxysilan, sein. Weitere Oberflächenbehandlungen können Titan-, Zirkon- oder Aluminium-organische Verbindungen sein, z. B. deren Alkoxyderivate. Zur Zellstruktur wird aus geführt, daß diese gesteuert wird, d. h. es kann eine ein heitliche Schaumstruktur oder eine Struktur mit einem Gra dienten oder einem geschäumten Bereich sein. Als Polyolefine werden hauptsächlich Polyolefinelastomere (Gummi) eingesetzt. Die Mitverwendung eines chemischen Treibmittels oder die Treibmittelerzeugung durch eine chemische Reaktion (Carbonat und Säure) weisen darauf hin, daß das beanspruchte Verfahren ohne diese zweite Treibkomponente nicht ausreichend Wasser dampf liefert, um die gewünschten Rohdichten der Schaumstoffe zu erhalten. Außerdem sind zum Treibvorgang deutlich höhere Temperaturen bei vergleichsweise großen Mengen an Treibmit teln erforderlich.

In der DE 34 90 517 T1 werden Kristallwasser enthaltende oder Wasser absorbierende Verbindungen oder mit dem Polyolefin mischbares, Wasser lösendes Mittel beschrieben, zu dem hydro lyxsierbares Silan und Kondensationskatalysator zugegeben werden. Als Wasserträgersubstanz werden z. B. Gips (Calcium sulfat ×2 Wasser) oder Aluminiumoxid, Calciumchlorid oder Si liziumdioxid genannt. Als weitere Wasserträgersubstanzen wer den Glykole oder deren Mischungen mit chemischen Treibmitteln aufgeführt. Die zwingende Mitverwendung eines Silans und ggf. eines Glykols machen dieses System sehr komplex in Bezug auf die Verarbeitung, außerdem soll durch das Verfahren eine Ver netzung erzeugt werden, was nur für spezielle Anwendungen er forderlich ist. Durch die Vernetzung sind die Schaumstoffe nicht mehr werkstofflich wiederverwendbar. Der wesentliche Bestandteil der Lehre besteht in der Pfropfung und Kondensa tion des Silans zur Herstellung von vernetzten Polyolefinen, wobei das Wasser aus den Salzen im wesentlichen zur Kondensa tion und Hydrolyse des Silans und weniger zum eigentlichen Treibvorgang genutzt wird.

Die DE 43 24 904 A1 bezieht sich ausschließlich auf Acrylat polymere, die durch Magnesium- und/oder Aluminiumhydroxid oder Kieselsäure aufgeschäumt werden. Die Temperatur der was serabgabe liegt bei mindestens 200°C oder darüber. Bei diesem Verfahren ist die Anwendung von Druck während des Prozesses für das Aufschäumen durch Entspannung erforderlich. Die hohen Temperaturen in diesem Verfahren sind nicht auf andere Polyo lefine anwendbar.

Aus der EP-A1 0 493 783 sind Polycarbonat-Schaumstoffe be kannt, die durch Hydrate anorganischer Salze aufgeschäumt werden. Als Salzhydrate werden kristallwasserhaltige Salze des Magnesiums oder Zinks verwendet, die beim Erhitzen Kris tallwasser abgeben, welches als Treibmittel für den Schäum vorgang wirkt. Die Salzhydrate des Magnesiums und Zinks sind preisgünstige Treibmittel und wirken gleichzeitig als Füll stoffe, die die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs günstig beeinflussen. Bei anderen Kunststoffen, insbesondere PMMA und ähnlichen, erhält man nach diesem Verfahren Schaum stoffe, die an der Luft relativ schnell ungünstigen Verände rungen unterworfen sind.

Die nach dem Stand der Technik beschriebenen Verfahren, so weit sie sich auf olefinische Polymere ohne zusätzliche Ver netzung beziehen, nutzen die Wasserabgabe im wesentlichen aus hydratisierten Salzen und/oder Hydroxiden bei Temperaturen deutlich oberhalb 100°C, in der Regel oberhalb der Schmelz temperatur der Polymere. Die als Treibmittel verwendeten an organischen Salze werden dabei entweder speziell hergestellt oder werden aus handelsüblichen Stoffen durch eine entspre chende Behandlung hergestellt. Oftmals ist es auch erforder lich, die Salze oder Teile der Salze nach dem Schäumvorgang wieder aus dem Polymeren auszuwaschen. Die Verarbeitungszei ten liegen im allgemeinen bei mehreren Minuten. Alle diese Faktoren sind ökonomisch unvorteilhaft. Zudem werden durch die bisher beschriebenen Treibmittel offenzellige Schaumstof fe hergestellt, die eine permeable Außenhaut aufweisen. Diese Produkte haben daher nur eine schlechte Wärmeisolationsfähig keit. Bei einer permeablen Wand besteht zudem die Möglich keit, daß Fremdstoffe in das Material diffundieren oder von diesem an die Umgebung abgegeben werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von geschäumten Formteilen zur Verfügung zu stel len, wobei thermoplastische Schaumstoffe mit einer homogenen bis integralen Zellverteilung, gleichmäßiger Oberfläche sowie geringer Schwindung vorliegen sollen und ein dafür geeignetes Treibmittel anzubieten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Teile der Ansprüche 1 und 21 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen an gegeben.

Die erfindungsgemäßen Produkte weisen gegenüber dem Stand der Technik vorteilhafterweise eine geschlossene Oberfläche mit im wesentlichen geschlossenen Zellen auf. Die Kombination zweier alkalischer Salze, die miteinander eine Verbindung eingehen können und die in der abgeschlossenen Polymermatrix verbleiben, treten nicht mit der Umgebung oder mit dem Mate rial in Kontakt stehenden Stoffen in Wechselwirkung. Weiter hin werden beim erfindungsgemäßen Verfahren ausschließlich Rohstoffe verwendet, die günstig zu erhalten und in großen Mengen verfügbar sind. Durch die spezielle Methode der Batch herstellung mit niedrigschmelzenden synthetischen oder natür lichen Wachsen können auch Salze mit sehr niedrigem Beginn der Wasserabgabe in Extrusions- oder Spritzgußverfahren ohne vorzeitiges Einsetzen des Schäumvorganges verwendet werden. Die Wachse wirken dabei selbst als Trenn-, Gleit- oder Stabi lisierungsmittel für die Polymere und verbessern deren Eigen schaften weiter.

Es wird in einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfin dung aus thermoplastischen Kunststoffen zunächst ein Gemisch mit einer oder mehreren wasserhaltigen anorganischen Verbin dungen bei Temperaturen zwischen 0°C und 130°C hergestellt. Diesem Gemisch werden gegebenenfalls weitere thermoplastische Kunststoffe, Additive, Füllstoffe und/oder spezielle Agenzien zugesetzt und das so erhaltene Gemisch wird durch Extrusion oder Spritzguß bei Temperaturen zwischen 100 und 300°C behan delt, so daß während der thermischen Behandlung das Wasser in den oder die ganz oder teilweise aufgeschmolzenen Kunststoffe abgegeben und nach Eingabe in die Form im thermoplastischen Material eine homogen oder integral verteilte Zellstruktur erzeugt wird, so daß auf diese Weise ein geschäumter Formkör per entsteht. In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird unmittelbar nach der Formung zur Minderung bzw. Unterdrückung einer Materialschrumpfung eine schnelle Abkühlung, z. B. durch Kälteschock, durchgeführt.

Es wurde überraschend gefunden, daß fein verteilte anorgani sche Verbindungen, die Wasser als Kristallwasser gebunden oder als Oxidhydrat im Molekül enthalten und eine Teilchengrö ße von 10 µm bis 0,5 mm aufweisen, bei der Extrusion mit ei nem oder einem Gemisch thermoplastischer Kunststoffe bis zu einer Rohdichte von 85 g/dm³ aufschäumen und die aufgeschäum ten Formkörper schnell formstabil sind. Es war weiterhin überraschend, daß dieser Prozeß besonders günstig bei nicht vollständig aufgeschmolzenen Kunststoffen oder Kunststoffge mischen abläuft, d. h. wenn die Viskosität der Schmelze noch relativ hoch ist, wie über den MFI gemessen werden kann. Au ßerdem war überraschend, daß bei dieser Arbeitsweise in der Regel keine speziellen Nukleierungsmittel zugesetzt werden müssen, da die Teilchen der anorganischen Verbindungen selbst als Nukleierungsmittel wirken.

Zur Verteilung der wasserabgebenden Verbindung im Polymerma terial ist eine sehr gute Vermischung der beiden Komponenten erforderlich. Die Vermischung kann einmal mit Pulvern der Komponenten über eine Mühle erfolgen. Andererseits ist die gemeinsame Vermahlung bei Kühlung möglich, um ein Verschmie ren bzw. eine frühzeitige Wasserabgabe zu verhindern. Am gün stigsten ist jedoch eine Vorbehandlung der Materialien durch getrenntes Vermahlen auf die gewünschte Korngröße und anschließendes Vermischen in üblichen Batch-Mischapparaten.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Formstoffe sind thermo plastische Kunststoffe geeignet, die sich üblicherweise durch Extrusion oder Spritzguß verarbeiten lassen. Dazu zählen Po lyethylen, Polypropylen, Polystyren, Polyvinylchlorid, Poly carbonat, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polymethylmethacrylat, Polyacrylsäure, Polyacrylsäure-ester, deren Gemische oder Copolymere wie Ethylen-Vinylacetat- Copolymere (EVA), Acrylnitril-Styren-Copolymere, Acrylnitril- Styren-Butadien-Copolymere, sowie Pfropfcopolymere des Poly ethylens oder Polypropylens mit anderen Olefinen einschließ lich Maleinsäure usw. und thermoplastische Polyurethane.

Als geeignete anorganische Verbindungen kommen insbesondere hydratwasserhaltige Salze der Elemente der 1. und 2. Haupt gruppe des Periodensystems der Elemente, insbesondere des Na triums, Kaliums, Calciums, Magnesiums oder deren Gemische, Mischsalze aus zwei oder mehreren Elementen wie Alaune oder Silikate, die Hydroxide oder Oxidhydrate der genannten Ele mente, außerdem Eisenoxidhydrat bzw. Eisenhydroxide, die Car bonate, Hydrogencarbonate oder Oxicarbonate der Elemente der 1. und 2. Hauptgruppe des Periodensystems usw. in Frage. Als besonders günstig haben sich bestimmte Carbonate, Sulfate und kristallwasserhaltige Salze des Natriums, Kaliums, Calciums, Magnesiums und des Eisens erwiesen. Diese Verbindungen können einzeln oder als Gemisch eingesetzt werden. Gemische werden zur Steuerung der eingetragenen Wassermenge und zur Erhöhung des Füllkörperanteils verwendet. Ein besonders günstiges Ge misch besteht aus Calciumhydroxid (Weißkalk) und Natriumcar bonat-dekahydrat sowie aus Weißkalk und Natriumsulfat dodekahydrat. Ein weiteres günstiges Gemisch besteht aus Nat riumsulfat-dekahydrat und Natriumaluminiumsilikat mit ca. 3 Gew.-% Wasser. Die erfindungsgemäßen wasserhaltigen anorganischen Verbindungen enthalten 0,2 bis 20 Mol Kristallwasser oder Hydratwasser je Molekül. Das Wasser kann in Form des Kristallwassers gebunden sein oder als Hydroxid, das Wasser zum Oxid abspalten kann, oder als Hydrathülle oder in Form von angelagertem oder eingeschlossenem Wasser enthalten sein. Bedingt durch die Unterschiede in der Basizität oder Säurestärke der Anionen bzw. Kationen können die Salze als Neutralsalze, saure oder basische Salze vorliegen. Insbesondere bei den Carbonaten, Oxiden, Hydroxiden oder Oxidhydraten sind pH-Werte über dem Neutralpunkt möglich oder wahrscheinlich. Üblicherweise stören vom Neutralpunkt abweichende pH-Werte anders als bei anders als bei Reaktivharzen nicht die Durchführung des Ver fahrens oder die Qualität der Formkörper. Saure Salze können jedoch zur Korrosion bei den zur Verarbeitung genutzten Ma schinen führen. Es ist daher günstig im Sinne des erfindungs gemäßen Verfahrens, basische Verbindungen, Neutralsalze oder deren Gemische einzusetzen, die durch die Art und Weise ihrer Mischung basisch oder neutral reagieren und damit die Schädi gung der Maschinen bei der Verarbeitung auf ein minimales Ni veau drücken.

Die anorganischen Verbindungen geben je nach Art das Wasser in einem Schritt oder in mehreren Schritten beim Erwärmen ab. Die Temperatur der thermischen Wasserabgabe kann zwischen 45°C und 250°C liegen, je nach Art der Verbindung und der Stärke der Bindung des Wassers in ihr. Während Salze der Al kalimetalle, z. B. Natriumsulfat-Dekahydrat, einen Teil des Kristallwassers bereits bei sehr niedriger Temperatur abge ben, wird das Wasser aus Oxidhydraten bzw. Hydroxiden erst bei höherer Temperatur, z. B. oberhalb 100°C, abgegeben. Bei spiele für solche Verbindungen sind Calciumhydroxid, Eisen oxidhydrat, Magnesiumhydroxid, Aluminiumhydroxid usw.

Zur Verbesserung der Oberfläche der Formkörper und zur schnelleren Entformbarkeit können den Gemischen weiterhin in terne Trennmittel zugegeben werden. Ein Beispiel für ein in ternes Trennmittel bei der Verarbeitung der schäumfähigen Ge mische ist EVA-Wachs mit einem Schmelzpunkt zwischen 60 und 120°C, insbesondere von 70-100°C. Durch Zusatz von Mengen zwischen 0,5 und 50 Gew.-% zum schäumfähigen Gemisch konnte eine wesentliche Verkürzung der Zykluszeiten erreicht werden.

Die Maßhaltigkeit der Probekörper kann durch Zusatz von Füll stoffen verbessert werden. Als Füllstoffe kommen insbesondere pulverförmige, faserförmige und unregelmäßige Mahlgüter in Betracht. Pulverförmige Füllstoffe sind z. B. Talkum, Kreide, Kaolinmehl, Gesteinsmehl, Porzellanmehl, Aerosil usw. Es kön nen auch gefärbte Füllstoffe eingesetzt werden, z. B. anorga nische und organische Pigmente, z. B. Titandioxid, sowie Gra phit, Ruß oder Eisenoxide (Ocker). Die Füllstoffe werden dem Polymer-Salz-Gemisch in Mengen von 1 bis 30 Gew.-% zugesetzt. Besonders günstig sind bei reinen anorganischen Füllstoffen Mengen zwischen 3 und 12 Gew.-%, bei Pigmenten üblicherweise 0,1 bis 1 Gew.-%.

Als faserförmige Füllstoffe können Glasfasern, Kohlenstofffa sern, Aramidfasern, Polyesterfasern, Hanf- oder Flachsfasern verwendet werden. Diese Fasern werden mit Anteilen von 0,1 bis 20 Gew.-% eingesetzt. Eine gute Verstärkungswirkung zeigt sich bereits bei 3 bis 5 Gew.-% kurzfaseriger Füllstoffe.

Weiterhin können Mahlgüter aus dem Recycling verwendet wer den. Solche Mahlgüter stehen z. B. als Ölsaatenschrot, Schä ben, Strohhäcksel, Nußschalenmehl usw. zur Verfügung. Von diesen Stoffen können zwischen 0,2 und 15 Gew.-% eingesetzt werden, wobei der Feuchtegehalt der Naturstoffe bei der Ver arbeitung zu berücksichtigen ist.

Mit den Füllstoffen konnte die Maßhaltigkeit der Probekörper bei Zusatz von 5 bis 15 Gew.-% weiter verbessert werden. Die Wirkung der zugesetzten Füllstoffe ist stark von der chemi schen Oberflächenbeschaffenheit und von der Feinheit der Ver mahlung abhängig.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver fahrens wird zur Erzielung einer hohen Maßhaltigkeit der Formkörper, vor allem beim Extrusionsverfahren, unmittelbar nach der Formung, z. B. nach Verlassen der Düse, eine Schock kühlung (Quenching) durchgeführt. Durch den Kälteschock wird die Volumenminderung bzw. Schwindung weiter reduziert.

Zur Erzielung von kompakten Oberflächen von Formkörpern beim Spritzguß können die Formen eine gegenüber der Umgebung er höhte Temperatur aufweisen. Die Temperaturdifferenz zwischen der Spritzgußmasse und der Form soll mindestens 40 K, höchs tens jedoch 200 K betragen.

Zur Erzielung weißer Farbe der Probekörper wurden 1 bis 3 Gew.-% Titandioxid zugesetzt. Die erhaltenen Probekörper sind nach Zugabe dieser Füllstoffmengen durchgehend weiß ge färbt und nicht mehr klar oder durchscheinend. Bei Verwendung von Eisenoxidhydrat (Ockerfarbe braun) in Anteilen von 0,6 und 2 Gew.-% allein oder im Gemisch mit Titandioxid wurden rotbraune, braune und ockerfarbene Probekörper erhalten. Die Verwendung von Pigmenten zur Färbung von thermoplastischen Kunststoffen ist dem Fachmann gut bekannt und muß nicht de tailliert ausgeführt werden.

Als Nukleierungsmittel wurde in mehreren Versuchen Aerosil mit Mengen von 0,01 bis 0,2 Gew.-% eingesetzt, jedoch keine Veränderung der Porenstruktur oder eine Erniedrigung der Dichte beobachtet. Es ist jedoch zu beobachten, daß bei nied rigeren Verarbeitungstemperaturen die Schaumbildung durch ge ringe Mengen des Nukleierungsmittels frühzeitiger einsetzt. Insofern ist der Einsatz eines Nukleierungsmittels dann er wünscht, wenn möglichst niedrige Verarbeitungstemperaturen von empfindlichen thermoplastischen Kunststoffen erforderlich sind. Als Nukleierungsmittel wirken auch bestimmte, fein dispergierte Füllstoffe, z. B. mikronisiertes Titandioxid oder Talkum mit einer Korngröße unter 25 µm. Auch die fein körnigen Calciumhydroxide mit einer Teilchengröße zwischen 2 und 50 µm wirken als solche oder nach der Abspaltung von Was ser als Nukleierungsmittel. Ansonsten wirken die hydratisier ten oder dehydratisierten anorganischen Stoffe selbst als Nukleierungsmittel.

Gemische aus verschiedenen EVA-Polymeren und PE/PP- Materialien wurden ebenfalls mit anorganischen, wasserhalti gen Verbindungen in Extrudern umgesetzt. Ethylen-Vinylacetat- Copolymere wirken dabei in der Regel durch Erniedrigung der Verarbeitungstemperatur, so daß vor allem Alkalimetallsalze mit Kristallwasser verwendet werden können. Wird z. B. ein solches Gemisch mit 8 Gew.-% Natriumcarbonat-dekahydrat ver setzt, bei Zimmertemperatur in einer Schneidmühle innig ver mischt, so baut sich im Extruder bei einer Kammertemperatur von 130°C ein Druck auf, der an der Düse durch Entspannung abfällt und dabei das Gemisch aufschäumen läßt. Durch die Einstellung der Verarbeitungstemperatur kann ein höherer oder niedrigerer Druck und eine höhere oder niedrigere Dichte der Formkörper erreicht werden. Die gleiche Arbeitsweise kann in Spritzgießmaschinen angewendet werden. Hierbei werden Probe körper durch Einspritzen des unter Druck durch abgespaltenes Wasser stehenden aufgeschmolzenen Gemisches in die Form her gestellt. Auf diesem Wege werden geschäumte Körper mit einer Dichte zwischen 500 g/dm³ und 55 g/dm³ in Abhängigkeit von der Verarbeitungstemperatur erhalten, die eine glatte, ge schlossene Oberfläche aufweisen. Werden die Formen auf eine bestimmte Temperatur temperiert, z. B. 45°C, und ein höherer Druck durch eine größere Gewichtsmenge an anorganischer Ver bindung sowie eine höhere Verarbeitungstemperatur, z. B. 180°C, aufgebaut, so lassen sich Probekörper mit einer integ ralen Dichteverteilung herstellen. Integrale Dichteverteilung bedeutet hierbei, daß die Dichte der Randzonen der/des unge schäumten Kunststoffe(s) einschließlich etwa vorhandener Füllstoffe entspricht. An diese Außenzone des Formkörpers, die eine Stärke von 0,05 bis 2 mm aufweisen kann, schließt sich ein Übergangsbereich an, in dem die Dichte schnell klei ner wird und im Gegenzug die Anzahl der Blasen zunimmt, bis schließlich eine homogene Schaumstruktur erreicht wird. Auf der gegenüber liegenden Seite des Formkörpers ist der Aufbau dann spiegelbildlich.

Als Kunststoffe sind auch Recyclate, z. B. aus PE, PP, PET oder PVC, für diesen Verwendungszweck geeignet. Hinsichtlich der Verwendung von Recyclaten sind nur solche geeignet, die durch die Art ihrer Vorbehandlung und ihre Verarbeitbarkeit ein Aufschäumen gestatten. Übliche Regranulate aus der Schwimm-Sink-Trennung wurden erfolgreich eingesetzt. Die als wichtigstes Recyclat zur Verfügung stehenden PE-PP- Polymergemische können ebenso verwendet werden wie Regranula te aus der Produktion von PE/PP-Hohlkörpern oder PET- Anfahrblöcken.

Eine weitere Ausführungsform zur Herstellung der erfindungs gemäßen geschäumten Formkörper besteht darin, zunächst aus einem natürlichen oder synthetischen Wachs und einer oder mehreren anorganischen Verbindungen sowie ggf. geeigneter Zu satzstoffe ein homogenes Gemisch mit relativ enger Korngrö ßenverteilung herzustellen. Dieses Gemisch kann anschließend aufgeschmolzen und granuliert werden. Dabei sind jedoch sol che anorganischen Verbindungen zu verwenden, deren Temperatur der Wasserabgabe oberhalb der Schmelztemperatur des Kunst stoffs liegt, z. B. bei Polystyren wird Calciumhydroxid ver wendet. Wird eine größere als die später zur Verarbeitung er forderliche Menge an anorganischen Verbindungen zusammen mit dem Wachs verwendet, so läßt sich auf diese Weise ein Batch herstellen, der mit den Kunststoffen vermischt und verarbei tet oder während der Verarbeitung einem anderen Kunststoff zudosiert werden kann. Die Homogenisierung des Ausgangsgemi sches kann z. B. durch Mahlen der anorganischen Verbindungen und deren Vermischung in der Mühle oder in Mischern üblicher Bauart mit dem pulverförmigen oder geschmolzenen syntheti schen oder natürlichen Wachs erfolgen.

Die unter den Bedingungen der Batch-Technologie erhaltenen Schaumkörper aus PE-PP-Gemischen zeigten eine bessere Homoge nität hinsichtlich der Blasenverteilung und Dichte. Die Blä schen waren auch durchschnittlich kleiner als bei Verwendung des Ein-Stufen-Verfahrens. Mit der Batch-Technologie lassen sich ebenfalls integrale Dichteverteilungen im Formteil güns tiger einstellen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine einfache und umweltschonende Technologie zur Herstellung von geschäumten Thermoplast-Formkörpern zur Verfügung gestellt. Die nach die ser Technologie hergestellten Formkörper weisen keine Schad stoffe auf und lassen sich mit üblicher Technik herstellen. Sie sind bei geeigneter Auswahl der Komponenten lebensmittel echt und daher auch in diesem Bereich einsetzbar.

Durch die Wahl der Mischungsverhältnisse des/der Kunststof fe(s) zu den anorganischen Verbindungen oder der wasserhalti gen anorganischen Verbindungen zueinander sind Rohdichten der Formkörper in einem großen Bereich durch einen einzigen Ver fahrensschritt erhältlich. Durch die Wahl von Komponenten und Verarbeitungsbedingungen können lebensmittelechte geschäumte Formkörper hergestellt werden.

Weiterhin ist es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mög lich, Formkörper mit integraler Dichteverteilung, sogenannte Integralschaumstoffe, herzustellen. Man erzielt damit eine höhere Festigkeit der Formkörper vorteilhafterweise in einem Ein-Stufen-Prozeß.

Grundsätzlich lassen sich alle Formen herstellen, z. B. Strän ge, Rohre, Profile etc., aber auch komplizierte Formteile und Spielzeug.

Erfindungsgemäß wird eine technische Lösung bereitgestellt, in der ein System in einer Komponente sowohl Treibmittel als auch Nukleierungsmittel vereinigt und diese Komponente zu ei ner gleichmäßigen Schaumstruktur führt. Das ist aus dem Stand der Technik weder bekannt noch nahegelegt.

Die erfindungsgemäßen Formkörper weisen eine Rohdichte von 55 bis 500 g/dm³ mit homogener oder integraler Dichteverteilung sowie einem Füllstoffgehalt von 1 bis 35 Gew.-% auf.

Anschließend wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen nä her erläutert, auf die sie jedoch nicht beschränkt werden soll.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1 Herstellung eines Batches

EVA-Granulat mit 14 Gew.-% VA im Molekül wurde mit flüssigem Stickstoff abgekühlt und in kleinen Portionen in einer Schneidmühle auf eine Korngröße von 0,2 bis 0,4 mm vermahlen. Dieses Mahlgut wurde bei Zimmertemperatur mit den pulveri sierten Salzen überstäubt, innig verrührt und anschließend bei 100°C im MFI-Gerät mit einer aufgelegten Last von 10 kg aufgeschmolzen. Das erhaltene, erkaltete Gemisch wurde in der Schneidmühle granuliert. Es wurde so ein Batch mit einem Salzgehalt von 10 Gew.-% hergestellt.

Das Batch wurde bei 140°C auf einer Laborspritzgießmaschine verarbeitet. Die erhaltenen Probekörper wiesen eine homogene Bläschenverteilung des Schaumes auf. Die Rohdichte beträgt in Abhängigkeit vom eingesetzten Salz 248 bis 122 g/dm³.

Beispiel 2 Herstellung eines Batches und dessen Verarbeitung

EVA-Polymere in Pulverform mit 18% Vinylacetatgehalt wurde mit 12 Gew.-% Calciumhydroxid (Weißkalk, Rüdersdorfer Kalk werke GmbH) intensiv mittels Taumelmischer vermischt. Das Ge misch wurde bei 100°C im MFI-Gerät mit einer aufgelegten Last von 10 kg aufgeschmolzen. Der aus dem MFI-Gerät abflie ßende, blasenfreie Strang wurde nach Erkalten in der Schneid mühle auf eine Teilchengröße von 1 mm granuliert. Das so her gestellte Batch-Granulat hatte einen Gehalt von 11,56 Gew.-% Feststoff.

Mit diesem Produkt wurden auf einer Laborspritzmaschine Form körper von 94 cm³ Volumen bei 135°C gespritzt. Die Verteilung der Blasen in den Probekörpern war gleichmäßig, die Dichte betrug 138 g/dm³. Die Oberfläche war glatt und fehlerlos.

Beispiel 3 Herstellung von Formkörpern mit internem Trenn mittel

Die Entformbarkeit wird durch Zusatz von EVA-Wachs verbes sert. Ein Gemisch aus 76 Gew.-% PE und 24 Gew.-% PP wird mit 2,75 Gew.-% eines EVA-Wachses mit einem Erweichungspunkt von 90°C versetzt. Diesem Gemisch wurden 5,6 Gew.-% eines 1 : 1- Gemisches aus Calciumhydroxid und Natriumhydrogencarbonat mit 1,5 Mol Wasser zugesetzt. Das Gemisch wurde auf einer Stift mühle auf eine mittlere Teilchengröße von 88 µm vermahlen. Anschließend wurde das Gemisch in einem Einschneckenextruder bei einer linear ansteigenden Kammertemperatur von 123°C auf 166°C verarbeitet. Es wurde ein Schaumstrang von 13,6 mm Durchmesser bei einer 4 mm-Düse erhalten. Dieser hatte eine hohe Stabilität nach Passieren des Transportbandes und eine sehr geringe Schwindung von 1,2%. Die Erstarrung des EVA- Wachses bei ca. 85°C verhindert ein Ankleben des EVA- Copolymeren an der Wand und der Extruderkammer und der Düse. Durch den Zusatz von Wachs können sich dann weniger Adhäsi onsstellen zwischen Polymer und Form ausbilden, so daß eine niedrigere Rohdichte resultiert.

Beispiel 4 Verwendung von Natriumsulfat-Dekahydrat

Wiederum wurde EVA-Polymerpulver mit pulverisiertem Natrium sulfat-Dekahydrat vermischt, im MFI-Gerät aufgeschmolzen und nach Granulieren unter Abkühlen mit flüssigem Stickstoff ge mahlen. Dieses Pulver wurde mit gemahlenem PP-Granulat innig vermischt und auf der Laborspritzgießmaschine zu Probekörpern verspritzt. Es wurden Gemische von 10, 20, 50, 70, 100 und 200 Teilen Polypropylen auf 100 Teile EVA-Pulver und jeweils 5 Gew.-% Natriumsulfat verwendet. Alle erhaltenen Produkte sind fühlbar weicher als Polypropylen, da Polypropylen in den vorliegenden Gemischen keine kristallinen Domäne mehr ausbil den kann. Die erhaltenen Probekörper weisen eine höhere Maß haltigkeit gegenüber Probekörpern aus EVA auf.

Beispiel 5 Herstellung geschäumter Polystyren-Formkörper

Für die Versuche wurde ein Polystyren in Spritzgußqualität mit einem MFI von 4,2 verwendet. Als Aufschäummittel wurden verschiedene hydratisierte oder kristallwasserhaltige Verbin dungen verwendet. Die folgende Tabelle stellt einige Beispie le mit verschiedenen anorganischen Verbindungen dar, die mit der Brabender Labstation mit dem Doppelschneckenextruder- Aufsatz bei 135 bis 155°C an diesem Polystyren durchgeführt wurden:

Beispiel 6 Herstellung eines Formkörpers durch Spritzguß

Auf einer Spritzgießmaschine mit 250 kp Schließkraft wird ein ovaler Rundkörper bei unterschiedlichen Arbeitsbedingungen hergestellt. Das Volumen des Körpers beträgt 96 ml. Die zu verarbeitende Masse besteht aus dem gleichen Polystyren wie in Beispiel 4. Als Zusatzstoffe werden wiederum Soda, Glaubersalz und Calciumhydrat verwendet. Die Menge an zugesetzter anorganischer Verbindung wird zwischen 5 und 14 Gew.-% variiert.

Bei der zugesetzten Menge von 5 Gew.-% erfolgt mit 30 g Po lystyren keine vollständige Füllung der Form bei einer Spritztemperatur von 155°C. Bei 7,5 Gew.-% Zusatz wird nur im Falle des Glaubersalzes bei einer Verarbeitungstemperatur von 180°C eine vollständig gefüllte Form erhalten. Bei 10 Gew.-% wird die Form auch mit Soda und Calciumhydroxid bei 180°C bzw. 185°C gefüllt. Die Probekörper haben eine einheitliche Zellgrößenverteilung.

Bei Verwendung von 14 Gew.-% Glaubersalz wird die Zellgrößenverteilung deutlich beeinflußt. Mit Glaubersalz bei 190°C und einer auf 48°C temperierten Form sowie 0,75 Gew.-% EVA-Wachs wird eine stärkere Wandung zwischen 0,7 und 1,1 mm und einer feinere Zellenverteilung gefunden. Wird der Versuch mit einem Gemisch gleicher Teile Soda und Glaubersalz wiederholt, so liegt die Wandstärke zwischen 0,6 und 0,9 mm.

Calciumhydroxid wird mit 40% Glaubersalz versetzt und bei 190°C verarbeitet. Die Wandstärke liegt zwischen 0,3 und 0,6 mm. Die Formkörper haben alle eine gleichmäßige, fehlerfreie Oberfläche.

Beispiel 7 Verwendung von Regranulat

In einer weiteren Versuchsserie wurde das Polystyren mit PE- PP-Mischgranulat bis zu 50 Gew.-% und mit pulverisiertem Natriumsulfat-Dekahydrat vermischt, im Doppelschneckenextru der bei Temperaturen zwischen 145 und 185°C aufgeschmolzen und durch eine 5 mm Düse ausgetragen. Die erhaltenen Stränge sind homogene, aufgeschäumte Massen, die fühlbar weicher als Polypropylen sind. Die Probekörper weisen eine sehr gute Maß haltigkeit und Oberflächenglätte auf.

Die Versuche wurden mit gefärbten Regranulaten aus Polyethylen wiederholt. Dem Regranulat wurden 10 Gew.-% Kalkhydrat zugesetzt und das Gemisch bei 185°C auf dem Doppelschneckenextruder der Brabender LabStation verarbeitet. Es wurde ein homogener Schaumstrang erhalten. Durch Zusatz von 0,5 Gew.-% EVA-Wachs konnte die Verarbeitungstemperatur auf 170°C gesenkt und die Maßhaltigkeit des Stranges verbessert werden.

Beispiel 8 Herstellung von Formkörpern mit internem Trennmittel 1. Herstellung des Treibmittels

In einer Taumelmühle wird ein Gemisch aus 280 g Weißkalk mit einer mittleren Teilchengröße von 65 µm und 240 g Natriumsul fat-dekahydrat mit einer mittleren Teilchengröße von 0,25 mm bei einer Temperatur unterhalb 35°C vermahlen, bis die mitt lere Teilchengröße des Gemisches bei 45 µm liegt. Diesem Ge misch werden 215 g eines EVA-Wachses mit 17% Vinylacetatan teil (Erweichungspunkt 90°C) zugesetzt. Der Mahlvorgang wird weitergeführt und die Temperatur durch die Friktionswärme der Mühle auf 75°C gesteigert. Durch Veränderung der Mahlge schwindigkeit wird die Temperatur danach wieder auf 35°C her untergefahren. Es wird ein Mahlgut erhalten, das eine mitt lere Teilchengröße von 62 µm aufweist und homogen ist. Durch Mikroskopie lassen sich Teilchen feststellen, die eine durch gehende äußere Polymerwachshülle aufweisen.

2. Herstellung eines Batches

1000 g einer Kunststofflegierung aus 76 Gew.-% HDPE und 24 Gew.-% PP werden mit 75 g des nach 1 hergestellten Treibmittels vermischt. Die Vermischung erfolgt in einem Trockenmischer bei einer Temperatur bis 30°C innerhalb von 40 Minuten.

3. Herstellung eines Integralschaumstoffstrangs

Das Gemisch von 2. wird in einem Einschneckenextruder bei einer linear ansteigenden Kammertemperatur von 123°C auf 166°C bei einem Düsendurchmesser von 4 mm verarbeitet. Der Schaumstrang, der beim Verlassen der Düse sofort expandiert, erreicht 13,6 mm Durchmesser mit einer geschlossenen Außenhaut von 86 µm und einer gleichmäßigen Schaumstruktur im inneren, die durchschnittlich 45% offene Zellen aufweist.

Die Entformbarkeit wird durch Zusatz von EVA-Wachs verbessert. Die Erstarrung des EVA-Wachses bei ca. 85°C verhindert ein Ankleben des EVA-Copolymeren an der Wandung der Extruderkammer und der Düse. Durch den Zusatz von Wachs können sich dann weniger Adhäsionsstellen zwischen Polymer und Form ausbilden.

Beispiel 9 Herstellung von Formkörpern mit internem Trennmittel 1. Herstellung des Treibmittels

In einer Taumelmühle wird ein Gemisch aus 290 g Weißkalk mit einer mittleren Teilchengröße von 65 µm und 340 g Natriumbi carbonat-dihydrat mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5 mm bei einer Temperatur unterhalb 40°C vermahlen, bis die mittlere Teilchengröße des Gemisches bei 50 µm liegt. Diesem Gemisch werden 150 g eines EVA-Wachses mit 14% Vinylacetat anteil (Erweichungspunkt 93°C) zugesetzt. Der Mahlvorgang wird weitergeführt und die Temperatur durch die Friktionswär me der Mühle auf 85°C gesteigert. Durch Veränderung der Mahl geschwindigkeit und äußere Kühlung wird die Temperatur danach wieder auf 35°C heruntergefahren. Es wird ein Mahlgut erhal ten, das eine mittlere Teilchengröße von 48 µm aufweist und homogen ist. Durch Mikroskopie lassen sich Teilchen feststel len, die eine durchgehende äußere Polymerwachshülle aufwei sen.

2. Herstellung eines Batches

1000 g einer Kunststofflegierung aus 75 Gew.-% HDPE und 25 Gew.-% PP werden mit 95 g des nach 1 hergestellten Treibmittels vermischt. Die Vermischung erfolgt in einem Trockenmischer bei einer Temperatur bis 30°C innerhalb von 30 Minuten.

3. Herstellung eines Integralschaumstoffstrangs

Das Gemisch von 2. wird in einem Einschneckenextruder bei einer linear ansteigenden Kammertemperatur von 123°C auf 168°C bei einem Düsendurchmesser von 4 mm verarbeitet. Der Schaumstrang, der beim Verlassen der Düse sofort expandiert, erreicht 12,2 mm Durchmesser mit einer geschlossenen Außenhaut von 80 µm und einer gleichmäßigen Schaumstruktur im inneren, die durchschnittlich 30% offene Zellen aufweist.

Beispiel 10 Herstellung von Formkörpern mit internem Trenn mittel 1. Herstellung des Treibmittels

In einer Taumelmühle wird ein Gemisch aus 300 g Weißkalk mit einer mittleren Teilchengröße von 35 µm und 100 g Natriumcarbonat-dodekahydrat mit einer mittleren Teilchengröße von 0,25 mm bei einer Temperatur unterhalb 40°C vermahlen, bis die mittlere Teilchengröße des Gemisches bei 40 µm liegt. Diesem Gemisch werden 250 g eines EVA-Wachses mit 22% Vinylacetatanteil (Erweichungspunkt 68°C) zugesetzt. Der Mahlvorgang wird weitergeführt und die Temperatur durch die Friktionswärme der Mühle auf 80°C gesteigert. Durch Veränderung der Mahlgeschwindigkeit und äußere Kühlung wird die Temperatur danach wieder auf 35°C heruntergefahren. Es wird ein Mahlgut erhalten, das eine mittlere Teilchengröße von 2,5 mm aufweist und homogen ist. Durch Mikroskopie lassen sich verbundene Teilchen feststellen, die in einer durchgehenden Polymermatrix eingehüllt sind.

2. Herstellung eines Batches

1000 g einer Kunststofflegierung aus 75 Gew.-% LDPE und 25 Gew.-% PP werden mit 85 g des nach 1 hergestellten Treibmittels vermischt. Die Vermischung erfolgt in einem Taumelmischer bei einer Temperatur bis 30°C innerhalb von 30 Minuten.

3. Herstellung eines Integralschaumstoffstrangs

Das Gemisch von 2. wird in einem Einschneckenextruder bei ei ner linear abfallenden Kammertemperatur von 171°C auf 138°C (Düsentemperatur 112°C) bei einem Düsendurchmesser von 4 mm verarbeitet. Der Schaumstrang, der aus der Düse expandiert, erreicht 13,1 mm Durchmesser mit einer geschlossenen Außen haut von 60 µm und einer gleichmäßigen Schaumstruktur im In neren, die durchschnittlich 18% offene Zellen aufweist.

Beispiel 11 Herstellung von Formkörpern mit internem Trenn mittel 1. Herstellung des Treibmittels

In einer Taumelmühle wird ein Gemisch aus 200 g Weißkalk mit einer mittleren Teilchengröße von 35 µm und 200 g Natriumcarbonat-dodekahydrat mit einer mittleren Teilchengröße von 0,25 mm bei einer Temperatur unterhalb 40°C vermahlen, bis die mittlere Teilchengröße des Gemisches bei 40 µm liegt. Diesem Gemisch werden 400 g eines Montanwachses mit einem Erweichungspunkt von 66°C zugesetzt. Der Mahlvorgang wird weitergeführt und die Temperatur durch die Friktionswärme der Mühle auf 76°C gesteigert. Durch Veränderung der Mahlgeschwindigkeit und äußere Kühlung wird die Temperatur danach wieder auf 35°C heruntergefahren. Es wird ein homogener Batch aus anorganischen Salzen und Wachs erhalten. Der Batch wird einer thermogravimetrischen Analyse unterworfen, wobei der Beginn der ersten Abbaustufe, identisch mit dem Beginn der Wasserabgabe, mit 97°C gefunden wird.

2. Herstellung von geformten Teilen

Ein Gemisch aus 79 Gew.-% LDPE und 21 Gew.-% PP wird mit 6,75 Gew.-% des Batches versetzt. Dieses Gemisch wird mit einem Taumelmischer homogenisiert. Das homogene, trockene Gemisch wird einer 350 kN-Spritzgußmaschine mit einer 6-fach-Form mit 35 mm-Rundteilen und 12 mm Wandung mit einer Materialstärke von jeweils 3,8 mm zugeführt. Die Heizzone wird auf 158°C eingestellt. Die Form hat eine Temperatur von 52°C. Bei Schußzeiten von 1 s werden geschäumte Formteile hergestellt, die nach 8 s entformt werden. Die Formteile weisen eine geschlossene Oberfläche innen und außen auf und eine Rohdichte von 500 g/dm³.

Beispiel 12 Herstellung von Formkörpern 1. Herstellung des Treibmittelbatches

In einer Taumelmühle wird ein Gemisch aus 200 g Weißkalk mit einer mittleren Teilchengröße von 35 µm und 300 g Natriumsulfat-dekahydrat mit einer mittleren Teilchengröße von 0,25 mm bei einer Temperatur unterhalb 40°C vermahlen, bis die mittlere Teilchengröße des Gemisches bei 40 µm liegt. Diesem Gemisch werden 500 g eines EVA-Wachses mit 21% Vinylacetatanteil (Erweichungspunkt 69°C) zugesetzt. Der Mahlvorgang wird weitergeführt und die Temperatur durch die Friktionswärme der Mühle auf 80°C gesteigert. Nach einer Verweildauer von 35 min in der Mühle wird das homogene Gemisch entnommen und erstarren lassen. Das erstarrte Gemisch wird unter Abkühlen mit flüssigem Stickstoff in einer Stiftmühle mit einem 4 mm-Sieb gemahlen. Es wird ein Mahlgut erhalten, das eine mittlere Teilchengröße von 3,5 mm aufweist und homogen ist. Durch Mikroskopie lassen sich verbundene Teilchen feststellen, die in einer durchgehenden Polymermatrix eingehüllt sind.

2. Herstellung von Formteilen

100 Teile Polystyren werden mit 8,75 Gew.-% des Batches versetzt. Dieses Gemisch wird in einem Taumelmischer homogenisiert. Das homogene, trockene Gemisch wird einer 350 kN-Spritzgußmaschine mit einer 6-fach-Form mit 65 mm- Rundteilen und 20 mm Wandung mit einer Materialstärke von jeweils 6 mm zugeführt. Die Heizzone wird auf 165°C eingestellt. Die Form hat eine Temperatur von 50°C. Bei Schußzeiten von 2 s werden geschäumte Formteile hergestellt, die nach 25 s entformt werden. Die Formteile weisen eine geschlossene Oberfläche innen und außen auf und eine Rohdichte von 280 g/dm³.

Beispiel 13 Herstellung von Formkörpern 1. Herstellung des Treibmittelbatches

In einer Taumelmühle wird ein Gemisch aus 250 g Weißkalk mit einer mittleren Teilchengröße von 35 µm und 300 g Kaliumhydrogencarbonat-hydrat mit einer mittleren Teilchengröße von 0,15 mm bei einer Temperatur unterhalb 40°C vermahlen, bis die mittlere Teilchengröße des Gemisches bei 50 µm liegt. Diesem Gemisch werden 100 g eines EVA-Wachses mit 24% Vinylacetatanteil (Erweichungspunkt 62°C) zugesetzt. Der Mahlvorgang wird weitergeführt und die Temperatur durch die Friktionswärme der Mühle auf 72°C gesteigert. Nach einer Verweildauer von 45 min in der Mühle wird das homogene Gemisch entnommen und erstarren lassen. Das erstarrte Gemisch wird unter Abkühlen mit flüssigem Stickstoff in einer Stiftmühle mit einem 4 mm-Sieb gemahlen. Es wird ein Mahlgut erhalten, das eine mittlere Teilchengröße von 3,5 mm aufweist und homogen ist.

2. Herstellung von Formteilen

Polystyren wird auf übliche Weise einer 350 kN- Spritzgußmaschine mit einer 6-fach-Form mit 65 mm-Rundteilen und 20 mm Wandung mit einer Materialstärke von jeweils 6 mm zugeführt. Aus einem zweiten Vorratstrichter in der Mitte der Heizzone wird der Batch mit einer solchen Geschwindigkeit zugeführt, daß das Polystyren mit 10 Gew.-% des Batches versetzt wird. Die Heizzone wird auf 165°C eingestellt. Die Form hat eine Temperatur von 50°C. Bei Schußzeiten von 2 s werden geschäumte Formteile hergestellt, die nach 25 s entformt werden. Die Formteile weisen eine geschlossene Oberfläche innen und außen auf und eine Rohdichte von 263 g/dm³.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von geschäumten Formteilen auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen und Wasser abgebenden anorganischen Verbindungen und weiteren Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Treibmittel für den thermoplastischen Kunststoff, das aus einem Gemisch mindestens eines Oxids oder Hydroxids eines Elements der 2. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente, der Eisenmetalle und/oder des Zinks sowie mindestens einem Carbonat, Hydrogencarbonat oder Sulfat eines Elements der 1. oder 2. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente, einem zweiten thermoplastischen Kunststoff mit niedriger Erweichungstemperatur und/oder einem Wachs mit einem Schmelzpunkt bis 100°C besteht, mit mindestens einem olefinischen Polymeren vermischt und anschließend dieses Gemisch auf an sich bekannte Weise thermisch weiterbehandelt und in ein Formteil überführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Treibmittel durch trockenes Vermischen einer Komponente a),
bestehend aus mindestens einem Oxid oder Hydroxid eines Elementes der 2. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente, der Eisenmetalle und/oder des Zinks, und einer Komponente b),
bestehend aus mindestens einem Carbonat, Hydrogen carbonat oder Sulfat eines Elements der 1. oder 2. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente,
bei Temperaturen unterhalb 45°C erfolgt und dieses Ge misch anschließend, bei Temperaturen unterhalb 100°C, mit 5 bis 100 Gew.-%, bezogen auf dieses Gemisch, eines synthetischen oder natürlichen Wachses und/oder eines Copolymeren mit einem Schmelz- oder Erweichungspunkt un terhalb 100°C, homogenisiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Komponente a) Calciumhydroxid, Calciumoxid, Zinkhydroxid, Eisenhydroxid, Bariumhydroxid, Magnesiumoxid und/oder Magnesiumhydroxid eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Komponente b) Natriumcarbonat-dekahydrat, Kaliumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat, Kaliumhydrogen carbonat, Ammoniumhydrogencarbonat, Natriumsulfat-dode kahydrat, Kaliumaluminiumsulfat-octadekahydrat und/oder Magnesiumsulfat-dihydrat eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als natürliches Wachs Montanwachs verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als synthetisches Wachs Ethylen-Vinylacetat-Copoly mere mit Vinylacetatgehalten zwischen 14 und 32% eingesetzt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schäumprozeß und die Formgebung durch Extrusion oder Spritzguß bei Temperaturen zwischen 90 und 250°C durchgeführt werden, wobei bei diesen Prozessen nur ein geringfügiger Temperaturgradient eingestellt wird, und daß unmittelbar nach der Formung eine schnelle Abkühlung durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperaturdifferenz zwischen dem aufschäumenden Gemisch und der Form zwischen 40 und 200 K, mindestens jedoch die Formwandtemperatur um 40 K niedriger als die Temperatur des Gemisches eingestellt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem schaumfähigen Gemisch an sich bekannte Zusatzstoffe wie Verstärkungsstoffe, Gleitmittel, Trennmittel, Farbstoffe, Pigmente, Flammschutzmittel und/oder Stabilisatoren zugesetzt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastische Kunststoffe Polyethylen, Polypropylen, Polystyren, Polyacrylate, Polyvinyl chlorid, deren Gemische, Copolymere und/oder Pfropfcopolymere eingesetzt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Calciumhydroxid mit einem mittleren Teilchen durchmesser von 1 bis 50 µm und Natriumcarbonat dekahydrat mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 25 bis 500 µm eingesetzt werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Calciumhydroxid mit einem mittleren Teilchen durchmesser von 1 bis 50 µm und Natriumsulfat dodekahydrat mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 20 bis 500 µm eingesetzt werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Calciumhydroxid mit einem mittleren Teilchen durchmesser von 1 bis 50 µm und Natriumhydrogencarbonat mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 15 bis 250 µm eingesetzt werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß 100 Teile thermoplastisches Polymer oder Gemisch thermoplastischer Polymere mit 2 bis 100 Teilen des Komponentengemisches a) und b) und 0,1 bis 100 Teilen des Wachses und/oder Copolymeren vermischt und verarbeitet werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Treibmittels das Gemisch aus den Komponenten a) und b) im Verhältnis von a) : b) von 1 : 20 bis 20 : 1 in einem Trockenmischer bei einer Temperatur unterhalb 45°C hergestellt und danach mit dem natürlichen oder synthetischen Wachs durch Schmelzmischen, Extrusion, Kneten oder Friktionsmischen bei einer Temperatur von maximal 100°C homogenisiert wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel aus den Komponenten a) und b) sowie einem natürlichen oder synthetischen Wachs durch Vermahlen unter Nutzung der Friktionswärme hergestellt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Komponente a) zu der Komponente b) und zu Wachs 1 : 20 : 100 bis 20 : 1 : 1 beträgt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß geschäumte thermoplastische Formteile hergestellt werden.

19. Treibmittel für thermoplastische Kunststoffe,
gekennzeichnet durch ein Gemisch
einer Komponente a), bestehend aus mindestens einem Oxid oder Hydroxid eines Elementes der 2. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente, der Eisenmetalle und/oder des Zinks,
einer Komponente b), bestehend aus mindestens einem Carbonat, Hydrogencarbonat oder Sulfat eines Elementes der 1. oder 2. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente und
eines natürlichen oder synthetischen Wachses und/oder eines Copolymeren mit einem Schmelz- oder Erweichungspunkt unterhalb 100°C.

20. Treibmittel nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß als Komponente a) Calciumhydroxid, Calciumoxid, Zinkhydroxid, Eisenhydroxid, Bariumhydroxid, Magnesiumoxid und/oder Magnesiumhydroxid enthalten ist.

21. Treibmittel nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Komponente b) Natriumcarbonat-dekahydrat, Kaliumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat, Kaliumhydrogen carbonat, Ammoniumhydrogencarbonat, Natriumsulfat-dode kahydrat, Kaliumaluminiumsulfat-octadekahydrat und/oder Magnesiumsulfat-dihydrat enthalten ist.

22. Treibmittel nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß als natürliches Wachs Montanwachs enthalten ist.

23. Treibmittel nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß Ethylen-Vinylacetat-Copolymere mit Vinylacetat gehalten zwischen 14 und 32% enthalten sind.

24. Treibmittel nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß Calciumhydroxid mit einem mittleren Teilchen durchmesser von 1 bis 50 µm und Natriumcarbonat dekahydrat mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 25 bis 500 µm enthalten ist.

25. Treibmittel nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß Calciumhydroxid mit einem mittleren Teilchen durchmesser von 1 bis 50 µm und Natriumsulfat dodekahydrat mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 20 bis 500 µm enthalten ist.

26. Treibmittel nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß Calciumhydroxid mit einem mittleren Teilchen durchmesser von 1 bis 50 µm und Natriumhydrogencarbonat mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 15 bis 250 µm enthalten ist.