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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln aus
vorgeschäumtem
Polystyrol, wobei die Partikeloberfläche mit mindestens einem wasserabsorbierenden
Polymer W beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass man:
- a) zunächst
Partikel aus expandierbarem Polystyrol vorschäumt, wobei man vorgeschäumte Partikel
mit einer Schüttdichte
gemäß DIN EN
ISO 60 von 5 bis 50 g/l erhält,
und
- b) erst danach die erhaltenen Partikel mit dem wasserabsorbierenden
Polymer W beschichtet.
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Außerdem betrifft
die Erfindung mit einem wasserabsorbierenden Polymer W beschichtete
Partikel aus vorgeschäumtem
Polystyrol, erhältlich
nach diesem Verfahren, sowie die Verwendung dieser Partikel zur Herstellung
von Formteilen aus Polystyrolschaum. Weiterhin betrifft die Erfindung
Formteile aus Polystyrolschaum, erhältlich aus den Partikeln.
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Außerdem betrifft
die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Formteile durch
Verpressen, dadurch gekennzeichnet, dass man
- I)
die in Anspruch 9 definierten Partikel in eine gasdurchlässige Form
einfüllt,
- II) die eingefüllten
Partikel in der geschlossenen Form unter Volumenreduktion zu einem
Pressling verpresst,
- III) den Pressling durch Temperieren auf 20 bis 100°C aushärtet, und
- IV) das erhaltene Formteil aus der Form entnimmt,
sowie
ein Verfahren zur Herstellung der Formteile durch Ausschäumen, dadurch
gekennzeichnet, dass man
i) die in Anspruch 9 definierten Partikel
in eine Form einfüllt,
ii)
die eingefüllten
Partikel in der geschlossenen Form durch Temperieren auf 60 bis
120°C ausschäumt, wobei
die Partikel zu dem Formteil verschweißen, und
iii) das erhaltene
Formteil aus der Form entnimmt.
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Schließlich betrifft
die Erfindung die Verwendung der Formteile im Bauwesen.
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Schaumstoff-Formteile
aus expandiertem Polystyrol sind sogenannte Partikelschäume und
werden in der Regel in einem mehrstufigen Verfahren hergestellt.
Zunächst
stellt man expandierbares Polystyrol (EPS) her, was nach verschiedenen
Verfahren erfolgen kann:
- A) durch Suspensionspolymerisation
von Styrol oder anderer vinylaromatischer Monomere bzw. Comonomere
in Gegenwart von Treibmitteln, wodurch unmittelbar treibmittelhaltige
EPS-Partikel entstehen
- B) durch Imprägnieren
von treibmittelfreien Polystyrolpartikeln mit dem Treibmittel unter
Druck in einer erhitzten Suspension, wobei das Treibmittel in die
erweichten Partikel diffundiert; beim Abkühlen der Suspension unter Druck
erhält
man treibmittelhaltige EPS-Partikel
- C) im sog. Extrusionsverfahren durch Einmischen des Treibmittels
in eine Polystyrolschmelze mittels eines Extruders oder einer anderen
Mischvorrichtung; die treibmittelhaltige Schmelze wird unter Druck
ausgetragen und z.B. mittels Unterwasserdruckgranulierung zu EPS-Partikeln
granuliert.
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Die
erhaltenen Partikel können
kompakt (dies ist bevorzugt) oder bereits in geringem Ausmaß angeschäumt sein.
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Bei
dem anschließenden
sog. Vorschäumen
werden die treibmittelhaltigen EPS-Partikel durch Erwärmen, üblicherweise mit Wasserdampf,
expandiert und man erhält
treibmittelhaltige, partiell expandierte Partikel. Diese vorgeschäumten Partikel
werden üblicherweise
zwecks teilweisem Austausch des Treibmittels gegen Luft zwischengelagert.
Schließlich
wird beim sog. Ausschäumen
eine dem gewünschten
Schaumstoffkörper
entsprechende Form vollständig
mit den zwischengelagerten Partikeln gefüllt, verschlossen und (in der
Regel ebenfalls mit Wasserdampf) erhitzt. Dabei expandieren die
Partikel nochmals und verschweißen
miteinander zu dem fertigen Formkörper aus EPS-Schaumstoff, der
auch als Partikelschaum bezeichnet wird.
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Aus
vorgeschäumten
EPS-Partikeln hergestellte Formteile, insbesondere Schaumstoffplatten
werden u.a. im Bauwesen verwendet, beispielsweise zur Wärmedämmung von
Gebäudekellern,
-wänden
und -dächern.
Die Dämmung
kann an der an der Außenseite
des Kellers, der Wand bzw. des Daches angebracht sein (Außendämmung),
oder an der Innenseite (Innendämmung).
Eine Innendämmung
ist besonders für
Gebäude geeignet,
deren Außenansicht
nicht verändert
werden soll, beispielsweise Altbauten oder denkmalgeschützte Gebäude.
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Polystyrolschäume sind
hydrophob, nehmen keine Feuchtigkeit auf und sind daher beständig gegen Verrottung.
Allerdings können
bei der Innendämmung
durch hinter der Dämmschicht
kondensierende Raumluftfeuchtigkeit unerwünschte Feuchtigkeitsschäden am Bauwerk
auftreten, beispielsweise Schimmelbildung. Außerdem kann die Dämmschicht
die feuchtigkeitsregulierende Wirkung bestimmter Baustoffe (u.a.
Ton, Sandstein) vermindern, was zu stärkeren Schwankungen der Luftfeuchtigkeit
führt und
so das Raumklima verschlechtert. Daher wäre eine Dämmung mit Polystyrolschäumen wünschenswert,
welche diese Nachteile nicht aufweist.
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Die
EP 459 147 A2 beschreibt
expandierbare Styrolpolymerisate, enthaltend a) ein Styrolpolymerisat, b)
Wasser, c) ein feinteiliges organisches Polymer mit hohem Wasseraufnahmevermögen, beispielsweise
ein vernetztes, teilweise neutralisiertes Acrylsäurepolymer (Superabsorber),
und d) Kohlenwasserstoffe als Treibmittel. Das wasseraufnehmende
Polymer c) kann im partikelförmigen
Styrolpolymerisat a) gleichmäßig verteilt, oder/und
als Oberflächenbeschichtung
vorliegen. Zur Herstellung beschichteter vorgeschäumter Partikel
werden gemäß Spalte
4 Zeilen 2–16
die Partikel zunächst
mit Komponente c) beschichtet und danach vorgeschäumt.
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Dieses
Verfahren hat den Nachteil, dass die wasseraufnehmende Beschichtung
c) beim anschließenden
Vorschäumen
durch den Kontakt mit dem dazu verwendeten Wasserdampf mit Feuchtigkeit
gesättigt
wird. Außerdem
kann die Beschichtung beim Vorschäumen durch Reibung der Partikel
aneinander oder an der Vorschäumapparatur
abgerieben werden.
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Es
bestand die Aufgabe, den geschilderten Nachteilen abzuhelfen. Insbesondere
bestand die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung vorgeschäumter Polystyrolpartikel
bereit zu stellen, die mit einem wasserabsorbierenden Polymer beschichtet
sind, wobei die Beschichtung nicht mit Wasser(dampf) in Kontakt
kommt.
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Außerdem sollte
die Beschichtung durch das Vorschäumen nicht durch Abrieb oder
andere Belastungen beeinträchtigt
werden.
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Dem
gemäß wurden
das eingangs genannte Verfahren zur Partikelherstellung, die Partikel,
Verwendungen, und Formteile sowie die Verfahren zur Formteilherstellung
und die Verwendungen der Formteile, gefunden. Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Alle Druckangaben
sind Absolutdrucke.
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Vorschäumen der Partikel (Schritt
a))
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
setzt man Partikel aus expandierbarem Polystyrol ein. Bei der vorliegenden
Erfindung wird Polystyrol als Sammelbegriff für Homopolymere und Copolymere
des Styrols oder anderer vinylaromatischer Monomere, sowie als Sammelbegriff
für Blends
dieser Polymere mit anderen Polymeren, verwendet. Unter Polystyrol
sind beispielsweise Standard-Polystyrol (General Purpose Polystyrene, GPPS, üblicherweise
glasklar), schlagzähes
Polystyrol (High Impact Polystyrene, HIPS, enthaltend z.B. Polybutadien-
oder Polyisoprenkautschuk), Styrol-Maleinsäure(anhydrid)-Polymerisate,
Acrylnitril-Butadien-Styrol-Polymerisate (ABS), Styrol-Acrylnitril-Polymerisate
(SAN), Acrylnitril-Styrol-Acrylester (ASA) oder deren Mischungen,
zu verstehen. Bevorzugtes Polystyrol ist Standard-Polystyrol.
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Weiterhin
steht Polystyrol auch für
Blends aus den vorgenannten Polymeren mit Polyphenylenethern (PPE)
oder anderen thermoplastischen Polymeren.
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Der
Begriff Styrol wird hier analog als Sammelbegriff für die eingesetzten
Monomere, also Styrol als solches, andere vinylaromatische Monomere
und sonstige Comonomere, verwendet.
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Die
Partikel enthalten in der Regel ein Treibmittel. Als Treibmittel
eigenen sich die üblicherweise
in EPS eingesetzten physikalischen Treibmittel, wie aliphatische
Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 7 Kohlenstoffatomen, Alkohole, Ketone,
Ether, halogenierte Kohlenwasserstoffe oder Wasser, oder deren Mischungen.
Bevorzugt wird iso-Butan, n-Butan,
iso-Pentan oder n-Pentan, bzw. deren Mischungen, eingesetzt.
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Wie
eingangs erwähnt
kann das Treibmittel je nach Herstellungsverfahren des EPS z.B.
bei der Polymerisation des Styrols, durch Imprägnierung der Polystyrolpartikel
in erhitzter Suspension oder durch Einmischen in eine Polystyrolschmelze
im Extruder, eingebracht werden. Die Menge des Treibmittels beträgt je nach EPS-Verfahren
0,5 bis 15, bevorzugt 1 bis 10 und insbesondere 2 bis 8 Gew.-%,
bezogen auf das eingesetzte Polystyrol.
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Demnach
erhält
man die vorgeschäumten
Partikel bevorzugt A) durch Suspensionspolymerisation von Styrol
und ggf. Comonomeren in Gegenwart eines Treibmittels, oder B) durch
Imprägnierung
von Polystyrol mit einem Treibmittel in erhitzter Suspension, oder
C) durch Einmischen eines Treibmittels in eine Polystyrolschmelze
in einer Mischvorrichtung (z.B. Extruder) mit anschließender Granulierung
(z.B. Unterwasserdruckgranulierung), woran sich jeweils das Vorschäumen anschließt.
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Bei
der Herstellung der Partikel und/oder deren Beschichtung (zur Beschichtung
siehe weiter unten) kann man übliche
Additive mitverwenden, z.B. Keimbildner, Weichmacher, IR-Absorber
wie Ruß und
Graphit, Aluminiumpulver, lösliche
und unlösliche
Farbstoffe und Pigmente, oder Flammschutzmittel. Die Additive werden
in den dafür üblichen
Mengen eingesetzt. Geeignete Keimbildner (Nukleierungsmittel) sind
z.B. Talkum und/oder Wachse sowie Ruß, Graphit und pyrogene Kieselsäuren, in
Mengen von insgesamt 0,05 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das eingesetzte
Polystyrol. Bevorzugte Weichmacher sind Mineralöle, oligomere Styrolpolymere
und Phthalate in Mengen von insgesamt 0,05 bis 10 Gew.-%, bezogen
auf das eingesetzte Polystyrol. Je nach Art der EPS-Herstellung
sowie Art und Zweck des Additivs kann es vor, während und/oder nach der Styrolpolymerisation,
der Imprägnierung
bzw. der Extrusion zugefügt
werden.
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Beim
Vorschäumen
werden die EPS-Partikel in an sich bekannter Weise expandiert. Die
Erwärmung erfolgt üblicherweise
durch Wasserdampf oder Heißluft.
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Um
zu verhindern, dass die Partikel bereits beim Vorschäumen vorzeitig
miteinander verschweißen, liegen
beim Vorschäumen
die Partikel bevorzugt als lockere Schüttung vor. Lockere Schüttung bedeutet,
dass die Kontaktflächen
der Partikel miteinander klein sind, und die Schüttdichte, d.h. der Quotient
aus Partikelmasse und eingenommenem Volumen einschließlich der
Zwischenräume
zwischen den Partikeln, gering ist. Eine geringe Schüttdichte
bedeutet große
Zwischenräume
zwischen den Partikeln.
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Die
Verfahrensbedingungen beim Vorschäumen, z.B. Temperatur, Druck
und Dauer des Vorschäumens,
Dichte und Bewegungsgeschwindigkeit der Schüttung, sind in der beschriebenen
Weise derart zu wählen,
dass die Partikel noch nicht oder nur in untergeordnetem Ausmaß miteinander
verschweißen.
Ein geringer Anteil solcher vorzeitig verschweißter Partikel (Agglomerate),
beispielsweise bis 10 Gew.-% bezogen auf die vorgeschäumten Partikel,
ist üblicherweise
unproblematisch. Ist der Agglomeratanteil größer, so kann er durch Klassieren,
z.B. durch Sieben der Partikel mit entsprechender Maschenweite oder
durch Windsichten, abgetrennt werden.
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Nach
dem Vorschäumen
liegen die Partikel partiell expandiert vor. Erfindungsgemäß beträgt die Schüttdichte
der vorgeschäumten
Partikel 5 bis 50, bevorzugt 5 bis 40 und insbesondere 8 bis 30
g/l, ermittelt nach DIN EN ISO 60.
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Falls
gewünscht
werden die vorgeschäumten
Partikel vor der Beschichtung mit dem wasserabsorbierenden Polymer
W (Schritt b)) an der Luft bei 0 bis 80, bevorzugt 10 bis 40°C für eine Dauer
von 1 bis 48, bevorzugt 4 bis 24 Stunden zwischengelagert, wobei
die Umgebungsluft in die Partikel eindiffundiert und einen Teil
des eingeschlossenen Treibmittels verdrängt. Die eingetretene Luft
erleichtert das Ausschäumen
beim Ausschäumverfahren
(siehe unten) und erhöht
die Stabilität
des Schaums.
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Wasserabsorbierendes
Polymer W
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Die
vorgeschäumten
Partikel werden erfindungsgemäß mit einem
wasserabsorbierenden Polymer W beschichtet.
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Bevorzugt
ist das wasserabsorbierende Polymer W ein Säuregruppen tragendes Polymer,
dessen Säure-Gruppen
zu 10 bis 90 mol-% neutralisiert sind. Besonders bevorzugt sind
35 bis 80, insbesondere 40 bis 75 mol-% der Säuregruppen neutralisiert.
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Die
wasserabsorbierenden Polymere W werden beispielsweise durch Polymerisation
einer Monomermischung, enthaltend
- a) mindestens
ein ethylenisch ungesättigtes,
säuregruppentragendes
Monomer a),
- b) mindestens einen Vernetzer b),
- c) gegebenenfalls ein oder mehrere mit dem Monomeren a) copolymerisierbare
ethylenisch und/oder allylisch ungesättigte Comonomere c) und
- d) gegebenenfalls ein oder mehrere wasserlösliche Polymere d), auf welche
die Monomere a), b) und ggf. c) zumindest teilweise aufgepfropft
werden können,
erhalten.
Die Komponenten c) und d) sind optional.
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Geeignete
Monomere a) sind beispielsweise ethylenisch ungesättigte Carbonsäuren, wie
Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und
Itaconsäure,
oder deren Derivate, insbesondere deren Salze, z.B Alkalimetallsalze
wie Natriumacrylat bzw. -methacrylat. Besonders bevorzugte Monomere
sind Acrylsäure und
Methacrylsäure.
Ganz besonders bevorzugt ist Acrylsäure.
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Die
Monomere a), insbesondere Acrylsäure,
enthalten vorzugsweise bis zu 0,025 Gew.-% eines Hydrochinonhalbethers.
Bevorzugte Hydrochinonhalbether sind Hydrochinonmonomethylether
(MEHQ) und/oder Tocopherole.
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Unter
Tocopherol werden Verbindungen der folgenden Formel verstanden
wobei R
1 Wasserstoff
oder Methyl, R
2 Wasserstoff oder Methyl,
R
3 Wasserstoff oder Methyl und R
4 Wasserstoff oder einen Säurerest
mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen bedeutet. Bevorzugte Reste für R
4 sind Acetyl, Ascorbyl, Succinyl, Nicotinyl
und andere physiologisch verträgliche
Carbonsäuren.
Die Carbonsäuren
können
Mono-, Di- oder Tricarbonsäuren
sein.
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Bevorzugt
ist alpha-Tocopherol mit R1 = R2 =
R3 = Methyl, insbesondere racemisches alpha-Tocopherol.
R1 ist besonders bevorzugt Wasserstoff oder
Acetyl. Insbesondere bevorzugt ist RRR-alpha-Tocopherol.
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Die
Monomerlösung
enthält
bevorzugt höchstens
130 Gew.-ppm, besonders bevorzugt höchstens 70 Gew.-ppm, bevorzugt
mindesten 10 Gew.-ppm, besonders bevorzugt mindesten 30 Gew.-ppm,
insbesondere um 50 Gew.-ppm, Hydrochinonhalbether, jeweils bezogen
auf Acrylsäure,
wobei Acrylsäuresalze
als Acrylsäure
gerechnet und mit berücksichtigt
werden. Beispielsweise kann zur Herstellung der Monomerlösung eine Acrylsäure mit
einem entsprechenden Gehalt an Hydrochinonhalbether verwendet werden.
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Die
Vernetzer b) sind Verbindungen mit mindestens zwei polymerisierbaren
Gruppen, die in das Polymernetzwerk radikalisch einpolymerisiert
werden können.
Geeignete Vernetzer b) sind beispielsweise Ethylenglykoldimethacrylat,
Diethylenglykoldiacrylat, Allylmethacrylat, 1,1,1-Trimethylolpropantriacrylat,
Triallylamin, Tetraallylethoxyethan, wie in EP-A-0 530 438 beschrieben,
Di- und Triacrylate, wie in EP-A-0 547 847, EP-A-0 559 476, EP-A-0 632 068, WO-A-93/21237,
WO-A-03/104299, WO-A-03/104300, WO-A-03/104301 und DE-A-103 31 450
beschrieben, gemischte Acrylate, die neben Acrylatgruppen weitere
ethylenisch ungesättigte Gruppen
enthalten, wie in DE-A-103 31 456 und WO-A-04/013064 beschrieben,
oder Vernetzermischungen, wie beispielsweise in DE-A-195 43 368,
DE-A-196 46 484, WO-A-90/15830 und WO-A-02/32962 beschrieben.
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Geeignete
Vernetzer b) sind insbesondere N,N'-Methylenbisacrylamid und N,N'-Methylenbismethacrylamid, Ester ungesättigter
Mono- oder Polycarbonsäuren
von Polyolen, wie Diacrylat oder Triacrylat, beispielsweise Butandiol-
oder Ethylenglykoldiacrylat bzw. -methacrylat sowie 1,1,1-Trimethylolpropantriacrylat und
Allylverbindungen, wie Allyl(meth)acrylat, Triallylcyanurat, Maleinsäurediallylester,
Polyallylester, Tetraallylethoxyethan, Triallylamin, Tetraallylethylendiamin,
Allylester der Phosphorsäure
sowie Vinylphosphonsäurederivate,
wie sie beispielsweise in EP-A-0 343 427 beschrieben sind. Weiterhin
geeignete Vernetzer b) sind Pentaerythritoldi-, Pentaerythritoltri-
und Pentaerythritoltetraallylether, Polyethylenglykoldiallylether,
Ethylenglykoldiallylether, Glyzerindi- und Glyzerintriallylether,
Polyallylether auf Basis Sorbitol, sowie ethoxylierte Varianten
davon. Ebenfalls einsetzbar sind Di(meth)acrylate von Polyethylenglykolen,
wobei das eingesetzte Polyethylenglykol ein Molekulargewicht zwischen
300 und 1000 aufweist.
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Besonders
vorteilhafte Vernetzer b) sind Di- und Triacrylate des 3- bis 15-fach
ethoxylierten Glyzerins, des 3- bis 15-fach ethoxylierten Trimethylolpropans,
des 3- bis 15-fach
ethoxylierten Trimethylolethans, insbesondere Di- und Triacrylate
des 2- bis 6-fach
ethoxylierten Glyzerins oder Trimethylolpropans, des 3-fach propoxylierten
Glyzerins oder Trimethylolpropans, sowie des 3-fach gemischt ethoxylierten
oder propoxylierten Glyzerins oder Trimethylolpropans, des 15-fach
ethoxylierten Glyzerins oder Trimethylolpropans, sowie des 40-fach
ethoxylierten Glyzerins, Trimethylolethans oder Trimethylolpropans.
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Die
Menge an Vernetzer b) beträgt
vorzugsweise mindestens 0,001 mol-%, besonders bevorzugt mindestens
0,005 mol-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 0,01 mol-%, und vorzugsweise
bis zu 10 mol-%, besonders bevorzugt bis zu 5 mol-%, ganz besonders
bevorzugt bis zu 2 mol-%, jeweils bezogen auf das Monomer a).
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Mit
den Monomeren a) copolymerisierbare ethylenisch ungesättigte Comonomere
c) sind beispielsweise Säureamide
wie Acrylamid, Methacrylamid oder Crotonsäureamid.
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Weiterhin
als Comonomere c) geeignet sind Säureester, insbesondere Ester
der Acrylsäure
bzw. Methacrylsäure
wie Dimethylaminoethylmethacrylat, Dimethylaminoethylacrylat, Dimethylaminopropylacrylat, Diethylaminopropylacrylat,
Dimethylaminobutylacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat,
Dimethylaminoneopentylacrylat und Dimethylaminoneopentylmethacrylat.
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Falls
man Comonomere c) mitverwendet, beträgt ihre Menge üblicherweise
0,01 bis 50, bevorzugt 0,1 bis 20 und besonders bevorzugt 1 bis
10 mol-%, bezogen auf das Monomer a).
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Als
wasserlösliche
Polymere d) können
Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Stärke, Stärkederivate, Polyglykole oder
Polyacrylsäuren,
vorzugsweise Polyvinylalkohol und Stärke, eingesetzt werden.
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Falls
wasserlösliche
Polymere d) mitverwendet werden, beträgt deren Menge in der Regel
0,01 bis 50, bevorzugt 0,1 bis 20 und besonders bevorzugt 1 bis
10 mol-%, bezogen auf das Monomer a).
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das wasserabsorbierende Polymer W ein Polymer auf Basis einer
vernetzten Acrylsäure
(Polyacrylsäure).
Solche Polymere werden auch als Superabsorber bezeichnet. Ebenfalls
bevorzugt liegt das wasserabsorbierende Polymer in Form oberflächennachvernetzter
Partikel vor.
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Es
versteht sich, dass auch Mischungen verschiedener wasserabsorbierender
Polymere W verwendet werden können.
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Die
Herstellung eines geeigneten wasserabsorbierenden Polymers sowie
weitere geeignete hydrophile ethylenisch ungesättigte Monomere werden in DE-A-199
41 423, EP-A-0 686 650, WO-A-01/45758 und WO-A-03/104300 beschrieben.
Geeignete wasserabsorbierende Polymere werden üblicherweise durch Polymerisation
einer wässrigen
Monomerlösung
und gegebenenfalls einer anschließenden Zerkleinerung des Hydrogels
erhalten. Geeignete Herstellverfahren sind in der Literatur beschrieben.
Wasserabsorbierende Polymere können
beispielsweise erhalten werden durch
- – Gelpolymerisation
im Batchverfahren bzw. Rohrreaktor und anschließender Zerkleinerung im Fleischwolf, Extruder
oder Kneter (EP-A-O 445 619, DE-A-19 846 413)
- – Polymerisation
im Kneter, wobei durch beispielsweise gegenläufige Rührwellen kontinuierlich zerkleinert wird
(WO-A-01/38402)
- – Polymerisation
auf dem Band und anschließende
Zerkleinerung im Fleischwolf, Extruder oder Kneter (DE-A-38 25 366,
US-6,241,928)
- – Emulsionspolymerisation,
wobei bereits Perlpolymerisate relativ enger Gelgrößenverteilung
anfallen (EP-A-O 457 660)
- – In-situ
Polymerisation einer Gewebeschicht, die zumeist im kontinuierlichen
Betrieb zuvor mit wässriger Monomerlösung besprüht und anschließend einer
Photopolymerisation unterworfen wurde (WO-A-02/94328, WO-A-02/94329)
- – Sprühpolymerisation
(WO-A-96/40427, DE-A-103 40 253)
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Die
Umsetzung wird vorzugsweise in einem Kneter, wie beispielsweise
in WO-A-01/38402
beschrieben, oder auf einem Bandreaktor, wie beispielsweise in EP-A-O
955 086 beschrieben, durchgeführt.
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Die
Säuregruppen
der erhaltenen Hydrogele sind zu 10 bis 90, bevorzugt 35 bis 80
und insbesondere 40 bis 75mol-% neutralisiert, wobei die üblichen
Neutralisationsmittel verwendet werden können, vorzugsweise Alkalimetallhydroxide,
Alkalimetalloxide, Alkalimetallcarbonate oder Alkalimetallhydrogencarbonate
sowie deren Mischungen. Statt Alkalimetallsalzen können auch
Ammoniumsalze verwendet werden. Natrium und Kalium als Alkalimetalle
sind besonders bevorzugt, ganz besonders bevorzugt sind Natriumhydroxid,
Natriumcarbonat oder Natriumhydrogencarbonat sowie deren Mischungen.
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Üblicherweise
wird die Neutralisation durch Einmischung des Neutralisationsmittels
als wässrige
Lösung
oder bevorzugt auch als Feststoff erreicht. Beispielsweise kann
Natriumhydroxid mit einem Wasseranteil deutlich unter 50 Gew.-%
als wachsartige Masse mit einem Schmelzpunkt oberhalb 23°C vorliegen.
In diesem Fall ist eine Dosierung als Stückgut oder Schmelze bei erhöhter Temperatur
möglich.
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Die
Neutralisation kann nach der Polymerisation auf der Stufe des Hydrogels
durchgeführt
werden; diese Neutralisation der Monomerlösung auf den Endneutralisationsgrad
ist bevorzugt. Es ist aber auch möglich, beispielsweise bis zu
40 mol-%, vorzugsweise 10 bis 30 mol-%, besonders bevorzugt 15 bis
25 mol-%, der Säuregruppen
bereits vor der Polymerisation zu neutralisieren (Vorneutralisation),
indem man einen Teil des Neutralisationsmittels bereits der Monomerlösung zusetzt,
und anschließend
den gewünschten
Endneutralisationsgrad nach der Polymerisation auf der Stufe des
Hydrogels einzustellen (Nachneutralisation).
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Die
Monomerlösung
kann durch Einmischen des Neutralisationsmittels neutralisiert werden.
Das Hydrogel kann mechanisch zerkleinert werden, beispielsweise
mittels eines Fleischwolfes, wobei das Neutralisationsmittel aufgesprüht, übergestreut
oder aufgegossen und dann sorgfältig
untergemischt werden kann. Dazu kann die erhaltene Gelmasse noch
mehrmals zur Homogenisierung gewolft werden.
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Das
neutralisierte Hydrogel wird dann beispielsweise mit einem Band-
oder Walzentrockner getrocknet bis der Restfeuchtegehalt vorzugsweise
unter 15 Gew.-%, insbesondere unter 10 Gew.-% liegt, wobei der Wassergehalt
gemäß der von
der EDANA (European Disposables and Nonwovens Association) empfohlenen Testmethode
Nr. 430.2-02 "Moisture
content" bestimmt
wird. Wahlweise kann zur Trocknung auch ein Wirbelbetttrockner oder
ein beheizter Pflugscharmischer verwendet werden.
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Falls
besonders weiße
Produkte erhalten werden sollen, ist es vorteilhaft bei der Trocknung
dieses Gels einen schnellen Abtransport des verdampfenden Wassers
sicherzustellen. Dazu ist die Trocknertemperatur zu optimieren,
die Luftzu- und -abführung
muss kontrolliert erfolgen, und es ist in jedem Fall auf ausreichende
Belüftung
zu achten. Die Trocknung ist naturgemäß umso einfacher und das Produkt
umso weißer, wenn
der Feststoffgehalt des Gels möglichst
hoch ist. Bevorzugt liegt der Feststoffgehalt des Gels vor der Trocknung
zwischen 30 und 80 Gew.-%. Besonders vorteilhaft ist die Belüftung des
Trockners mit Stickstoff oder einem anderen nicht-oxidierenden Inertgas.
Wahlweise kann aber auch einfach nur der Partialdruck des Sauerstoffs
während
der Trocknung abgesenkt werden, um oxidative Vergilbungsvorgänge zu verhindern.
Im Regelfall führt
aber auch eine ausreichende Belüftung
und Abführung
des Wasserdampfes zu einem weißen Produkt.
Vorteilhaft hinsichtlich Farbe und Produktqualität ist in der Regel eine möglichst
kurze Trocknungszeit.
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Das
getrocknete Hydrogel wird vorzugsweise gemahlen und gesiebt, wobei
zur Mahlung üblicherweise
Walzenstühle,
Stiftmühlen
oder Schwingmühlen
eingesetzt werden können.
Die Partikelgröße des gesiebten,
trockenen Hydrogels beträgt
vorzugsweise unter 1000 μm,
besonders bevorzugt unter 900 μm,
ganz besonders bevorzugt unter 850 μm, und vorzugsweise über 80 μm, besonders
bevorzugt über
90 μm, ganz
besonders bevorzugt über
100 μm.
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Ganz
besonders bevorzugt ist eine Partikelgröße (Siebschnitt) von 100 bis
850 μm.
Die Partikelgröße wird
gemäß der von
der EDANA empfohlenen Testmethode Nr. 420.2-02 "Particle size distribution" bestimmt.
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Die
wasserabsorbierenden Polymere werden vorzugsweise anschließend oberflächennachvernetzt. Hierzu
geeignete Nachvernetzer sind Verbindungen, die mindestens zwei Gruppen
enthalten, die mit den Carboxylatgruppen des Hydrogels kovalente
Bindungen bilden können.
Geeignete Verbindungen sind beispielsweise Alkoxysiliylverbindungen,
Polyaziridine, Polyamine, Polyamidoamine, Di- oder Polyepoxide,
wie in EP-A-O 083 022, EP-A-543 303 und EP-A-937 736 beschrieben,
di- oder polyfunktionelle Alkohole, wie in DE-C-33 14 019, DE-C-35
23 617 und EP-A-450 922 beschrieben, oder β-Hydroxyalkylamide, wie in DE-A-102 04
938 und US-6,239,230 beschrieben.
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Des
weiteren sind in DE-A-40 20 780 zyklische Karbonate, in DE-A-198
07 502 2-Oxazolidon
und dessen Derivate, wie 2-Hydroxyethyl-2-oxazolidon, in DE-A-198
07 992 Bis- und Poly-2-oxazolidinone, in DE-A-198 54 573 2-Oxotetrahydro-1,3-oxazin
und dessen Derivate, in DE-A-198 54 574 N-Acyl-2-Oxazolidone, in
DE-A-102 04 937 zyklische Harnstoffe, in DE-A- 103 34 584 bizyklische
Amidacetale, in EP-A-1 199 327 Oxetane und zyklische Harnstoffe
und in WO-A-03/031482 Morpholin-2,3-dion und dessen Derivate als
geeignete Oberflächennachvernetzer
beschrieben.
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Die
Menge der genannte Oberflächennachvernetzer,
falls mitverwendet, beträgt üblicherweise
0,001 bis 5, bevorzugt 0,01 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das Hydrogel.
-
Vorteilhaft
werden polyvalente Kationen neben den Oberflächennachvernetzern zur Oberflächennachvernetzung
verwendet. Die einsetzbaren polyvalenten Kationen sind beispielsweise
zweiwertige Kationen, wie die Kationen von Zink, Magnesium, Kalzium
und Strontium, dreiwertige Kationen, wie die Kationen von Aluminium,
Eisen, Chrom, Seltenerden und Mangan, vierwertige Kationen, wie
die Kationen von Titan und Zirkonium. Als Gegenion sind Chlorid,
Bromid, Sulfat, Hydrogensulfat, Carbonat, Hydrogencarbonat, Nitrat,
Phosphat, Hydrogenphosphat, Dihydrogenphosphat und Carboxylat, wie
Acetat und Lactat, möglich.
Aluminiumsulfat ist bevorzugt.
-
Die
Menge der polyvalenten Kationen, falls mitverwendet, beträgt üblicherweise
0,001 bis 10, bevorzugt 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Hydrogel.
-
Die
Nachvernetzung wird üblicherweise
so durchgeführt,
dass eine Lösung
des Oberflächennachvernetzers
auf das Hydrogel oder das trockene Polymerpulver aufgesprüht wird.
Dabei können
Oberflächennachvernetzer
und polyvatentes Kation in einer gemeinsamen Lösung oder als getrennte Lösungen aufgesprüht werden.
Im Anschluss an das Aufsprühen
wird das Polymerpulver thermisch getrocknet, wobei die Vernetzungsreaktion
sowohl vor als auch während
der Trocknung stattfinden kann.
-
Das
Aufsprühen
einer Lösung
des Vernetzers wird vorzugsweise in Mischern mit bewegten Mischwerkzeugen,
wie Schneckenmischer, Paddelmischer, Scheibenmischer, Pflugscharmischer
und Schaufelmischer, durchgeführt
werden. Besonders bevorzugt sind Vertikalmischer, ganz besonders
bevorzugt sind Pflugscharmischer und Schaufelmischer. Geeignete
Mischer sind beispielsweise Lödige®-Mischer,
Bepex®-Mischer,
Nauta®-Mischer,
Processall®-Mischer
und Schugi®-Mischer.
Ganz besonders bevorzugt werden Hochgeschwindigkeitsmischer, beispielsweise
vom Typ Schuggi-Flexomix® oder
Turbolizer® eingesetzt.
-
Die
thermische Trocknung wird vorzugsweise in Kontakttrocknern, besonders
bevorzugt Schaufeltrocknern, ganz besonders bevorzugt Scheibentrocknern,
durchgeführt.
Geeignete Trockner sind beispielsweise Bepex®-Trockner
und Nara®-Trockner. Über dies
können
auch Wirbelschichttrockner eingesetzt werden. Die Trocknung kann
im Mischer selbst erfolgen, durch Beheizung des Mantels oder Einblasen
von Warmluft. Ebenso geeignet ist ein nachgeschalteter Trockner,
wie beispielsweise ein Hordentrockner, ein Drehrohrofen oder eine
beheizbare Schnecke. Es kann aber auch beispielsweise eine azeotrope
Destillation als Trocknungsverfahren benutzt werden.
-
Bevorzugte
Trocknungstemperaturen liegen im Bereich 50 bis 250°C, bevorzugt
bei 50 bis 200°C,
und besonders bevorzugt bei 50 bis 150°C. Die bevorzugte Verweilzeit
bei dieser Temperatur im Reaktionsmischer oder Trockner beträgt unter
30 Minuten, besonders bevorzugt unter 10 Minuten.
-
Beschichten der Partikel
(Schritt b)) und optionale Polymerdispersion D
-
Das
Beschichten der vorgeschäumten
Partikel in Schritt b) erfolgt in üblicher Weise, beispielsweise durch
Mischen, Besprühen,
Tauchen oder anderweitiges Benetzen der Partikel mit dem wasserabsorbierenden
Polymer W, oder durch Auftrommeln des Polymers W auf die Partikel.
Dazu werden übliche
Mischer, Sprühvorrichtungen,
Tauchvorrichtungen bzw. Trommelapparaturen verwendet. Bevorzugt
wird das wasserabsorbierende Polymer W trocken oder feucht (z.B.
als Gel), jedoch nicht als leichtflüssige Lösung aufgebracht.
-
Das
Mengenverhältnis
beim Beschichtungsvorgang hängt
u.a. von der Menge an wasserabsorbierenden Polymer W ab, welche
die fertigen beschichteten Partikel enthalten sollen. Üblicherweise
liegt das Mengenverhältnis
von vorgeschäumten
Polystyrolpartikeln (aus Schritt a)) zu wasserabsorbierendem Polymer
W bei 0,5:1 bis 100:1, bevorzugt 1:1 bis 50:1, insbesondere 2:1
bis 50:1. Dabei wird das wasserabsorbierende Polymer W gerechnet
als getrocknetes Polymer, also beispielsweise gerechnet als getrocknetes
Hydrogel (Superabsorber-Pulver).
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird in Schritt b) eine Polymerdispersion D mitverwendet. Bevorzugt
enthält
diese Dispersion D Polymere X auf Basis von Monomeren, die ausgewählt sind
aus vinylaromatischen Monomeren, Dienen, α, β-ungesättigten Carbonsäuren, Estern
oder Amiden dieser Carbonsäuren, und
Alkenen.
-
Demnach
ist das erfindungsgemäße Verfahren
bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) eine Polymerdispersion
D mitverwendet wird, die Polymere X auf Basis von Monomeren enthält, die
ausgewählt
sind aus vinylaromatischen Monomeren, Dienen, α, β-ungesättigten Carbonsäuren, Estern
oder Amiden dieser Carbonsäuren,
und Alkenen.
-
Bevorzugt
handelt es sich um eine wässrige
Polymerdispersion D mit einem Feststoffgehalt von 10 bis 60, insbesondere
20 bis 50 Gew.-%.
-
Vorzugsweise
wird als vinylaromatisches Monomer mindestens eine Verbindung der
allgemeinen Formel IV gewählt,
in der R
7 und
R
8 unabhängig
voneinander jeweils für
Wasserstoff, Methyl oder Ethyl stehen, R
9 Methyl
oder Ethyl bedeutet und k eine ganze Zahl von 0 bis 2 bedeutet;
ganz besonders bevorzugt sind R
7 und R
8 jeweils Wasserstoff, und ganz besonders
bevorzugt gilt k = 0. Styrol ist besonders bevorzugt; außerdem sind
auch α-Methylstyrol,
p-Methylstyrol, Ethylstyrol, tert.-Butylstyrol, Vinylstyrol, Vinyltoluol,
1,2-Diphenylethylen, 1,1-Diphenylethylen oder deren Mischungen geeignet.
-
Als
Diene kommen alle polymerisierbaren Diene in Betracht, insbesondere
1,3-Butadien, 1,3-Pentadien, 1,3-Hexadien, 2,3-Dimethylbutadien,
Isopren, Piperylen oder Mischungen davon. Bevorzugt sind 1,3-Butadien
(kurz: Butadien), Isopren oder deren Mischungen.
-
Als α, β-ungesättigte Carbonsäure bzw.
deren Derivate eignen sich bevorzugt Verbindungen der allgemeinen
Formel I,
worin bedeuten:
R
1 gewählt
aus
- – unverzweigtem
oder verzweigtem C1-C10-Alkyl,
wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl,
n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl, n-Pentyl, iso-Pentyl,
sec.-Pentyl, neo-Pentyl, 1,2-Dimethylpropyl, iso-Amyl, n-Hexyl, iso-Hexyl,
sec.-Hexyl, n-Heptyl, n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Nonyl, n-Decyl; besonders
bevorzugt C1-C4-Alkyl wie
Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl
und tert.-Butyl;
- – oder
Wasserstoff,
- – ganz
besonders bevorzugt sind Wasserstoff und Methyl;
R2 gewählt
aus - – unverzweigtem
oder verzweigtem C1-C10-Alkyl,
wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl,
n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl, n-Pentyl, iso-Pentyl,
sec.-Pentyl, neo-Pentyl, 1,2-Dimethylpropyl, iso-Amyl, n-Hexyl, iso-Hexyl,
sec.-Hexyl, n-Heptyl, n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Nonyl, n-Decyl; besonders
bevorzugt C1-C4-Alkyl wie
Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl
und tert.-Butyl;
- – oder
ganz besonders bevorzugt Wasserstoff.
R3 gewählt aus - – Wasserstoff
(womit Verbindung I die Carbonsäure
selbst ist),
- – Oder
unverzweigtem oder verzweigtem C1-C10-Alkyl (womit Verbindung I ein Carbonsäureester
ist), wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl,
sec.-Butyl, tert.-Butyl, n-Pentyl, iso-Pentyl, sec.-Pentyl, neo-Pentyl,
1,2-Dimethylpropyl, iso-Amyl, n-Hexyl, iso-Hexyl, sec.-Hexyl, n-Hep-tyl,
n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Nonyl, n-Decyl; besonders bevorzugt C1-C4-Alkyl wie Methyl,
Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl und
tert.-Butyl; sowie 2-Ethylhexyl.
-
Bevorzugte
Verbindungen der Formal I sind Acrylsäure und Methacrylsäure. Weiterhin
bevorzugt sind die C1-10-Alkylester der
Acrylsäure,
insbesondere die Butylester, vorzugsweise n-Butylacrylat, und die
C1-10-Alkylester der Methacrylsäure, insbesondere
Methylmethacrylat (MMA).
-
Als
Carbonsäureamide
eignen sich insbesondere die Amide der vorgenannten Verbindung I,
beispielsweise Acrylsäureamid
und Methacrylsäureamid.
-
Als
Monomere für
die Polymerdispersion ebenfalls in Betracht kommen Verbindungen
der allgemeinen Formel Va und Vb, wobei es sich bei den Verbindungen
Va formal um OH-substituierte Carbonsäureamide handelt:
worin bedeuten:
R
10 gewählt
aus
- – unverzweigtem
oder verzweigtem C1-C10-Alkyl,
wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl,
n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl, n-Pentyl, iso-Pentyl,
sec.-Pentyl, neo-Pentyl, 1,2-Dimethylpropyl, iso-Amyl, n-Hexyl, iso-Hexyl,
sec.-Hexyl, n-Hep- tyl,
n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Nonyl, n-Decyl; besonders bevorzugt C1-C4-Alkyl wie Methyl,
Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl und
tert.-Butyl;
- – oder
Wasserstoff;
- – ganz
besonders bevorzugt sind Wasserstoff und Methyl
R11 gewählt
aus - – unverzweigtem
oder verzweigtem C1-C10-Alkyl,
wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl,
n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl, n-Pentyl, iso-Pentyl,
sec.-Pentyl, neo-Pentyl, 1,2-Dimethylpropyl, iso-Amyl, n-Hexyl, iso-Hexyl,
sec.-Hexyl, n-Heptyl, n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Nonyl, n-Decyl; besonders
bevorzugt C1-C4-Alkyl wie
Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl
und tert.-Butyl;
- – oder
ganz besonders bevorzugt Wasserstoff.
R12 wird
gewählt
aus unverzweigtem oder verzweigtem C1-C10-Alkyl, wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl,
iso-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl, n-Pentyl, iso-Pentyl, sec.-Pentyl,
neo-Pentyl, 1,2-Dimethylpropyl, iso-Amyl, n-Hexyl, iso-Hexyl, sec.-Hexyl,
n-Heptyl, n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Nonyl, n-Decyl; besonders bevorzugt
C1-C4-Alkyl wie
Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl und tert.-Butyl, - – oder
ganz besonders bevorzugt Wasserstoff.
X gewählt aus - – Wasserstoff,
- – Glycidyl
- – Gruppen
mit tertiären
Aminogruppen, beispielsweise NH(CH2)b-N(CH3)2,
wobei b eine ganze Zahl im Bereich von 2 bis 6 ist,
- – enolisierbaren
Gruppen mit 1 bis 20 C-Atomen, beispielsweise Acetoacetyl
wobei
R13 gewählt
wird aus unverzweigtem oder verzweigtem C1-C10-Alkyl, wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl,
iso-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl, n-Pentyl, iso-Pentyl, sec.-Pentyl,
neo-Pentyl, 1,2-Dimethylpropyl, iso-Amyl, n-Hexyl, iso-Hexyl, sec.-Hexyl,
n-Heptyl, n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Nonyl, n-Decyl; besonders bevor zugt
C1-C4-Alkyl wie
Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl und tert.-Butyl.
-
Ganz
besonders bevorzugt ist in Formel Va bzw. Vb R10 gewählt aus
Wasserstoff und Methyl und R11 und R12 sind jeweils Wasserstoff.
-
Insbesondere
bevorzugt als Verbindung der Formel Va ist Methylolacrylamid.
-
Die
Polymerdispersion kann auch unter Verwendung von Alkenen hergestellt
werden. Als Alkene eignen sich insbesondere Ethylen (Ethen) und
Propylen (Propen). Man kann ein Homopolymer verwenden, beispielsweise
eine Dispersion von Polyethylen oder Polypropylen, oder – bevorzugt – alkenhaltige
Copolymere. Gut geeignet sind z.B. Coplymere aus Propylen und Carbonsäuren bzw.
Carbonsäureverbindungen
der obigen Formel I, beispielsweise Acrylsäure oder Methacrylsäure oder
den genannten Acrylsäurealkylestern
oder Methacrylsäurealkylestern.
Derartige Produkte sind beispielsweise als Poligen® von
BASF erhältlich.
Eine geeignete Polymerdispersion ist z.B. eine solche aus Propylen-Alkylacrylat-Copolymer.
-
Außerdem kann
man als Comonomere zur Herstellung der Polymerdispersion mitverwenden:
jeweils 1 bis 5 Gew.-% (Meth)acrylnitril, (Meth)acryl-amid, Ureido(meth)acrylat,
2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, 3-Hydroxypropyl(meth)acrylat, Acrylamidpropansulfonsäure (verzweigt
oder unverzweigt) oder das Natriumsalz der Vinylsulfonsäure.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass die Monomere des Polymeren
X ausgewählt
sind aus Styrol, Butadien, Acrylsäure, Methacrylsäure, C1-4-Alkylacrylaten, C1-4-Alkylmethacrylaten,
Acrylsäureamid,
Methacrylsäureamid
und Methylolacrylsäureamid.
-
Die
Polymerdispersion kann unvernetzt oder vernetzt sein und weist bevorzugt
eine Glasübergangstemperatur
von –60
bis +140°C,
bevorzugt –20
bis +80°C
auf, bestimmt mittels Differential Scanning Calorimetry (DSC) an
dem Polymerpulver, das durch Sprühtrocknung
der entsprechenden Polymerdispersion erhalten wurde.
-
Bevorzugte
Polymerdispersionen enthalten ein Polymer auf Basis von
- w) Styrol, oder
- x) Styrol und n-Butylacrylat, oder
- y) n-Butylacrylat, MMA, Methacrylsäure, Acrylamid und Methylolacrylamid,
oder
- z) Styrol und den bei y) genannten Monomeren.
-
Die
Herstellung der Polymerdispersion erfolgt in an sich bekannter Weise,
etwa durch Emulsions-, Suspensions-, oder Dispersionspolymerisation
in flüssiger
Phase. Soll die Polymerdispersion eine wässrige sein, polymerisiert
man bevorzugt in wässriger
Pha se. Man kann das Polymer auch durch Lösungs- oder Massepolymerisation
herstellen, ggf. zerteilen und die Polymerpartikel anschließend in
Wasser (oder einem anderen Dispersionsmittel, siehe oben) in üblicher
Weise dispergieren. Bei der Polymerisation werden die für das jeweilige
Polymerisationsverfahren üblichen
Initiatoren, Emulgatoren bzw. Suspensionshilfsmittel, Regler bzw.
sonstigen Hilfsstoffe mitverwendet; und man polymerisiert kontinuierlich
oder diskontinuierlich bei den für das
jeweilige Verfahren üblichen
Temperaturen und Drucken in gebräuchlichen
Reaktoren.
-
Die
Polymerdispersion wird bevorzugt auf die vorgeschäumten Partikel
aufgebracht, bevor man sie mit dem wasserabsorbierenden Polymer
beschichtet. Demnach ist das Verfahren bevorzugt dadurch gekennzeichnet,
dass man in Schritt b) die Partikel zunächst mit der Polymerdispersion
D beschichtet und die erhaltenen Partikel danach mit dem wasserabsorbierenden
Polymer W beschichtet.
-
Das
Beschichten der vorgeschäumten
Partikel mit der Polymerdispersion erfolgt in üblicher Weise, beispielsweise
durch Mischen, Besprühen,
Tauchen oder anderweitiges Benetzen der Partikel mit der Dispersion
D, oder durch Auftrommeln der Dispersion D auf die Partikel. Dazu
werden übliche
Mischer, Sprühvorrichtungen,
Tauchvorrichtungen bzw. Trommelapparaturen verwendet.
-
Das
Mengenverhältnis
hängt u.a.
von der Menge an Polymerdispersion D bzw. darin enthaltenem Polymer
X ab, welche die fertigen beschichteten Partikel enthalten sollen. Üblicherweise
liegt das Mengenverhältnis
von vorgeschäumten
Polystyrolpartikeln (aus Schritt a)) zu Polymerdispersion D bei
0,5:1 bis 500:1, bevorzugt 1:1 bis 200:1, insbesondere 2:1 bis 100:1.
Hierbei wird die Dispersion als solche, also einschließlich des enthaltenen
Wassers bzw. sonstigen Dispersionsmittels, gerechnet.
-
Bevorzugt
wählt man
das Mengenverhältnis
von vorgeschäumten
Polystyrolpartikeln zu Polymerdispersion derart, dass die Polymerdispersion
vollständig
auf die Oberfläche
der Partikel aufzieht. Dies hat den Vorteil, dass sich eine spätere Abtrennung
der beschichteten Partikel von überschüssiger Polymerdispersion erübrigt.
-
Die
in der Polymerdispersion D enthaltenen flüchtigen Hilfsstoffe, insbesondere
das enthaltene Wasser bzw. sonstige Lösungs- bzw. Dispersionsmittel,
können
vor der Verarbeitung der beschichteten Partikel zu Formteilen durch
Trocknen in üblichen
Trocknungsvorrichtungen, z.B. Wirbelbetttrocknern oder Zyklonen,
oder einfaches Verdunstenlassen entfernt werden. Falls getrocknet
wird, ist empfiehlt es sich, dabei umzuwälzen, um eine gleichmäßige Beschichtung
zu erreichen.
-
Zwingend
erforderlich ist ein Entfernen der flüchtigen Hilfsstoffe durch Trocknen
o.ä. jedoch
nicht, d.h. die mit der Dispersion D beschichteten Partikel können auch
in noch feuchtem Zustand mit dem wasserabsorbierenden Polymer W
beschichtet werden.
-
Weiterhin
kann man in Schritt b) des Verfahrens Verbindungen Y einsetzen,
die wasserbindende Eigenschaften haben. Diese wasserbindenden Verbindungen
Y werden bevorzugt dann mitverwendet, wenn man in Schritt b) eine
Polymerdispersion D, insbesondere eine wässrige Polymerdispersion D,
einsetzt. Es besteht die Vorstellung, dass die wasserbindenden Verbindungen
Y das in der Dispersion D enthaltende Wasser binden. Dadurch wird
vermieden, dass die wasserabsorbierenden Polymere W vorzeitig mit
Feuchtigkeit (nämlich
dem Dispersions-Wasser) gesättigt
werden. Außerdem
wird vermutlich das Verfilmen der Dispersion erleichtert bzw. beschleunigt.
-
Demnach
ist in einer bevorzugten Ausführungsform
das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) eine wasserbindende
Verbindung Y mitverwendet wird. Bevorzugt wird dann eine Verbindung
Y eingesetzt, wenn auch eine Polymerdispersion D verwendet wird.
-
Als
wasserbindende Verbindungen Y eignen sich u.a. Alkalimetallsilikate.
Besonders geeignet ist Wasserglas, also aus dem Schmelzfluss erstarrte,
glasartige, wasserlösliche
Kalium- und Natriumsilikate oder deren viskose wässrige Lösungen. Sie enthalten in der
Regel 2 bis 4 mol SiO2 pro 1 mol Alkalioxid,
und werden üblicherweise
hergestellt durch Zusammenschmelzen von Quarzsand mit Natriumcarbonat
oder Kaliumcarbonat bei z.B. 1400 bis 1500°C, wobei CO2 frei
wird. Die erstarrte Schmelze wird in der Regel gemahlen.
-
Das
erhaltene Wasserglaspulver kann als solches verwendet werden, oder
nach Zusatz von Wasser. Je nach zugefügter Wassermenge liegt ein
wasserhaltiges, immer noch festes Wasserglaspulver vor, oder eine Wasserglaslösung gewünschter
Konzentration.
-
Wasserglas
als wasserbindende Verbindung Y kann beispielsweise als ein Gemisch
aus Wasserglaslösung
und festem Wasserglaspulver eingesetzt werden. Die Wasserglaslösung enthält üblicherweise
30 bis 99,9, bevorzugt 35 bis 80 und insbesondere 40 bis 70 Gew.-%
Wasser. Das Wasserglaspulver enthält in der Regel 0 bis 40, bevorzugt
0 bis 30 und insbesondere 1 bis 20 Gew.-% Wasser. Das Gemisch enthält üblicherweise
10 bis 99,9, bevorzugt 20 bis 80 und besonders bevorzugt 30 bis
70 Gew.-% Wasserglaslösung
und den an 100 Gew.-% fehlenden Anteil an Wasserglaspulver.
-
Andere
in Betracht kommende wasserbindende Verbindungen Y sind Gips, Zement
und ähnliche
Stoffe.
-
Die
Menge der wasserbindenden Verbindung Y hängt u.a. vom Wassergehalt der
Polymerdispersion D ab. Üblicherweise
liegt das Mengenverhältnis
von vorgeschäumten Polystyrolpartikeln
(aus Schritt a)) zu wasserbindenden Verbindungen Y bei 1:1000 bis
1000:1, bevorzugt 1:200 bis 200:1, insbesondere 1:100 bis 100:1.
-
Bevorzugt
wird die wasserbindende Verbindung Y getrennt von dem wasserabsorbierenden
Polymer W eingesetzt, beispielsweise in einem separaten Beschichtungsschritt.
Besonders bevorzugt erfolgt das Aufbringen der wasserbindenden Verbindung
Y vor dem Beschichten mit dem wasserabsorbierenden Polymer W.
-
Bezüglich der
Polymerdispersion D kann man die wasserbindende Verbindung Y getrennt
von der Dispersion in einem separaten Beschichtungsschritt aufgebracht
werden, wie er weiter oben für
die Dispersion bereits beschrieben wurde.
-
Jedoch
bringt man bevorzugt die wasserbindende Verbindung Y zusammen mit
der Dispersion D auf die Partikel auf. Dazu kann man vorteilhaft
eine Mischung M einsetzten, welche die Polymerdispersion D und die
wasserbindende Verbindung Y enthält.
In einer solchen Mischung M beträgt
das Verhältnis
von Polymerdispersion D zu wasserbindender Verbindung Y 1:100 bis
100:1, bevorzugt 1:50 bis 50:1 und besonders bevorzugt 1:20 bis
20:1. Hierbei wird die Dispersion als solche, also einschließlich des
enthaltenen Wassers bzw. sonstigen Dispersionsmittels, gerechnet.
-
Eine
besonders bevorzugte Mischung M, die auf die vorgeschäumten Polystyrolpartikel – vorzugsweise
vor dem Beschichten mit dem wasserabsorbierenden Polymer W – aufgebracht
wird, enthält
- – 40
bis 80, bevorzugt 50 bis 70 Gew.-Teile einer Wasserglaslösung (als
Verbindung Y) mit einem Wassergehalt von 40 bis 90, bevorzugt 50
bis 70 Gew.-%,
- – 20
bis 60, bevorzugt 30 bis 50 Gew.-Teile eines Wasserglaspulvers (als
Verbindung Y) mit einem Wassergehalt von 0 bis 30, bevorzugt 1 bis
25 Gew.-%, und
- – 5
bis 40, bevorzugt 10 bis 30 Gew.-Teile einer Polymerdispersion D
mit einem Feststoffgehalt von 10 bis 60, bevorzugt 20 bis 50 Gew.-%.
-
Die
Mischung M kann beispielsweise durch Rühren hergestellt werden. Erforderlichenfalls
kann man Hilfsstoffe mitverwenden, welche das Vermischen erleichtern,
beispielsweise übliche
Netzmittel. Außerdem kann
man die Mischung M durch Zufügen
geeigneter Additive, z.B. gebräuchliche
Schutzkolloide oder Antiabsetzmittel, gegen eine Entmischung stabilisieren.
-
Fall
erforderlich, kann man die Partikel mehrfach mit den genannten Verbindungen
(wasserabsorbierendes Polymer W, und/oder Polymerdispersion D bzw.
darin enthaltenes Polymer X und/oder wasserbindendes Polymer Y und/oder
Mischung M) beschichten, um die Menge des jeweiligen Stoffes auf
der Partikeloberfläche
zu erhöhen.
-
Formteile
aus den beschichteten Partikeln und Herstellung der Formteile
-
Gegenstand
der Erfindung sind auch die mit einem wasserabsorbierenden Polymer
W beschichteten Partikel aus vorgeschäumtem Polystyrol, erhältlich nach
dem vorstehend beschriebenen Verfahren.
-
Diese
Partikel können
zur Herstellung von Formteilen aus Polystyrolschaum verwendet werden.
Diese Verwendung und solche Formteile aus Polystyrolschaum sind
ebenfalls Gegenstand der Erfindung. Bevorzugt handelt es sich bei
den Formteilen um Halbzeuge (Platten, Blöcke, Rohre, Stäbe, Profile,
etc.) oder sonstige Formteile mit einfacher oder komplexer Gestalt.
Bevorzugt handelt es sich bei den Formteilen um Platten, insbesondere
Schaumstoffplatten.
-
Es
ist auch möglich,
als Formteil zunächst
Blöcke
herzustellen und die Blöcke
anschließend
in Platten zu zerteilen, beispielsweise durch Schneiden oder Sägen.
-
Die
Dicke der Schaumstoffplatten kann in weiten Grenzen variieren und
beträgt üblicherweise
1 bis 500, bevorzugt 10 bis 300 mm. Die Länge und Breite der Platten
ist ebenfalls in weiten Grenzen variabel. Sie wird u.a. durch die
Größe des Werkzeugs
(Press- oder Schäumform)
und beim Verpressen (siehe unten) durch die Schließkraft der
verwendeten Presse begrenzt.
-
Außerdem wurde
ein Verfahren zur Herstellung der Formteile durch Verpressen (Verpressverfahren) gefunden,
und ein Verfahren zur Herstellung der Formteile durch Ausschäumen (Ausschäumverfahren)
gefunden.
-
Beim
Verpressverfahren werden in Schritt I) die erfindungsgemäßen expandierbaren,
vorgeschäumten
und mit dem wasserabsorbierenden Polymer W beschichteten Partikel
in eine gasdurchlässige
Form gefüllt.
Die Gasdurchlässigkeit
kann beispielsweise durch Bohrungen erzielt werden, mit denen die
Form versehen ist und die bevorzugt derart beschaffen sind, dass
sie beim anschließenden
Verpressen (Schritt II), siehe unten) nicht vom Polymer verstopft
werden, beispielsweise indem sie einen geringen Durchmesser aufweisen.
-
Die
Geometrie (Raumform) der gasdurchlässigen Form entspricht in der
Regel der gewünschten
Geometrie des späteren
Formteils. Sollen Schaumstoffplatten hergestellt werden, kann man
eine einfache kastenförmige
Form verwenden. Insbesondere bei komplizierteren Geometrien kann
es erforderlich sein, die Schüttung
der in die Form eingefüllten
Partikel zu verdichten und auf diese Weise unerwünschte Hohlräume zu beseitigen.
Das Verdichten kann z.B. durch Rütteln
der Form, Taumelbewegungen oder andere geeignete Maßnahmen
erfolgen.
-
Da
die Partikel anschließend
verpresst werden, ist es – anders
als beim weiter unten beschriebenen Ausschäumverfahren – nicht
bevorzugt, aber auch nicht nachteilig, die Form randvoll mit den
Partikeln zu füllen.
Der Füllgrad
richtet sich u.a. nach der gewünschten
Dicke des späteren
Formteils.
-
In
Schritt II) werden die eingefüllten
Partikel unter Volumenreduktion zu einem Pressling verpresst. Die Volumenreduktion
beträgt
in der Regel 1 bis 80, bevorzugt 5 bis 60 und insbesondere 10 bis
50 Vol.-%, bezogen auf das Volumen der eingefüllten Partikel vor dem Verpressen.
-
Die
Temperatur beim Verpressen beträgt üblicherweise
20 bis 100, bevorzugt 30 bis 90 und insbesondere 40 bis 80°C. Das Temperieren
kann z.B. durch elektrische Beheizung oder Wärmeüberträgermedien erfolgen. Das Druckmaximum
beim Pressvorgang bzw. die Schließkraft der Presse sowie die
Dauer des Verpressens (Presszeit) hängen u.a. von Größe und Geometrie
sowie der gewünschten
Dichte des Formteils ab und können
in weiten Grenzen variieren.
-
Die
Gasdurchlässigkeit
der Form gewährleistet,
dass in und zwischen den Partikeln vorhandenes Treibmittel, Luft
oder andere Gase beim Verpressen gleichmäßig entweichen können. Sofern
die beschichteten Partikel nicht getrocknet, sondern mit „feuchter" Beschichtung eingesetzt
wurden, entweichen auch die flüchtigen
Hilfsstoffe, z.B. Wasser.
-
Zum
Verpressen eignen sich übliche
Pressen mit Pressform und Stempel, beispielsweise Etagenpressen.
Dabei können
die Form oder der Stempel oder beide Bauteile temperiert sein.
-
In
Schritt III) wird der in Schritt II) erhaltene Pressling ausgehärtet, indem
man ihn bzw. die Form auf 20 bis 100, bevorzugt 30 bis 90 und insbesondere
40 bis 80°C
temperiert. Das Temperieren kann z.B. durch elektrische Beheizung
oder Wärmeüberträgermedien
erfolgen. Der Druck beim Aushärten
und die Aushärtungsdauer
hängen
u.a. von Größe und Geometrie
des Formteils ab und variieren in weiten Grenzen.
-
Die
genannten Temperaturen und Drucke müssen nicht während der
gesamten Aushärtungsdauer aufrecht
erhalten werden; vielmehr kann man den Pressling auch bei z.B. Raumtemperatur
und Umgebungsdruck eine gewisse Zeit ruhen lassen, während der
er vollständig
aushärtet.
Die Form kann beim Aushärten geschlossen
oder geöffnet
sein.
-
Temperatur,
Druck, Presszeit und sonstige Bedingungen beim Verpressen können innerhalb
der bei Schritt II) genannten Bereiche derart gewählt werden,
dass der Pressling bereits beim Verpressen aushärtet, d.h. der Verpressungsschritt
II) und der Aushärtungsschritt
III) fallen zusammen. Alternativ kann Schritt III) im Anschluss
an Schritt II) ausgeführt
werden, wofür
dann die für
Schritt III) genannten Bedingungen gelten.
-
In
Schritt IV) des Verpressverfahrens entnimmt man das erhaltene Formteil
aus der Form. Dies kann manuell oder automatisiert mittels üblicher
Auswurf- bzw. Entformungsvorrichtungen erfolgen.
-
Demnach
ist das erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung der Formteile durch Verpressen dadurch gekennzeichnet,
dass man
- I) die erfindungsgemäßen Partikel
in eine gasdurchlässige
Form einfüllt,
- II) die eingefüllten
Partikel in der geschlossenen Form unter Volumenreduktion zu einem
Pressling verpresst,
- III) den Pressling durch Temperieren auf 20 bis 100°C aushärtet, und
- IV) das erhaltene Formteil aus der Form entnimmt.
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Die
Dichte der mit diesem Verpressverfahren erhaltenen Formteile beträgt in der
Regel 15 bis 150, bevorzugt 20 bis 120 und besonders bevorzugt 20
bis 100 g/l gemäß DIN 53420.
Die Formteile weisen bevorzugt keinen ausgeprägten Dichtegradienten auf,
d.h. die Randschichten haben keine deutlich höhere Dichte als die inneren
Bereiche des Formteils.
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Beim
Ausschäumverfahren
werden in Schritt i) die erfindungsgemäßen vorgeschäumten und
mit dem wasserabsorbierenden Polymer W beschichteten Partikel in
eine Form gefüllt.
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Die
Geometrie (Raumform) der Form entspricht üblicherweise der gewünschten
Geometrie des späteren
Formteils. Für
Schaumstoffplatten ist beispielsweise eine einfache kastenförmige Form
geeignet. Bei komplizierteren Geometrien kann es erforderlich sein,
die Schüttung
der in die Form eingefüllten
Partikel zu verdichten wie beim Verpressverfahren beschrieben.
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Da
die Partikel beim anschließenden
Ausschäumen
miteinander verschweißen
sollen, ist es vorteilhaft, die Form randvoll mit den Partikeln
zu füllen,
um das Leervolumen in der Form gering zu halten.
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In
Schritt ii) werden die eingefüllten
Partikel in der geschlossenen Form durch Temperieren (beispielsweise
mit Wasserdampf, Heißluft
oder einem anderen Wärmeüberträger) auf
60 bis 120, bevorzugt 70 bis 110°C
ausgeschäumt.
Dabei verschweißen
die Partikel zu dem Formteil, indem die Zwischenräume in der
Partikelschüttung
durch die expandierenden Partikel ausgefüllt werden und die erweichten
Partikel miteinander „verschmelzen".
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Der
Druck beim Ausschäumen
ist üblicherweise
nicht kritisch und beträgt
in der Regel 0,05 bis 2 bar. Die Dauer des Ausschäumens hängt u.a.
von Größe und Geometrie
sowie der gewünschten
Dichte des Formteils ab und kann in weiten Grenzen variieren.
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In
Schritt iii) des Ausschäumverfahrens
entnimmt man das erhaltene Formteil aus der Form, was manuell oder
automatisiert mittels üblicher
Auswurf- bzw. Entformungsvorrichtungen erfolgen kann.
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Folglich
ist das erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung der Formteile durch Ausschäumen dadurch gekennzeichnet,
dass man
- i) die erfindungsgemäßen Partikel
in eine Form einfüllt,
- ii) die eingefüllten
Partikel in der geschlossenen Form durch Temperieren auf 60 bis
120°C ausschäumt, wobei
die Partikel zu dem Formteil verschweißen, und
- iii) das erhaltene Formteil aus der Form entnimmt.
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Die
mit diesem Ausschäumverfahren
erhaltenen Formteile weisen üblicherweise
eine Dichte von 10 bis 100, bevorzugt 15 bis 80 und besonders bevorzugt
15 bis 60 g/l auf, bestimmt gemäß DIN 53420.
Die Formteile weisen bevorzugt keinen ausgeprägten Dichtegradienten auf,
d.h. die Randschichten haben keine deutlich höhere Dichte als die inneren
Bereiche des Formteils.
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Typische
Abmessungen der mit dem Verpress- oder Ausschäumverfahren erhältlichen
Schaumstoffplatten wurden bereits genannt.
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Die
erfindungsgemäßen Formteile,
beispielsweise Schaumstoffplatten, können mit Formgebungen oder
Elementen versehen sein, die eine Montage erleichtern und mit denen
sich eine ebene, weitgehend fugenfreie Oberfläche erzielen lässt. Beispielsweise
kann man die Seitenflächen
bzw. Ränder
der Platten als Nut-Feder-Verbindungen, Klemm-, Schnapp- oder Einrastverbindungen
ausbilden. Sie lassen sich z.B. durch Bohrungen, Falze, Stege, Nuten,
Ausschnitte oder mittels angeformter Zungen, Zapfen, Laschen o.ä. verwirklichen.
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Außerdem kann
man die Formteile mit einer oder mehreren Deckschichten aus Papier,
Pappe, Karton, Gipskarton, Kunststoffen oder Metallen versehen.
Die Deckschicht kann z.B. die mechanische Stabilität der Platte
bzw. des sonstigen Formteils erhöhen
(im Sinne einer Tragschicht), die akustischen Eigenschaften oder das
Brandverhalten verändern,
und/oder als Dekorschicht dienen. Es können geschlossene Deckschichten oder
solche mit Aussparungen aufgebracht werden; letztere sind beispielsweise
Lochplatten Gitter oder Netze. Das Aufbringen (Kaschieren) erfolgt
beispielsweise durch Kleben, Pressen oder andere übliche Kaschierverfahren.
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Verwendung
der Formteile
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Die
erfindungsgemäßen Formteile
können
zu vielfältigsten
Zwecken verwendet werden, beispielsweise im Bauwesen. Diese Verwendung
ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung. Besonders bevorzugt werden die
Formteile zur Innendämmung
von Gebäuden
verwendet.
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Bei
der vorliegenden Erfindung schließt der Begriff „Gebäude" auch andere geschlossene
Räume ein, beispielsweise
Transport- und Aufbewahrungsbehälter,
Frachtcontainer, Güterwaggons,
Laderäume
von Flugzeugen, Raumfahrzeugen, Schiffen und Fahrzeugen (Pkw, Lkw,
Schienenfahrzeuge, etc.). Die Formteile eignen sich demnach auch
zur Dämmung
derartiger Behälter,
Frachtcontainer, Waggons bzw. Laderäume.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung vorgeschäumter
Polystyrolpartikel kommt die Beschichtung mit dem wasserabsorbierenden
Polymer nicht mit Wasser(dampf) in Kontakt. Außerdem wird die Beschichtung
durch das Vorschäumen
nicht durch Abrieb oder andere Belastungen beeinträchtigt.
Die gefundenen Verfahren zur Herstellung der Partikel und der Formteile
sind einfach durchführbar
und kostengünstig zu
betreiben.
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Die
beschichteten Partikel und die daraus erhältlichen Formteile zeichnen
sich dadurch aus, dass sie Luftfeuchtigkeit reversibel aufnehmen
können.
Werden die erfindungsgemäßen Formteile
in Innenräumen
verwendet, so beobachtet man geringere Schwankungen der Luftfeuchtigkeit
und ein konstanteres, verbessertes Raumklima.
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Beispiele
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Es
wurden folgende Einsatzstoffe verwendet:
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Polystyrolpartikel:
-
- Handelsübliche,
treibmittelhaltige, nicht expandierte Polystyrolpartikel.
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Superabsorber:
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Ein
wasserabsorbierendes Polymer auf Basis einer vernetzten Acrylsäure, enthaltend
Polyethylenglykoldiacrylat als Vernetzer. Das Polymer war partikelförmig und
mit einer Mischung aus Oxazodilinon und Aluminiumsulfat oberflächennachvernetzt.
Ca. 60 mol-% der Acrylsäuregruppen
waren neutralisiert. Die Partikelgröße (Siebschnitt) betrug 150
bis 850 μm,
bestimmt gemäß der von
der EDANA empfohlenen Testmethode Nr. 420.2-02 "Particle size distribution". Die Zentrifungenretentionskapazität (CRC)
des Superabsorbers betrug 30 g/g, ermittelt in 0,9 gew.-%iger wässriger
Natriumchlorid-Lösung
gemäß der von
der EDANA empfohlenen Testmethode Nr. 441.2-02 „Centrifuge retention capacity".
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Polymerdispersion D:
-
Es
wurde das Handelsprodukt Acronal® S
790 von BASF verwendet, eine wässrige
Dispersion eines Acrylsäureester-Styrol-Copolymers
mit folgenden Eigenschaften:
- • pH-Wert
7,5 bis 9 bei 23°C,
nach DIN/ISO 976 • Dichte:
1,04 g/cm3 bei 20°C, nach ISO 2811-1
- • dynamische
Viskosität:
700 bis 1500 mPa·s
bei 23°C
und 100 Umdrehungen/sec, nach DIN/EN/ISO 3219
- • Feststoffgehalt:
etwa 50 %.
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Mischung M:
-
Erhalten
bei 20°C
durch Vermischen von
- – 2 kg der obigen Polymerdispersion
D,
- – 6
kg Wasserglaslösung
mit einem Wassergehalt von 62 Gew.-%, und
- – 4
kg Wasserglaspulver.
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Beispiel 1:
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- A) Die Polystyrolpartikel wurden in einer handelsüblichen
Vorschäumapparatur
mit 0,2 bar Wasserdampfdruck vorgeschäumt. Die Schüttdichte
der vorgeschäumten
Partikel betrug 15 g/l, gemessen nach DIN EN ISO 60.
- B) 40 g dieser vorgeschäumten
Partikel wurden mit 80 g der Polymerdispersion D in einem Mischer
5 min lang bei 25°C
vermischt. Dabei zog die Dispersion vollständig auf die Partikel auf.
Danach fügte
man ohne weitere Trocknung 9 g des Superabsorbers zu und mischte
weitere 5 min bei 25°C.
- C) Ohne weitere Trocknung füllte
man die beschichteten Partikel in eine mit feinen Bohrungen versehene, gasdurchlässige rechteckige
Form (100 × 100
mm). Die Form wurde mit einem Stempel verschlossen und der Inhalt
in einer Presse 150 sec bei 60°C
und 3 bar Druckmaximum zu einem plattenförmigen Pressling verpresst.
Die Volumenreduktion beim Verpressen betrug 40 Vol.-%, bezogen auf
das Volumen der eingefüllten
Partikel vor dem Verpressen.
- D) Danach härtete
man den Pressling aus, indem man die geschlossene Form 30 min auf
60°C temperierte. Anschließend wurde
das Schaumstoff-Formteil aus der Form entnommen. Seine Abmessungen
waren 100 × 100 × 50 mm
und die Dichte betrug 70 g/l.
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Beispiel 2:
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Es
wurde vorgegangen wie in Beispiel 1, jedoch anstelle des Beschichtungsschritts
B) ein abgewandelter Beschichtungsschritt B*) durchgeführt:
B*)
40 g der vorgeschäumten
Partikel wurden mit 100 g der Mischung M in einem Mischer 5 min
lang bei 25°C vermischt.
Dabei zog die Mischung vollständig
auf die Partikel auf. Danach fügte
man ohne weitere Trocknung 5 g des Superabsorbers zu und mischte
weitere 5 min bei 25°C.
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Beispiel 3V (zum Vergleich):
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Die
Polystyrolpartikel wurden vorgeschäumt wie in Schritt A) von Beispiel
1 beschrieben und ohne weitere Beschichtung unmittelbar zu einem
Schaumstoff-Formteil mit den Abmessungen 100 × 100 × 50 mm und einer Schaumdichte
von 15 g/l in üblicher
Weise mit Wasserdampf ausgeschäumt.
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Untersuchung der Feuchtigkeitsaufnahme
der Formteile:
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Das
Formteil wurde in einem Klimaschrank gelagert und sein Gewicht im
Abstand von 20 sec ermittelt. Es wurde folgendes Klimaprofil vorgegeben:
Zunächst (Startzeit
t = 0) wurde das Formteil zwecks Gleichgewichtseinstellung 60 min
bei einem Normalklima von 23°C
und 50 % relativer Feuchte (RF; die relative Feuchte ist der Quotient
aus Wasserdampfpartialdruck und Wasserdampfdruck multipliziert mit
100%) gelagert. Aus den letzten 10 Messwerten dieser Normalklima-Lagerung
wurde das arithmetische Mittel gebildet; es stellte den Bezugspunkt
(Nullpunkt) für
die folgenden Messungen dar. Das Volumengewicht des Schaumstoffs
[g/dm3] nach der Normalklima-Lagerung wurde
ermittelt, siehe Tabelle. Ein hohes Volumengewicht entspricht einer
hohen Feuchtigkeitsaufnahme.
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Dem
Normalklima folgte unmittelbar (ab t = 60 min) ein Feuchtklima mit
30°C und
90 RF für
die Dauer von 90 min. Aus den letzten 10 Messpunkten bei Feuchtklima
wurde die flächenbezogene
Feuchtigkeitsaufnahme [g/m2] ermittelt,
siehe Tabelle.
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Dem
Feuchtklima folgte unmittelbar (ab t = 150 min) ein Trockenklima
von 40°C
und 40 % RF für
die Dauer von 100 min. Die Tabelle nennt die flächenbezogene Feuchtigkeitsabnahme
[g/m2], definiert als Messwert zu Beginn
des Trockenklimas minus Messwert zum Ende des Trockenklimas.
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Die
Tabelle nennt außerdem
den maximalen Einzelwert, der während
des gesamten Klimaprofils (bis zum Ende der Trockenphase bei t =
250 min) gemessen wurde, und zwar bezogen auf die Fläche des
Formteils [g/m2], sein Gewicht [g/100g Formteil]
und sein Volumen [g/dm3].
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Die
Tabelle fasst die Ergebnissee zusammen.
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Tabelle
(V zum Vergleich)
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- 1) negatives Vorzeichen bedeutet Feuchtigkeitsabgabe
- 2) bezogen auf Feuchtigkeitsgehalt am Ende der Normalklimalagerung
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Wie
sich aus den Volumengewichten gegen Ende der Normalklima-Lagerung
ablesen lässt,
wurde von den erfindungsgemäßen Formteilen
(hergestellt aus Partikeln mit wasserabsorbierender Beschichtung)
im Normalklima wesentlich mehr Feuchtigkeit aufgenommen als von
dem nicht erfindungsgemäßen Formteil
(hergestellt aus Partikeln ohne wasserabsorbierende Beschichtung).
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Nach
90 min Feuchtklima-Lagerung hatten die erfindungsgemäßen Formteile
7 g bzw. 23 g Feuchtigkeit (Wasser) pro Quadratmeter Formteiloberfläche aufgenommen.
Hingegen gab das nicht erfindungsgemäße Formteil 17 g Feuchtigkeit
pro m2 ab.
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Nach
weitern 100 min Trockenklimalagerung hatten die erfindungsgemäßen Formteile
28 g bzw. 20 g Feuchtigkeit pro Quadratmeter Formteiloberfläche abgegeben,
bezogen auf den Feuchtigkeitsgehalt am Ende der Normalklimalagerung.
Hingegen gab das nicht erfindungsgemäße Formteil 52 g Feuchtigkeit
pro m2 ab.
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Die
maximalen Einzelwerte der Feuchtigkeitsaufnahme über das gesamte Klimaprofil
waren bei den erfindungsgemäßen Formteilen
deutlich geringer als bei dem nicht erfindungsgemäßen Formteil.
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Zur
Beurteilung der Luftfeuchtigkeits-Schwankungen wurden außerdem die
einzelnen, im 20 sec-Abstand aufeinander folgenden Messwerte betrachtet.
Bei den erfindungsgemäßen Formteilen
lagen der höchste und
der niedrigste Einzelwert (entlang des gesamten Klimaprofils von
t = 0 bis t = 250 min) enger beieinander als beim Vergleichs-Formteil. Die Feuchtigkeitsaufnahme
und -abgabe der erfindungsgemäßen Formteile
war geringeren Schwankungen unterworfen als die des Vergleichs-Formteils.
Bei den erfindungsgemäßen Formteilen
stellten sich demnach geringere Schwankungen der Luftfeuchtigkeit
und ein konstanteres Raumklima ein.