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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung
von Kunststoff-Körpern durch Polymerisation von ethylenisch
ungesättigten Monomeren und/oder (Pre)polymer.
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Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung, die als Form oder
Kammer für die Polymerisation von flüssigem Monomeren
und/oder (Pre)polymer zu gegossenem Acrylglas dient, sowie auf den Einsatz
dieser Form in Verfahren zur Herstellung von so genanntem Gussglas.
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Für
die Herstellung von Gussglas, vorzugsweise gegossenem Acrylglas,
werden weltweit mehrere Verfahren angewandt. Diese lassen sich in
zwei Gruppen einteilen. Die Mehrzahl der Verfahren sind jene, bei denen
das Produkt horizontal – also liegend – hergestellt
wird. Exemplarisch hierfür sind das Wasserbadverfahren,
das Herstellen in Autoklaven und das Luftpolymerisationsverfahren
zu nennen. Vertikal – also stehend – gefertigt
wird beim Kammer- oder dem so genannten Rosteroverfahren.
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Das
Kammerverfahren ist eines der ältesten Verfahren für
die Substanzpolymerisation von ethylenisch ungesättigten
Monomeren und wird z. B. schon in der Patentschrift
US 2,154,639 beschrieben. Nichtsdestotrotz
ist es bis heute von großer technischer Bedeutung und wird
u. a. zur Herstellung von PMMA-Platten verwendet. Beim Kammerverfahren
gießt man ein Gemisch aus ethylenisch ungesättigten
Monomeren und ggf. den entsprechenden Polymeren mit einem Anteil
von üblicherweise bis zu 25 Gew.-% Polymer, zusammen mit Radikalinitiator(en)
und eventuell anderen Zusätzen, wie z. B. Vernetzern und
Comonomeren, in eine Flachkammer, die aus zwei beabstandeten Platten,
z. B. Silikatglasscheiben, und einer Dichtschnur gebildet wird, und
polymerisiert die Reaktionsmischung.
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Der
Einsatz von vorpolymerisiertem Material, so genanntem Sirup oder
(Pre)polymer, verringert dabei den Schrumpf, vermindert die Wärmeentwicklung
bei der weiteren Polymerisation und verkürzt die Reaktionszeit.
Die Polymerisation wird häufig in einem Wärmeschrank
zunächst bei niedriger Temperatur, z. B. bei 20°C bis
60°C, durchgeführt und dann meist bei höherer
Temperatur, z. B. bei 100°C bis 130°C, vollendet.
Dabei kommt es zu einem Volumenschwund von bis zu 20%, der durch
Zusammenpressen der Platten ausgeglichen wird, so dass Spannungen
vermieden werden. Zu diesem Zweck werden gewöhnlich Klammern
verwendet, welche die beiden Platten und die dazwischen liegende
Dichtschnur umgreifen und zusammendrücken.
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Dennoch
kann es durch den produktionsbedingten Schrumpf beim herkömmlichen
Kammerverfahren (vertikale Produktionsmethode) aber auch bei horizontalen
Produktionsmethoden, wie etwa dem Wasserbadverfahren, zu Unregelmäßigkeiten
und Oberflächenanomalien der hergestellten Körper/Platten
kommen.
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Zum
näheren Stand der Technik wird folgende Druckschrift genannt:
- D1 = Abstract zu JP 2930353 .
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Gemäß ihrem
Abstract beschreibt die D1 ein Kunststoffprodukt mit einer Keilform.
Der Kunststoffkeil wird dadurch erzeugt, dass man eine Form mit
keilförmigem Hohlraum baut und vorzugsweise Methylmethacrylat
und/oder sein flüssiges (Pre)polymer in den Hohlraum der
Form gießt und darin auspolymerisiert.
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Wie
man am besten der hierin wiedergegebenen 1 (entnommen
aus D1 = Stand der Technik) entnehmen kann, werden zwei Form-Platten
so zueinander angeordnet, dass Ihre Ansicht im Querschnitt einem V
entspricht. Die beiden Platten werden an der Spitze des V mit einem
Polyester-Tape fixiert, verbunden und abgedichtet. Das an seinem
gespreizten Ende noch offene V wird mit einer Abschlussplatte versehen,
so dass eine geschlossene im Querschnitt V-förmige Hohlkammer
oder Zelle entsteht. Die V-förmige Zelle wird nun aufrecht
stehend mit sich nach oben öffnendem V in eine Art Ständer
getan und dort fixiert. Die nach oben gerichtete breite Öffnung
des V (wieder im Querschnitt betrachtet) wird nach Einfüllen
des zu polymerisierenden Sirups in den keilförmigen Hohlraum
zwischen den insgesamt vier Platten mit Abstandshaltern fixiert.
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Nachteilig
an dem aus der D1 bekannten Verfahren ist zunächst der
relativ umständliche Formenbau. Es werden zum Bau einer
Form mindestens vier Platten benötigt. Die Abschlussplatten
müssen für jede Keilform (Winkel, Höhe
etc.) speziell angefertigt werden. Zwar muss die Oberfläche
der Abschlussplatten nicht die Güte der beiden anderen
Kammerplatten aufweisen, dennoch ist der Aufwand beträchtlich.
Die Abschlussplatten sind in jedem Fall besonders gut abzudichten
und an die speziell gewünschte Keilform anzupassen. Daneben
ist die Fixierung der einmal befüllten Zelle nicht unkritisch.
Um einen sicheren Stand zu gewährleisten muss der Ständer
zumindest die halbe Höhe der V-Form einspannen. Wird dies
nicht berücksichtigt, können bereits geringe Erschütterungen
den Formenbau zum Einsturz bringen, sofern die Füllhöhe
voll ausgenutzt wird. Wird die Füllhöhe nicht
ausgenutzt, wird kostspieliges Material nicht genutzt, da die Kammerplatten
immer eine hohe Oberflächengüte besitzen müssen.
Des Weiteren steht die Zelle immer auf der Kante, welche im Querschnitt
der Spitze des V entspricht. Dadurch ist es unmöglich,
direkt keilförmige Körper mit schmaler Kante zu
gießen, die stumpf ist. Um solche Körper zu erzeugen
ist es regelmäßig notwendig, die Kante abzuschneiden,
was zu einem zusätzlichen Arbeitsschritt führt.
Hinzu kommt, dass Materialschrumpf beim Polymerisieren in aller
Regel an der breiten Kante des Keils, die beim Polymerisationsvorgang
in der Form oben ist, zu einer nicht planen Form führt.
Es kann zu Verschüsselungen kommen, welche nur mit zusätzlichem
Aufwand entfernbar sind, beispielsweise auf dem Wege der Konfektionierung
durch Sägen oder Schneiden zu begradigen sind.
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Angesichts
des hierin genannten und diskutierten Standes der Technik war es
eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Herstellung von
Körpern aus gegossenem Acrylglas bereitzustellen, die einfach
aufgebaut ist.
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Weiterhin
ist die Schaffung einer Vorrichtung oder Form Aufgabe der Erfindung
gewesen, die möglichst mit einfachen Mitteln aber dennoch
sehr variabel die Herstellung von Kunststoff-Körpern, vorzugsweise aus
Gussglas, mit sehr unterschiedlichen Formen, wie beispielsweise
Platten, Keilen, V-förmigen Körpern und dergleichen
mehr, gestattet.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, ein Verfahren
zur Herstellung von Kunststoff-Körpern, vorzugsweise aus
gegossenem Acrylglas, anzugeben, wobei das Verfahren schnell, sicher
und kosteneffektiv die Herstellung von Kunststoff-Körpern,
vorzugsweise aus Gussglas, mit einfachen Mitteln ermöglichen
soll.
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Gelöst
werden diese Aufgaben sowie weitere Aufgaben, die zwar nicht im
einzelnen wörtlich genannt werden, die sich jedoch aus
der einleitenden Diskussion des Standes der Technik ohne weiteres
erschließen oder wie selbstverständlich ableiten
lassen, durch eine Vorrichtung mit allen Merkmalen des Anspruches
1.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind Gegenstand der auf den unabhängigen Vorrichtungsanspruch
rückbezogenen Ansprüche.
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In
verfahrensmäßiger Hinsicht geben die Merkmale
des unabhängigen Verfahrensanspruchs eine Lösung
des der Erfindung im Hinblick auf die Verfahrensaspekte zugrundeliegenden
Problems an. Vorteilhafte Verfahrensvarianten werden in den vom
unabhängigen Verfahrensanspruch abhängigen Verfahrensansprüchen
unter Schutz gestellt.
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Insbesondere
dadurch, dass eine Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoff-Körpern
durch Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren,
aufweisend
eine erste äußere Wanne mit einem
ersten Wannenboden, welcher eine Oberseite umfasst, die zum Inneren der
ersten Wanne gerichtet ist, und mit einer ersten Seitenwand, wobei
Seitenwand und Boden der ersten Wanne den Hohlraum der ersten Wanne
definieren; und
eine zweite innere Wanne mit einem zweiten
Wannenboden, welcher eine Unterseite umfasst, die zum Äußeren
der zweiten Wanne gerichtet ist, und einer zweiten Seitenwand, wobei
die zweite innere Wanne von der ersten äußeren
Wanne aufnehmbar ist,
dadurch gekennzeichnet ist,
dass
die Unterseite des Bodens der zweiten Wanne, die von der ersten
Wanne aufgenommen wurde, und die Oberseite des Bodens der ersten
Wanne eine Kammer bilden, die mit flüssigem zu polymerisierenden
Monomeren und/oder (Pre)polymer gefüllt ist, so dass zu
Beginn der Polymerisation die zweite Wanne in der ersten Wanne auf
dem Monomeren und/oder (Pre)polymer schwimmend gelagert ist,
gelingt
es die bekannten Vorrichtungen zu vereinfachen, die Herstellung
von Acrylat-Gussglas-Formkörpern zu rationalisieren und
alle von den Norminstituten und den industriellen Verarbeitern bezüglich
der physikalischen und chemischen Eigenschaften der resultierenden
Gussglas-Körper aufgestellten Forderungen in herausragender
Weise zu erfüllen. Zudem gelingt es, eine große
Zahl weiterer zusätzlicher Vorteile zu erlangen.
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Hierzu
gehören unter anderem:
- ⇒ Die
erfindungsgemäße Vorrichtung ist universell einsetzbar.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich
V-förmige, keilförmige oder prinzipiell beliebig
dickenvariante Platten mit einer einzigen Vorrichtung erzeugen.
Diese kann immer wieder mit wenigen Handgriffen schnell und einfach
an die gewünschte Plattenform angepasst werden.
- ⇒ Dickenvariante Platten, d. h. solche Platten, die über
die Breite und/oder Länge einen Gradienten bezüglich
ihrer Dicke aufweisen, lassen sich besonders einfach erzeugen, indem
ein Ausgleichsgewicht die obere Bodenseite der zweiten Wanne an
einer bestimmten Stelle beschwert und/oder indem man die erste Wanne nicht
waage anordnet sonder außer der Waage fixiert.
- ⇒ Die V-förmigen oder dickenvarianten Keilplatten
lassen sich zweckmäßig in einem horizontalen Prozess fertigen.
Dies ist vorteilhaft insbesondere gegenüber dem vertikalen
Prozess aus der D1, da ein Schrumpf des Materials automatisch während
der Polymerisation des Materials ausgleichbar ist und somit eine
diesbezügliche Nachbearbeitung wie bei der D1 entfallen
kann.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung bilden die Unterseite
des Bodens der zweiten Wanne und die Oberseite des Bodens der ersten
Wanne eine Kammer. Die zweite Wanne schwimmt quasi nach dem Prinzip des „hydrostatischen
Antriebs” in dem in die erste Wanne eingefüllten
Monomer. Dadurch, dass die Seitenteile der beiden ineinander stapelartig
angeordneten Wannen das durch die Oberseite des Bodens der zweiten Wanne
definierte Niveau in der Vertikalen überragen entfällt
die Notwendigkeit einer zusätzlichen Dichtschnur, wie sie
beim klassischen Kammerverfahren zum Einsatz kommt. Die Kammer zwischen
den beiden Wannen ist selbst abdichtend, womit die Fähigkeit
gemeint ist, dass die zu polymerisierende Mischung selbst lediglich unter
dem Einfluss der Schwerkraft, welche ein Auslaufen verhindert, die
Kammer abdichtet. Dadurch kann vorteilhafter weise auf den Einsatz
aufwändiger Dichtschnüre aus Kunststoff verzichtet
werden. Die Grundidee basiert mithin auf einem offenen Gefäß.
Gegebenenfalls anzubringende Dichtungen dienen – wie später
noch ausführlich beschrieben wird – der Evakuierung,
der Verhinderung.
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Die
Vorrichtung der Erfindung kennzeichnet sich unter anderem dadurch,
dass zu Beginn der Polymerisation die zweite Wanne in der ersten
Wanne auf dem eingefüllten Monomeren und/oder (Pre)polymer schwimmend
gelagert ist. In diesem Zusammenhang wird unter einer „schwimmenden” Lagerung
verstanden, dass der Kammerhohlraum zwischen Unterseite des Bodens
der zweiten Wanne und Oberseite des Bodens der ersten Wanne im Wesentlichen
mit Flüssigkeit angefüllt ist. Je nach Material,
Gewicht und Verdrängung der zweiten Wanne und Dichte der
zu polymerisierenden den Hohlraum im Wesentlichen füllenden
Flüssigkeit kann die zweite Wanne tatsächlich
in der zu polymerisierenden Flüssigkeit frei beweglich
schwimmen.
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Alternativ
dazu kann jedoch die zweite Wanne relativ zur ersten Wanne fixiert
werden, beispielsweise mit Distanzhaltern, Klammern oder anderen
Befestigungsmitteln, eines Luftaustritts, aber auch der Möglichkeit des
Inertierens. Dann könnte die zweite Wanne theoretisch in
der ersten Wanne schwimmen, in der Tat wird ein Schwimmen durch
die Fixierung jedoch unterdrückt. Die Fixierung der zweiten
Wanne relativ zur ersten kann beispielsweise dann von Vorteil sein,
wenn man eine Vorrichtung mit einem festen und definierten Abstand
der beiden Wannenböden zueinander bauen möchte.
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Allerdings
gewährleistet ein völlig frei schwimmendes Oberteil
die besten Polymerisationsbedingungen. Besonders bei sehr dicken
Platten oder Blöcken können die Rückstell-Kräfte
der Dichtungen hoch werden. Gegebenenfalls auftretende hohe Rückstellkräfte
können durch Entfernen der Dichtschnüre während
der Polymerisation beseitigt werden.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung kennzeichnet sich insofern dadurch, dass erste Seitenwand
und zweite Seitenwand durch einen oder mehrere Distanzhalter beabstandet sind.
Somit wird eine Vorrichtung erhalten, mit der man über
den gesamten Verlauf der Polymerisation einen konstant dicken Spalt
zwischen den Seitenwänden der beiden ineinander gelagerten
Wannen gewährleisten kann. Zudem wird durch die Fixierung
der Seitenwände in Verbindung mit einer starren Verbindung/Kopplung des
Bodens jeder Wanne mit ihren Seitenwänden eine hohe Konstanz
nicht nur des Spaltmaßes zwischen den Seitenwänden
sondern auch der Höhe der Kammer und somit der Dicke der
resultierenden Körper, vorzugsweise Platten aus Kunststoff,
möglich.
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Die
beiden ineinander angeordneten Wannen können von beliebiger
Geometrie sein, insbesondere im Hinblick auf die Wannenböden.
Für die Herstellung von Platten kann es bevorzugt sein,
Wannen mit rechteckigen, vorzugsweise quadratischen Böden
einzusetzen. Das Verhältnis der Bodenflächen der
beiden Wannen kann über einen weiten Bereich variieren.
Die innere (zweite) Wanne kann eine größere oder
eine kleiner Bodenfläche aufweisen, verglichen mit der äußeren
(ersten) Wanne. Bevorzugt werden etwa gleich große Wannen
eingesetzt, zumindest was deren Bodenflächen betrifft.
Noch eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der
Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, dass die die zweite Wanne in
der ersten Wanne zentriert ist, wobei die zweite Wanne in der ersten
Wanne längs einer vertikalen Achse der zweiten Wanne verschiebbar
ist. Somit kann durch die Höhe des Füllstandes
einerseits und das „Gegengewicht” der zweiten,
inneren Wanne andererseits, allein die Dicke des aus der Polymerisation
resultierenden Körpers gesteuert werden.
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Die
Ausgestaltung der Seitenwände jeder Wanne ist grundsätzlich
unkritisch. Sofern ohne weitere Fixierung der zweiten Wanne in der
ersten Wanne gearbeitet werden soll ist es bevorzugt, wenn gewährleistet ist,
dass die Höhe der Seitenwände im Verhältnis
zu Dichte der Polymerisationsflüssigkeit und Verdrängung und
Dichte der Wanne ein vollständiges Absinken der zweiten
Wanne auf den Boden der ersten Wanne verhindern. Mit dieser Variante
der Vorrichtung wird es besonders vorteilhaft möglich,
einen gegebenenfalls auftretenden Schrumpf im Laufe der Polymerisation
zu kompensieren. Sofern mit Fixierung gearbeitet wird, ist es ganz
besonders bevorzugt, dass die Seitenwände der beiden Wannen
im Zusammenspiel einen Spalt bilden, dessen oberes Niveau rundherum
oberhalb der die Kammer begrenzenden Bodenplatte der zweiten Wanne liegt.
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Grundsätzlich
kann die Seitenwand der Wanne flach oder steil sein. D. h. der Schenkelwinkel
alpha, dass ist im Rahmen der Erfindung der Winkel, den der Wannenboden
und die Wannenseitenwand miteinander bilden kann größer
als 45° aber auch kleiner als 45° sein.
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Durch
geeignete Wahl zweier Wannen mit unterschiedlichen Schenkelwinkeln
alpha (1) = Schenkelwinkel der ersten oder äußeren
Wanne, und alpha (2) = Schenkelwinkel der zweiten oder inneren Wanne,
lassen sich beispielsweise Füllspalte zwischen den beiden
Wannen erzeugen, die sich von unten nach oben zum Wannenrand hin
erweitern oder verjüngen.
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Eine
zweckmäßige Variante der Vorrichtung gemäß der
Erfindung sieht dabei vor, dass Wannenboden und Seitenwand der ersten
Wanne einen Schenkelwinkel alpha(1) von 40° bis 50° miteinander
bilden. Noch eine vorteilige Ausführungsform bezieht sich
auf eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass Wannenboden
und Seitenwand der zweiten Wanne einen Schenkelwinkel alpha(2) von
40° bis 50° miteinander bilden. Werden die beiden
letztgenannten Varianten miteinander kombiniert erhält
man ein über die Höhe der Wannen relativ gleichmäßiges
Füllspaltmaß.
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Grundsätzlich
können die beiden zu einer Vorrichtung oder Form kombinierten
Wannen im Sinne der Erfindung aus beliebigem Material gefertigt
sein, solange die Materialwahl einem Kontakt mit ethylenisch ungesättigten
Monomeren und/oder (Pre)polymer für die Dauer der Polymerisation
widersteht. So kommen in Kombination mit (Meth)acrylatmonomeren
und/oder (Pre)polymeren vorzugsweise Wannen in Frage, deren Boden
zumindest in dem Bereich, welcher mit dem zu polymerisierenden Material
in Kontakt kommt, aus mineralischem Glas oder einem Metall, beispielsweise
Aluminium, besteht. Je nach angestrebter Oberflächengüte
des herzustellenden Kunststoff-Körpers wird man ein Material
wählen, das selbst über eine hohe Oberflächengüte
verfügt. Daher ist es in zweckmäßiger
Abwandlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt,
dass der Wannenboden der ersten Wanne und/oder der Wannenboden der
zweiten Wanne aus Mineralglas, vorzugsweise Einscheibensicherheitsglas,
sind.
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Jeder
einzelne Wannenboden kann für sich aus unterschiedlichen
Materialien bestehen. So ist es zweckmäßig, beispielsweise
nur die zur Hohlkammer zeigende Seite des jeweiligen Wannenbodens
mit einer Schicht eines Materials zu versehen, das eine extrem hohe
Oberflächenqualität aufweist. In diesem Fall kann man
beispielsweise den Boden einer Wanne aus Leichtmetall, z. B. Aluminium,
oder einer Kunststoffwanne mit einer Glasscheibe verkleiden. Geschieht
dies bei der zweiten Wanne an der Außenseite und bei der
ersten Wanne an der Innenseite, erhält man eine Hohlkammer
oder Zelle mit Boden und Deckel aus Glas. In diesem Fall sind nur
die Seitenwände der beiden Wannen bevorzugt aus einem Material,
welches gegenüber den Monomeren und/oder (Pre)polymer im
Wesentlichen inert ist.
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Weiterhin
ist eine Vorrichtung der Erfindung von besonderem Interesse, bei
welcher die Seitenwand der ersten Wanne und/oder die Seitenwand
der zweiten Wanne aus Aluminium sind. Dieses Material ist inert gegenüber
Monomer und/oder Pre(polymer) und eignet sich nicht zuletzt aufgrund
seines niedrigen Gewichts zum Bau von größeren
Vorrichtungen zur Herstellung voluminöser Kunststoffkörper,
vorzugsweise von größeren Platten aus Gussglas.
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Darüber
hinaus ist Aluminium aufgrund seiner Materialeigenschaften besonders
für die Seitenwangen bevorzugt. Aluminium bildet eine sehr
dichte Oxydschicht und es entsteht auch bei minderer Oberflächenualität
(z. B. Walzstruktur eines Bleches) keine oder nur eine sehr schwache
Haftung zum Polymer. Das Entformen gelingt so mühelos.
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Im
Allgemeinen ist es zweckmäßig, wenn man bei der
Herstellung von Kunststoff-Körpern in Form von Platten
darauf achtet, dass die Wannenböden jeweils an den zur
Kammer zeigenden Seiten möglichst plan sind. Es kann jedoch
unter Umständen auch bevorzugt sein, wenn die zweite Wanne,
das bedeutet, die innere Wanne, konisch ausgebildet ist. Wenn die
Konizität des zweiten Wannenbodens geeignet gewählt
wird, kann dadurch dem Polymerisationsschrumpf sowie einer unerwünschten
Verschüsselung des herzustellenden Formkörpers,
vorzugsweise einer Platte, wirksam entgegengetreten werden.
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Eine
Wanne im Sinne der erfindungsgemäßen Vorrichtung
verfügt über einen Boden sowie eine umlaufende
Seitenwand. Die beiden zu einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung gehörenden Wannen sind so ausgestaltet, dass
die jeweiligen Seitenwände der beiden ineinander angeordneten
Wannen einen Spalt zur Befüllung des Hohlraumes zwischen
den beiden Wannen bilden. Sofern man zwei Wannen mit gleich hohen
Seitenwänden einsetzt, wird die innere Wanne die äußere
Wanne im Querschnitt gesehen um die Höhe der Kammer zwischen
den beiden Wannen überragen. Eine Befüllung der
Kammer der Vorrichtung über den Spalt zwischen den Seitenwänden
ist ohne Schwierigkeiten möglich. Sofern man zwei Wannen
mit verschieden hohen Seitenwänden einsetzt kann man eine
erfindungsgemäße Vorrichtung erhalten, bei der
im Querschnitt gesehen die beiden Seitenwände etwa gleich
hoch sind. Es ist auch möglich, dass im Querschnitt betrachtet,
die Seitenwand der äußeren Wanne, die Seitenwand
der inneren Wanne überragt. Unabhängig vom Höhenverhältnis
erfolgt die Befüllung bevorzugt über den Spalt
zwischen den Seitenwänden.
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Gleich
welches Höhenverhältnis die Seitenwände
der beiden Wannen zueinander haben, es ist grundsätzlich
sowohl die Polymerisation offen an der Luft als auch in einer geschlossenen,
d. h. abgeschlossenen Kammer, möglich. Wenn man an der
Luft polymerisiert, muss man keine weitere Maßnahme zur
Versiegelung des Füllspaltes zwischen den Wannen ergreifen.
Es genügt eine für dieses Verfahren geeignete
Polymerisationsmischung in die Kammer einzufüllen. Möchte
man unter Luftabschluss oder Luftausschluss polymerisieren kann
man die Vorrichtung der Erfindung entsprechend abwandeln.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand der
zweiten Wanne niedriger ist als die Seitenwand der ersten Wanne,
so dass die in der ersten Wanne schwimmende zweite Wanne nicht oder
bis zu höchstens 10 mm über die erste Wanne hinausragt
und dass eine Dichtung zur Abdichtung des Spaltes zwischen den Seitenwänden
der ersten und zweiten Wanne angeordnet ist. Diese Dichtung verhindert
nach dem Einfüllen des Monomeren/(Pre)polymers einen exzessiven
Luftzutritt. Es wird quasi unter Luftabschluss polymersiert, d.
h. es wird der Zutritt weiterer Luft während der Polymerisation
verhindert oder eingeschränkt.
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Zur
Abdichtung des Spaltes kann man jede Dichtung einsetzen, welche
den Spalt zwischen den beiden Wannen verschließen kann.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet
sich mithin dadurch, dass die Dichtung die Form eines Faltenbalgs
hat. Dieser kann auf der Flüssigkeitsoberfläche
der zu polymerisierenden Mischung aufliegen und passt sich über
das Faltwerkprinzip automatisch an die Breite des Spaltes zwischen
den Wannen an.
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Daneben
ist es auch möglich, eine Abdichtung des Spaltes vorzusehen,
welche eine Evakuierung des Hohlraumes der Kammer und der zu polymerisierenden
Lösung gestattet. Diese Entgasung kann unter Umständen
vorteilhaft für den Polymerisationsprozess sein.
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Zur
Erzeugung von Platten mit relativ konstanter Dicke wird man die
beiden Wannen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
im Wesentlichen planparallel zueinander anordnen. Eine bevorzugte
Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung ist also
dadurch gekennzeichnet, dass der Wannenboden der ersten Wanne und der
Wannenboden der zweiten Wanne im Wesentlichen planparallel zueinander
sind.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt jedoch auch
und zwar auf verblüffend einfache Art und Weise die Erzeugung
von so genannten dickenvarianten Platten, wie z. B. Keilplatten.
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Eine
weitere zweckmäßige Variante der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sieht insofern vor, dass der Wannenboden der ersten
Wanne und der Wannenboden der zweiten Wanne nicht planparallel zueinander sind.
Hieraus resultieren Platten, die eine gezielte Varianz im Hinblick
auf Ihre Dicke aufweisen. Beispielsweise kann man eine rampenartige
Platte erzeugen. Hierzu ist eine Vorrichtung bevorzugt, bei welcher
der Wannenboden der ersten Wanne waagerecht ausgerichtet ist und
der Wannenboden der zweiten Wanne außerzentrisch beschwert
ist. Die außerzentrische Beschwerung kann man im einfachsten
Falle dadurch erreichen, dass man ein Gewicht in das Innere der
zweiten Wanne einbringt, so dass die schwimmend gelagerte zweite
Wanne einseitig nach unten gedrückt wird.
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Es
ist jedoch mit der Vorrichtung der Erfindung ohne Weiteres auch
möglich, echte Keilplatten zu erzeugen. Zu diesem Zweck
ist es bevorzugt, wenn der Wannenboden der ersten Wanne nicht waagerecht
ausgerichtet ist und der Wannenboden der zweiten Wanne außerzentrisch
beschwert ist. Durch eine dementsprechende Anordnung gelingt es
keilförmige Platten zu erzeugen.
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Gegenstand
der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Körpern
durch Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren
und/oder (Pre)polymer.
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Das
Verfahrenemäß der Erfindung umfasst dabei die
Schritte, dass man
- (a) eine Form bereitstellt
umfassend eine Vorrichtung wie sie hierin beschrieben ist,
- (b) die Kammer, die von der ersten und zweiten Wanne gebildet
wird, mit flüssigem zu polymerisierenden Monomeren und/oder
(Pre)polymer befüllt, so dass die zweite Wanne in der ersten
Wanne auf dem Monomeren und/oder (Pre)polymer schwimmend gelagert
ist,
- (c) das Monomer und/oder (Pre)polymer auf geeignete Weise polymerisiert,
und
- (d) den durch die Polymerisation des Monomeren und/oder (Pre)polymeren
erhaltenen polymerisierten Körper entformt und gegebenenfalls
von überschüssigem Material befreit und entgratet.
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Auch
das Verfahren der Erfindung ist auf mannigfaltige Weise vorteilhaft
und den bekannten Verfahren überlegen. Im Hinblick auf
das Verfahren sticht besonders hervor, dass keine Rückstellkräfte
oder anderen Effekte während der Polymerisation den üblichen
produktionsbedingten Schrumpf des Materials behindern können.
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Grundsätzlich
eignet sich das Verfahren der Erfindung zur Herstellung von Körpern,
vorzugsweise Platten, in der Horizontalen.
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In
einer zweckmäßigen Verfahrensabwandlung sieht
das Verfahren der Erfindung vor, dass man die Polymerisation nach
Schritt (c) nach der Art des Wasserbadverfahrens durchführt,
wobei die Form in einem Wasserbad thermostatisiert wird.
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Noch
eine bevorzugte Verfahrenvariante zeichnet sich dadurch aus, dass
man die Polymerisation nach Schritt (c) in einem Autoklaven durchführt.
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Außerdem
kann ein Verfahren bevorzugt sein, dass dadurch gekennzeichnet ist,
dass man die Polymerisation nach Schritt (c) nach der Art des Luftpolymerisationsverfahrens
durchführt.
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Die
Erfindung betrifft wie erwähnt Vorrichtung und Verfahren
zur Herstellung von Körpern durch Polymerisation von ethylenisch
ungesättigten Monomeren und/oder (Pre)polymer, vorzugsweise
von Körpern aus gegossenem Acrylglas. Bezüglich
der Art des hergestellten Acrylglases besteht hierbei keine Limitierung.
Alle marktüblichen oder auch speziellen Acrylgläser
sind gemäß der Erfindung erhältlich.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das Verfahren
der Erfindung eignen sich insbesondere für die Polymerisation
von ethylenisch ungesättigten Monomeren, wobei sich (Meth)acrylate,
Fumarate, Maleate ggf. in Mischung mit weiteren ethylenisch ungesättigten
Monomeren als ganz besonders zweckmäßig erwiesen
haben.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung umfassen die ethylenisch ungesättigten
Monomere daher, jeweils bezogen auf ihr Gesamtgewicht, vorzugsweise
mehr als 50,0 Gew.-%, bevorzugt mehr als 50,0 Gew.-% bis 99,0 Gew.-%,
zweckmäßigerweise mehr als 60,0 Gew.-%, ganz besonders
bevorzugt mehr als 70,0 Gew.-%, insbesondere mehr als 80,0 Gew.-%,
mindestens einer Verbindung der Formel (I)
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Der
Rest R steht für Wasserstoff oder Methyl.
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Der
Rest 1R bedeutet eine lineare oder verzweigte
Alkyl- oder eine ggf. alkylierte Cycloalkylgruppe mit 1 bis 40,
vorzugsweise 1 bis 24, zweckmäßigerweise 1 bis
12, besonders bevorzugt 1 bis 6, insbesondere 1 bis 4, Kohlenstoffatomen.
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Die
Reste 2R und 3R
stellen jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder
eine Gruppe der Formel – COOR' dar, worin R' Wasserstoff
oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 40, vorzugsweise 1 bis 24, zweckmäßigerweise
1 bis 12, besonders bevorzugt 1 bis 6, insbesondere 1 bis 4, Kohlenstoffatomen
bedeutet.
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Zu
den besonders bevorzugten Verbindungen der Formel (I) gehören
insbesondere
(Meth)acrylate, Fumarate und Maleate, die sich
von gesättigten Alkoholen ableiten, wie beispielsweise
Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, n-Propyl(meth)acrylat,
iso-Propyl(meth)acrylat, n-Butyl(meth)acrylat, tert.-Butyl(meth)acrylat,
Pentyl(meth)acrylat, Hexyl(meth)acrylat, 2-Ethylhexyl(meth)acrylat,
Heptyl(meth)acrylat, 2-tert.-Butylheptyl(meth)acrylat, Octyl(meth)acrylat,
3-iso-Propylheptyl(meth)acrylat, Nonyl(meth)acrylat, Decyl(meth)acrylat,
Undecyl(meth)acrylat, 5-Methylundecyl(meth)acrylat, Dodecyl(meth)acrylat,
2-Methyldodecyl(meth)acrylat, Tridecyl(meth)acrylat, 5-Methyltridecyl(meth)acrylat,
Tetradecyl(meth)acrylat, Pentadecyl(meth)acrylat, Hexadecyl(meth)acrylat,
2-Methylhexadecyl(meth)acrylat, Heptadecyl(meth)acrylat, 5-iso-Propylheptadecyl(meth)acrylat,
4-tert.-Butyloctadecyl(meth)acrylat, 5-Ethyloctadecyl(meth)acrylat,
3-iso-Propyloctadecyl(meth)acrylat, Octadecyl(meth)acrylat, Nonadecyl(meth)acrylat,
Eicosyl(meth)acrylat, Cetyleicosyl(meth)acrylat, Stearyleicosyl(meth)acrylat,
Docosyl(meth)acrylat und/oder Eicosyltetratriacontyl(meth)acrylat;
Cycloalkyl(meth)acrylate,
wie Cyclopentyl(meth)acrylat, 2,3,4,5-Tetra-t-butylcyclohexyl(meth)acrylat,
Cyclohexyl(meth)acrylat, Bornyl(meth)acrylat;
sowie die entsprechenden
Fumarate und Maleate.
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Die
Esterverbindungen mit langkettigem Alkoholrest, insbesondere die
Verbindungen mit Alkoholresten mit 6 und mehr Kohlenstoffatomen,
lassen sich beispielsweise durch Umsetzen von (Meth)acrylaten, Fumaraten,
Maleaten und/oder den entsprechenden Säuren mit langkettigen
Fettalkoholen erhalten, wobei im allgemeinen eine Mischung von Estern,
wie beispielsweise (Meth)acrylaten mit verschieden langkettigen
Alkoholresten entsteht. Zu diesen Fettalkoholen gehören
unter anderem Oxo Alcohol® 7911,
Oxo Alcohol® 7900, Oxo Alcohol® 1100, Alfol® 610,
Alfol® 810, Lial® 125
und Nafol®-Typen (Sasol Olefins & Surfactants GmbH);
Alphanol® 79 (ICI); Epal® 610 und Epal® 810
(Ethyl Corporation); Linevol® 79,
Linevol® 911 und Neodol® 25E (Shell AG); Dehydad®-, Hydrenol®-
und Lorol®-Typen (Cognis); Acropol® 35 und Exxal® 10
(Exxon Chemicals GmbH); Kalcol 2465 (Kao Chemicals).
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Von
den Verbindungen der Formel (I) sind die (Meth)acrylate gegenüber
den Maleaten und Fumaraten besonders bevorzugt, d. h. R2 und
R3 stellen in besonders bevorzugten Ausführungsformen
Wasserstoff dar. Im Allgemeinen sind die Methacrylate den Acrylaten
bevorzugt.
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Der
Ausdruck (Meth)acrylat umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung
Methacrylate und Acrylate sowie Mischungen aus beiden.
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Im
Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung enthalten die ethylenisch ungesättigten
Monomere ein oder mehrere Comonomere, die sich zweckmäßigerweise
mit Verbindungen der Formel (I) copolymerisieren lassen.
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Es
handelt sich bei den Comonomeren um optionale Bestandteile oder
Komponenten, die vorzugsweise in untergeordneter Menge in Form von
sie aufweisenden Copolymeren im Acrylglas enthalten sind. Sie werden
in der Regel so ausgewählt, dass sie keinen nachteiligen
Effekt auf die angestrebten Eigenschaften des erfindungsgemäß herzustellenden
Körpers haben.
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Der
Anteil an Comonomeren liegt bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 25,0
Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 10,0 Gew.-%, besonders
bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 5,0 Gew.-%, insbesondere im Bereich
von 0,01 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomerzusammensetzung.
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Hierbei
sind Comonomere besonders geeignet, die der Formel II entsprechen:
worin R
1* und
R
2* unabhängig aus der Gruppe ausgewählt
sind, bestehend aus Wasserstoff, Halogene, CN, lineare oder verzweigte
Alkylgruppen mit 1 bis 20, vorzugsweise 1 bis 6 und besonders bevorzugt
1 bis 4 Kohlenstoffatomen, welche mit 1 bis (2n + 1) Halogenatomen
substituiert sein können, wobei n die Zahl der Kohlenstoffatome
der Alkylgruppe ist (beispielsweise CF
3),
Cycloalkylgruppen mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen, welche mit 1 bis
(2n – 1) Halogenatomen, vorzugsweise Chlor, substituiert
sein können, wobei n die Zahl der Kohlenstoffatome der
Cycloalkylgruppe ist; Arylgruppen mit 6 bis 24 Kohlenstoffatomen,
welche mit 1 bis (2n – 1) Halogenatomen, vorzugsweise Chlor,
und/oder Alkylgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen substituiert
sein können, wobei n die Zahl der Kohlenstoffatome der
Arylgruppe ist; C(=Y*)R
5*, C(=Y*)NR
6*R
7*, Y*C(=Y*)R
5*, SOR
5*, SO
2R
5*, OSO
2R
5*, NR
8*SO
2R
5*, PR
5* 2, P(=Y*)R
5* 2, Y*PR
5* 2, Y*P(=Y*)R
5* 2, NR
8* 2 welche
mit einer zusätzlichen R
8*-, Aryl-
oder Heterocyclyl-Gruppe quaternärisiert sein kann, wobei
Y*NR
8*, S oder O, vorzugsweise O sein kann;
R
5* eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen,
eine Alkylthio mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, OR
15 (R
15 ist Wasserstoff oder ein Alkalimetall),
Alkoxy von 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, Aryloxy oder Heterocyklyloxy
ist; R
6* und R
7* unabhängig
Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen sind,
und R
8* Wasserstoff, lineare oder verzweigte
Alkyl- oder Arylgruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen sind; R
3* und R
4* unabhängig
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Halogen
(vorzugsweise Fluor oder Chlor), Alkylgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen
und COOR
9*, worin R
9* Wasserstoff,
ein Alkalimetall oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 40 Kohlenstoffatomen
ist, sind, oder R
3* und R
4* können
zusammen eine Gruppe der Formel (CH
2)
n, bilden, welche mit 1 bis 2n' Halogenatomen
oder C
1 bis C
4 Alkylgruppen
substituiert sein kann, oder der Formel C(=O)-Y*-C(=O) bilden, wobei
n' von 2 bis 6, vorzugsweise 3 oder 4 ist und Y* wie zuvor definiert
ist; und wobei zumindest 2 der Reste R
1*,
R
2*, R
3* und R
4* Wasserstoff oder Halogen sind.
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Zu
den bevorzugten Comonomeren gehören unter anderem
Styrol,
substituierte Styrole mit einem Alkylsubstituenten in der Seitenkette,
wie z. B. α-Methylstyrol und α-Ethylstyrol, substituierte
Styrole mit einem Alkylsubstitutenten am Ring, wie Vinyltoluol und
p-Methylstyrol, halogenierte Styrole, wie beispielsweise Monochlorstyrole,
Dichlorstyrole, Tribromstyrole und Tetrabromstyrole;
Vinylhalogenide,
wie beispielsweise Vinylchlorid, Vinylfluorid, Vinylidenchlorid
und Vinylidenfluorid;
Vinylester, wie Vinylacetat;
Heterocyclische
Vinylverbindungen, wie 2-Vinylpyridin, 3-Vinylpyridin, 2-Methyl-5-vinylpyridin,
3-Ethyl-4-vinylpyridin, 2,3-Dimethyl-5-vinylpyridin, Vinylpyrimidin,
Vinylpiperidin, 9-Vinylcarbazol, 3-Vinylcarbazol, 4-Vinylcarbazol,
1-Vinylimidazol, 2-Methyl-1-vinylimidazol, N-Vinylpyrrolidon, 2-Vinylpyrrolidon,
N-Vinylpyrrolidin, 3-Vinylpyrrolidin, N-Vinylcaprolactam, N-Vinylbutyrolactam,
Vinyloxolan, Vinylfuran, Vinyloxazole und hydrierte Vinyloxazole;
Vinyl-
und Isoprenylether;
Maleinsäure und Maleinsäurederivate,
wie beispielsweise Maleinsäureanhydrid, Methylmaleinsäureanhydrid, Maleinimid,
Methylmaleinimid;
Fumarsäure und Fumarsäurederivate;
Acrylsäure
und Methacrylsäure;
Aryl(meth)acrylate, wie Benzylmethacrylat
oder Phenylmethacrylat, wobei die Arylreste jeweils unsubstituiert oder
bis zu vierfach substituiert sein können;
Methacrylate
von halogenierten Alkoholen, wie 2,3-Dibromopropylmethacrylat, 4-Bromophenylmethacrylat, 1,3-Dichloro-2-propylmethacrylat,
2-Bromoethylmethacrylat, 2-Iodoethylmethacrylat, Chloromethylmethacrylat;
Hydroxyalkyl(meth)acrylate,
wie 3-Hydroxypropylmethacrylat, 3,4-Dihydroxybutylmethacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat,
2-Hydroxypropylmethacrylat, 2,5-Dimethyl-1,6-hexandiol(meth)acrylat,
1,10-Decandiol(meth)acrylat;
carbonylhaltige Methacrylate,
wie 2-Carboxyethylmethacrylat, Carboxymethylmethacrylat, Oxazolidinylethylmethacrylat,
N-(Methacryloyloxy)formamid, Acetonylmethacrylat, N-Methacryloylmorpholin,
N-Methacryloyl-2-pyrrolidinon, N-(2-Methacryloyloxyethyl)-2-pyrrolidinon,
N-(3-Methacryloyloxypropyl)-2-pyrrolidinon, N-(2-Methacryloyloxypentadecyl)-2-pyrrolidinon,
N-(3-Methacryloyloxyheptadecyl)-2-pyrrolidinon;
Glycolmethacrylate,
wie 1,2-Butandiolmethacrylat, 2-Butoxyethylmethacrylat, 2-Ethoxyethoxymethylmethacrylat,
2-Ethoxyethylmethacrylat;
Methacrylate von Etheralkoholen,
wie Tetrahydrofurfurylmethacrylat, Methoxyethoxyethylmethacrylat,
1-Butoxypropylmethacrylat, Cyclohexyloxymethylmethacrylat, Methoxymethoxyethylmethacrylat,
Benzyloxymethylmethacrylat, Furfurylmethacrylat, 2-Butoxyethylmethacrylat,
2-Ethoxyethoxymethylmethacrylat, 2-Ethoxyethylmethacrylat, 1-Ethoxybutylmethacrylat,
Methoxymethylmethacrylat, 1-Ethoxyethylmethacrylat, Ethoxymethylmethacrylat
und ethoxylierte (Meth)acrylate, die bevorzugt 1 bis 20, insbesondere
2 bis 8 Ethoxygruppen aufweisen;
Aminoalkyl(meth)acrylate und
Aminoalkyl(meth)acrylatamide, wie N-(3-Dimethylaminopropyl)methacrylamid, Dimethylaminopropylmethacrylat,
3-Diethylaminopentylmethacrylat, 3-Dibutylaminohexadecyl(meth)acrylat;
Nitrile
der (Meth)acrylsäure und andere stickstoffhaltige Methacrylate,
wie N-(Methacryloyloxyethyl)diisobutylketimin, N-(Methacryloyloxyethyl)dihexadecylketimin,
Methacryloylamidoacetonitril, 2-Methacryloyloxyethylmethylcyanamid,
Cyanomethylmethacrylat;
heterocyclische (Meth)acrylate, wie
2-(1-Imidazolyl)ethyl(meth)acrylat, 2-(4-Morpholinyl)ethyl(meth)acrylat und
1-(2-Methacryloyloxyethyl)-2-pyrrolidon;
Oxiranylmethacrylate,
wie 2,3-Epoxybutylmethacrylat, 3,4-Epoxybutylmethacrylat, 10,11-Epoxyundecylmethacrylat,
2,3-Epoxycyclohexylmethacrylat, 10,11-Epoxyhexadecylmethacrylat;
Glycidylmethacrylat.
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Im
Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung enthalten die ethylenisch ungesättigten
Verbindungen ein oder mehrere Vernetzer, die sich günstigerweise
mit den Verbindungen der Formel (I) copolymerisieren lassen. Dabei
werden Verbindungen mit mindestens zwei, vorzugsweise 2 bis 5, insbesondere
2, ethylenisch-ungesättigten Gruppen pro Molekül
besonders bevorzugt.
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Für
die Zwecke der vorliegenden Erfindung haben sich insbesondere die
folgenden Verbindungen besonders bewährt:
(Meth)acrylate,
die sich von ungesättigten Alkoholen ableiten, wie z. B.
Oleyl(meth)acrylat, Allyl(meth)acrylat, Vinyl(meth)acrylat, 2,4,5-Tri-t-butyl-3-Vinylcyclohexyl(meth)acrylat,
3-Vinylcyclohexyl(meth)acrylat;
Methacrylate von ungesättigten
Etheralkoholen, wie Vinyloxyethoxyethylmethacrylat, 1-Methyl-(2-vinyloxy)ethylmethacrylat,
Allyloxymethylmethacrylat;
mehrwertige (Meth)acrylate, wie
Trimethyloylpropantri(meth)acrylat, Glycoldi(meth)acrylat, Bis((meth)acryloyloxyethyl)sulfid;
und Diene, wie beispielsweise Divinylbenzol.
-
Diese
Monomere können einzeln oder als Mischung eingesetzt werden.
-
Zur
Polymerisation wird dem ethylenisch ungesättigten Monomer
zweckmäßigerweise mindestens ein, an sich bekannter
Radikalinitiator zugesetzt. Zu den bevorzugten Initiatoren gehören
unter anderem die in der Fachwelt weithin bekannten Azoinitiatoren,
wie AIBN und 1,1-Azobiscyclohexancarbonitril, sowie Peroxyverbindungen,
wie Methylethylketonperoxid, Acetylacetonperoxid, Dilaurylperoxyd,
tert.-Butylper-2-ethylhexanoat, Ketonperoxid, Methylisobutylketonperoxid,
Cyclohexanonperoxid, Dibenzoylperoxid, tert.-Butylperoxybenzoat,
tert.-Butylperoxyisopropylcarbonat, 2,5-Bis(2-ethylhexanoyl-peroxy)-2,5- dimethylhexan,
tert.-Butylperoxy-2-ethylhexanoat, tert.-Butylperoxy-3,5,5-trimethylhexanoat,
Dicumylperoxid, 1,1-Bis(tert.-butylperoxy)cyclohexan, 1,1-Bis(tert.-butylperoxy)3,3,5-trimethylcyclohexan,
Cumylhydroperoxid, tert.-Butylhydroperoxid, Bis(4-tert.-butylcyclohexyl)peroxydicarbonat,
Mischungen von zwei oder mehr der vorgenannten Verbindungen miteinander
sowie Mischungen der vorgenannten Verbindungen mit nicht genannten
Verbindungen, die ebenfalls Radikale bilden können.
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Diese
Verbindungen werden häufig in einer Menge von 0,1 bis 10,0
Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 bis 3,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Monomeren, eingesetzt.
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Weiterhin
setzt man dem ethylenisch ungesättigten Monomer vorzugsweise
mindestens ein (Pre)polymer mindestens eines ethylenisch ungesättigten
Monomers, günstiger Weise mindestens eines (Meth)acrylats,
Fumarats und/oder Maleats, zu. Der Anteil des (Pre)polymers beträgt
dabei zweckmäßigerweise 0,1 bis 50,0 Gew.-%, besonders
bevorzugt 10,0 bis 30,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der
ethylenisch ungesättigten Verbindungen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
und Vergleichsbeispielen unter Verweis auf die beigefügten
Figuren näher erläutert.
-
In
den Figuren zeigen:
-
1 im
oberen Teil einen Querschnitt durch eine Vorrichtung gemäß dem
Stand der Technik aus der Druckschrift D1, sowie in ihrem unteren
Teil einen Schnitt längs der Linie A-A aus dem oberen Figurenteil;
-
2 einen
Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
-
3 einen
Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
-
4 einen
Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
-
5 einen
Querschnitt durch eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
-
- 2,
2'
- Seitenwände
der Form gemäß D1
- 3
- Polyesterdichtelement
gemäß D1
- 4,
4'
- PVC-Dichtelemente
gemäß D1
- 5
- Abdeckung
gemäß D1
- (S)
- Sirup
(= (Pre)polymerisat)
- 10
- Ständer
zur Fixierung der Form gemäß D1
- 100
- erfindungsgemäße
Vorrichtung
- 110
- erste
Wanne
- 120
- zweite
Wanne
- 111
- Wannenboden
der Wanne 110
- 121
- Wannenboden
der Wanne 120
- 112
- Innenseite
des Wannenbodens 111
- 122
- Innenseite
des Wannenbodens 121
- 113
- Außenseite
des Wannenbodens 111
- 123
- Außenseite
des Wannenbodens 122
- 114
- Umlaufende
Seitenwand der Wanne 110
- α(1)
- Schenkelwinkel
zwischen 112 und 114
- 124
- laufende
Seitenwand der Wanne 120
- A(2)
- Schenkelwinkel
zwischen 122 und 124
- (G)
- Gewicht
zur Beschwerung
-
In
der 1 ist eine Vorrichtung gemäß des
Standes der Technik (Dokument D1) zu sehen.
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Im
oberen Teil der 1 ist eine Form zur Herstellung
von Keilplatten in Seitenansicht dargestellt. Mit 2 und 2' werden
die beiden Seitenwände der Form bezeichnet. Diese bestehen
aus Floatglas. 3 ist ein Polyesterdichtelement, während 4 und 4' PVC-Dichtelemente
darstellen. 3 dient der Abdichtung der beiden Glasplatten im Bereich
ihrer die Spitze eines V ausbildenden Kanten, während 4 und 4' zur
Abdichtung der Enden der beiden Glasplatten eingesetzt werden.
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Weitere
Details kann man dem unteren Teil der 1 entnehmen.
Hierbei handelt es sich um einen Schnitt längs der Linie
A-A aus dem oberen Teil der 1.
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Man
erkennt sehr gut, dass die beiden Platten 2 und 2' auf
der Spitze stehend, durch 3 abgedichtet, in Verbindung
mit 4 und 4' an den Enden einen Hohlraum bilden,
welcher mit einem zu polymerisierenden Sirup S gefüllt
ist. Die Kammer wir vervollständigt durch die Abdeckung 5.
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Die
Vorrichtung zur Polymerisation steht als solche in einem Ständer 10,
welcher die beiden Platten 2 und 2' bis etwa zur
Hälfte von deren Höhe stützt.
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Die 2 bis 5 beschreiben
erfindungsgemäße Vorrichtungen.
-
Mit
dem Bezugszeichen 100 ist eine erfindungsgemäße
Vorrichtung bezeichnet. Diese umfasst zwei Wannen 110 und 120. 110 bezeichnet
die erste oder äußere Wanne, während 120 die
zweite oder innere Wanne bezeichnet.
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Die äußere
Wanne 110 verfügt über einen Wannenboden 111.
Der Wannenboden 111 weist eine Innenseite 112 sowie
eine Außenseite 113 auf.
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Auch
die innere Wanne 120 hat einen Wannenboden 121.
Auch der Wannenboden 121 weist eine Innenseite 122 sowie
eine Außenseite 123 auf.
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Die
Wanne 110 hat eine umlaufende Seitenwand 114.
Die Seitenwand 114 sowie der Wannenboden 112 bilden
zusammen einen Winkel. Dies ist der Schenkelwinkel alpha 1.
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Die
Wanne 120 verfügt ebenfalls über eine
umlaufende Seitenwand 124. Die Seitenwand 124 sowie der
Wannenboden 122 bilden zusammen einen Winkel. Dieser wird
als Schenkelwinkel alpha 2 bezeichnet.
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Die
Unterseite 123 der zweiten Wanne 120 und die Oberseite 112 der
ersten Wanne 110 definieren die Decke und den Boden einer
Hohlkammer, welche zur Aufnahme des zu polymerisierenden Gutes ausgebildet
ist. Die Abdichtung dieser Kammer rundherum erfolgt durch das Eigengewicht
des zu polymerisierenden Gutes sowie der zweiten in der ersten Wanne 110 angeordneten
Wanne 120.
-
Man
erkennt, dass die beiden Seitenwände 114 und 124 der
ersten bzw. zweiten Wanne 110, 120 einen Spalt
definieren. Dieser hat in der 2 ein im
wesentlichen konstantes Spaltmaß, d. h. die beiden Winkel alpha
1 und alpha 2 sind im Wesentlichen gleich und die innere Wanne 120 ist
im gefüllten Zustand vor oder während der Polymerisation
schwimmend auf der zu polymerisierenden Flüssigkeit in
der äußeren Wanne 110 gelagert.
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Die 2 stellt
den Fall dar, dass die Kammer zwischen den Wannen 110 und 120 im
wesentlichen eine konstante Höhe aufweist. Die dargestellte
Kammer eignet sich insofern zur Herstellung von plattenförmigen
Körpern mit einheitlicher Dicke.
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In
Abweichung zu 2 wird in 3 eine
Vorrichtung gezeigt, die zur Herstellung einer rampenförmigen
Platte geeignet ist. Diese „einseitige” Keilform
kommt dadurch zustande, dass zwar die erste Wanne 110 horizontal
waagrecht angeordnet ist, die zweite Wanne jedoch im befüllten
Zustand außermittig mit einem geeigneten Gewicht (G) beschwert
wird. Durch die einseitige Beschwerung der zweiten Wanne mit dem
Gewicht G wird der Wannenboden 120 aus der Waagrechten
heraus verschoben und es resultiert eine mit Sirup gefüllte Hohlkammer,
deren Decke rampenartig ansteigt. Im Ergebnis wird somit eine Platte
in Form eines Halbkeiles erzeugt.
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In 4 wiederum
wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung gezeigt,
bei der die erste oder äußere Wanne 110 schräg
gelagert ist. Mit anderen Worten, die Wanne 110 ist nicht
waagrecht angeordnet. Aufgrund der Schwerkraft, der Verdrängung
sowie des Auftriebs der zweiten Wanne 120 in der ersten
Wanne 110, die mit zu polymerisierender Flüssigkeit
(Sirup) gefüllt ist, schwimmt die zweite Wanne 120 waagrecht
in der ersten Wanne 110. Es wird wiederum eine einseitig
keilförmige Platte erhalten.
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In 5 ist
nun eine Kombination der beiden Varianten nach 3 und 4 dargestellt.
Es resultiert nach der Polymerisation eine keilförmige,
V-förmige Platte durch die Kombination von Beschwerung
der inneren Wanne 120 mit einem außermittigen
Gewicht sowie der schrägen Lagerung der äußeren
Wanne 110. Die Kombination kann so gewählt werden,
dass eine symmetrisch keilförmige Platte resultiert, es
können jedoch alle Winkelkombinationen eingestellt werden,
um auch asymmetrisch keilförmige Platten zu erzielen.
-
Weitere
Vorteile der Erfindung kann man den nachfolgenden Ausführungsbeispielen
entnehmen.
-
Beispiel 1
-
Herstellung
einer beispielhaften planparallelen Acrylplatte in einer schwimmenden
Produktionsform
-
i. Produktionsform
-
Diese
Form ist plattenförmig ausgeführt und zeigt einen
wannenförmigen Aufbau. Das beispielhafte Produkt besitzt
eine Stärke von 20 mm. Die gesamte Produktionsform besteht
aus vier Teilen, deren Aufbau im Folgenden beschrieben ist.
- 1. Der „untere Wannenteil” besteht
aus einer rechteckigen Sekuritglasplatte und einem Wannenkörper.
Diese trichterförmige Wanne ist aus einem gewalzten, drei
Millimeter starken Aluminiumblech gefertigt. Jede Trichterwand schließt
mit der Horizontalen einen Winkel von 45° ein. Der Wannenteil
ist mit der Glasplatte an der Oberseite der Glasplatte verklebt.
- 2. Der „obere Wannenteil” besteht ebenfalls
aus einer rechteckigen Sekuritglasplatte und einem Wannenkörper.
Diese trichterförmige Wanne ist aus einem gewalzten, drei
Millimeter starken Aluminiumblech gefertigt. Jede Trichterwand schließt
mit der Horizontalen einen Winkel von 45° ein. Bei diesem
Teil wird nun die Glasplatte in den Aluminiumtrichter gelegt und
verklebt. Somit ist der Trichter mit der Unterseite der Glasplatte
verbunden.
- 3. Die „Distanzhalter” werden an den Schenkeln
des unteren Trichters befestigt. An jedem der vier Seiten werden
zwei Distanzhalter angebracht. Im fixierten Zustand bilden sie eine
drei Zentimeter breite vertikale Führungskufe.
- 4. Die „Abdichtung” der beiden Wannenteile
erfolgt mittels eines Balgs, welcher aus einer selbstklebenden Aluminiumfolie
gefertigt ist. Diese Folie in einer Stärke von 0,2 mm ausgeführt.
Es handelt sich dabei um eine handelsübliche Folienrolle,
wie sie beispielsweise von Rohrleitungsisolierern verwendet wird.
-
ii. Formenbau I
-
Es
wird der untere Wannenteil so auf die Rollenbahn aufgelegt, dass
die Trichteröffnung der Wanne nach oben zeigt. Anschließend
wird der obere Wannenteil in die untere Wanne eingelegt. Dabei ist
darauf zu achten, dass die Distanzhalter nicht beschädigt
werden. Die Schenkel dieser beiden Wannen weisen nun einen gleichmäßigen
Abstand von ca. 10 mm auf.
-
iii. Befüllung
-
Um
die Produktionsform befüllen zu können, wird ein
Quetschschlauch mit einer Nennweite von 50 mm verwendet. Dieser
Schlauch wird in den ca. 10 mm breiten Spalt zwischen den Wangen
eingeführt. Anschließend beginnt der Befüllvorgang.
Der kontinuierlich steigende hydrostatische Druck bewirkt nun ein „Aufschwimmen” des
oberen Wannenteils. Bei der Befüllung wird die Plattendicke über
das Füllgewicht bestimmt. Die Distanzhalter verhindern
nun, dass die aufschwimmende Platte an ein Trichterende abdriftet,
oder sich in der Produktionsform verdreht. Zusammenstehende Trichterschenkel
würden den Polymerisationsvorgang unzulässig stören,
da sie den freien Schrumpf des Materials verhindern.
-
iv. Formenbau II
-
Zuletzt
werden die Schenkel der beiden Wannen mit einem Dichtband verbunden.
Dieses Band verhindert eine unzulässige Verdunstung des
Monomeren. Bei der Anbringung des Bandes ist eine Falte zwischen
den Schenkelenden anzubringen. Dadurch können während
der Polymerisation keine unzulässigen Rückstellkräfte
durch dieses Band auf die Produktionsform ausgeübt werden.
Das Band besitzt somit die Eigenschaft eines Faltenbalgs. v.
Poly(meth)acrylatsystem
TEDMA
= Tetraethylenglykoldimethacrylat | 55 g/100 kg |
Sirup
(= (Pre)polymerisat von MMA) | 99717,1
g/100 kg |
Manoxollösung
50%ig = (1,4-Bis(2-ethxlhexyl)natriumsulfo-succinat | 110
g/100 kg |
UV-Absorb
SV = | 50
g/100 kg |
Terpentinlösung
50% | 53,5
g/100 kg |
(tert-Butyl-2-ethylhexanoat) | 3,4
g/100 kg |
(tert-Butylperneodecanoat) | 11
g/100 kg |
-
vi. Polymerisation
-
Bei
dem gegenständlichen Produktionsbeispiel wird die Polymerisation
aus folgenden Gründen im Luftpolymerisationsverfahren realisiert:
- 1. Die Energieeffizienz ist am besten.
- 2. Der Wärmetransport erfolgt während des
gesamten Prozesses mittels erwärmter oder gekühlter
Luft. Dadurch entstehen keine Dichtheitsprobleme.
- 3. Die Entformungsvorrichtungen(Saugkräne) sind ohne
Adaptierung verwendbar.
-
vii. Entformung
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Im
ersten Schritt der Entformung wird die Haftung zwischen der Acrylplatte
und den Wannen mittels eines Luftschwertes gelöst. Dabei
gelangt ein herkömmliches Schwert mit einer Öffnung
von 100 mm Breite zum Einsatz. Durch die vorteilhaften Materialeigenschaften
von Aluminium gelingt diese Lösung der Teile gut.
-
Folgend
wird mittels des Krans I die obere Wanne angehoben und seitlich
verfahren. Anschließend hebt der Kran II das Fertigprodukt
aus der unteren Wanne.
-
Das
Produkt, eine „planparallele Acrylglasplatte” ist
fertig produziert und kann abgelegt werden.
-
Beispiel 2
-
Herstellung
einer beispielhaften keilförmigen Acrylplatte in einer
schwimmenden Produktionsform
-
Die
Herstellung einer „keilförmigen Acrylplatte” gleicht über
weite Bereiche der Herstellung einer „planparallelen Acrylplatte”.
Die Unterschiede sind in den Punkten iv, v und vii gekennzeichnet.
Die beispielhafte Keilplatte variiert von 10 auf 70 mm.
-
i. Produktionsform
-
Diese
Form ist plattenförmig ausgeführt und zeigt einen
wannenförmigen Aufbau.
-
Die
gesamte Produktionsform besteht aus vier Teilen, deren Aufbau im
Folgenden beschrieben ist.
- 1. Der „untere
Wannenteil” besteht aus einer rechteckigen Sekuritglasplatte
und einem Wannenkörper. Diese trichterförmige
Wanne ist aus einem gewalzten, drei Millimeter starken Aluminiumblech
gefertigt. Jede Trichterwand schließt mit der Horizontalen
einen Winkel von 45° ein. Der Wannenteil ist mit der Glasplatte an
der Oberseite der Glasplatte verklebt.
- 2. Der „obere Wannenteil” besteht ebenfalls
aus einer rechteckigen Sekuritglasplatte und einem Wannenkörper.
Diese trichterförmige Wanne ist aus einem gewalzten, drei
Millimeter starken Aluminiumblech gefertigt. Jede Trichterwand schließt
mit der Horizontalen einen Winkel von 45° ein. Bei diesem
Teil wird nun die Glasplatte in den Aluminiumtrichter gelegt und
verklebt. Somit ist der Trichter mit der Unterseite der Glasplatte
verbunden.
- 3. Die „Distanzhalter” werden an den Schenkeln
des unteren Trichters befestigt. An jedem der vier Seiten werden
zwei Distanzhalter angebracht. Im fixierten Zustand bilden sie eine
drei Zentimeter breite vertikale Führungskufe.
- 4. Die „Abdichtung” der beiden Wannenteile
erfolgt mittels eines Balgs, welcher aus einer selbstklebenden Aluminiumfolie
gefertigt ist. Diese Folie in einer Stärke von 0,2 mm ausgeführt.
Es handelt sich dabei um eine handelsübliche Folienrolle,
wie sie beispielsweise von Rohrleitungsisolierern verwendet wird.
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ii. Formenbau I
-
Der
Formenbau ist denkbar einfach. Es wird der untere Wannenteil so
auf die Rollenbahn aufgelegt, dass die Trichteröffnung
der Wanne nach oben zeigt. Anschließend wird der obere
Wannenteil in die untere Wanne eingelegt. Dabei ist darauf zu achten,
dass die Distanzhalter nicht beschädigt werden. Die Schenkel dieser
beiden Wannen weisen nun einen gleichmäßigen Abstand
von ca. 10 mm auf.
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iii. Befüllung
-
Um
die Produktionsform befüllen zu können, wird ein
Quetschschlauch mit einer Nennweite von 50 mm verwendet. Dieser
Schlauch wird in den ca. 10 mm breiten Spalt zwischen den Wangen
eingeführt. Anschließend beginnt der Befüllvorgang.
Der kontinuierlich steigende hydrostatische Druck bewirkt nun ein „Aufschwimmen” des
oberen Wannenteils. Bei der Befüllung wird die Plattendicke über
das Füllgewicht bestimmt. Die Distanzhalter verhindern
nun, dass die aufschwimmende Platte an ein Trichterende abdriftet,
oder sich in der Produktionsform verdreht. Zusammenstehende Trichterschenkel
würden den Polymerisationsvorgang unzulässig stören,
da sie den freien Schrumpf des Materials verhindern.
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iv. Formenbau II
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An
dieser Stelle besteht der einzige Unterschied im Vergleich zu dem
Formenbau einer planparallelen Platte. Bevor die Schenkel der beiden
Wannen mit einem Dichtband verbunden werden, muss ein Gewicht auf der
oberen Platte angebracht werden. Dieses Gewicht wird aus einem Flachstahl
(100 × 20 mm) gefertigt. Bringt man nun das Gewicht auf
die Oberseite der oberen Wanne nahe dem Trichterschenkel an, verlagert man
den Schwerpunkt dieser Wanne in Richtung des Gewichts. Die obere
Wanne erfährt dadurch eine Schräglage.
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Hat
die obere Platte die Gleichgewichtslage gefunden, bringt man das
Dichtband an den Schenkelenden der Wannen an. Dieses Band verhindert
eine unzulässige Verdunstung des Monomeren. Bei der Anbringung
des Bandes ist eine Falte zwischen den Schenkelenden anzubringen.
Dadurch können während der Polymerisation keine
unzulässigen Rückstellkräfte durch dieses
Band auf die Produktionsform ausgeübt werden. Das Band
besitzt somit die Eigenschaft eines Faltenbalgs. v.
Poly(meth)acrylatsystem
TEDMA
= Tetraethylenglykoldimethacrylat | 35
g/100 kg |
Sirup
(= (Pre)polymerisat von MMA) | 99671,5
g/100 kg |
Manoxollösung
50%ig = (1,4-Bis(2-ethylhexyl)natriumsulfosuccinat) | 200
g/100 kg |
UV-Absorb
SV = | 50
g/100 kg |
Terpentinlösung
50% | 40
g/100 kg |
(tert-Butyl-2-ethylhexanoat) | 0,5
g/100 kg |
(tert-Butylperneodecanoat) | 2
g/100 kg |
(tert-Butylperbenzoat) | 1
g/100 kg |
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vi. Polymerisation
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Bei
dem gegenständlichen Produktionsbeispiel wird die Polymerisation
aus folgenden Gründen im Luftpolymerisationsverfahren realisiert:
- 1. Die Energieeffizienz ist am besten.
- 2. Der Wärmetransport erfolgt während des
gesamten Prozesses mittels erwärmter oder gekühlter
Luft. Dadurch entstehen keine Dichtheitsprobleme.
- 3. Die Entformungsvorrichtungen(Saugkräne) sind ohne
Adaptierung verwendbar.
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vii. Entformung
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Im
ersten Schritt der Entformung wird die Haftung zwischen der Acrylplatte
und den Wannen mittels eines Luftschwertes gelöst. Dabei
gelangt ein herkömmliches Schwert mit einer Öffnung
von 100 mm Breite zum Einsatz. Durch die vorteilhaften Materialeigenschaften
von Aluminium gelingt diese Lösung der Teile gut.
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Folgend
wird mittels des Krans I die obere Wanne angehoben und seitlich
verfahren. Anschließend hebt der Kran II das Fertigprodukt
aus der unteren Wanne. Durch die gelenkige Ausführung der
Saugkräne entstehen keine Probleme beim Entformen der keilförmigen Acrylglasplatten.
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Das
Produkt, eine „keilförmige Acrylglasplatte” ist
fertig produziert und kann abgelegt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2154639 [0004]
- - JP 2930353 [0007]