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Verfahren zur llerstellung eines zur Bildung von porösen Formkörpern
geeigneten verpreßbaren, besonders trockenen Kunststoffgranulats mit durch Lösungsmittel
entfernbaren Kernen Es wurde bereits vorgeschlagen, poröse, leichte Kunstmassen
derart herzustellen, daß man dem Kunststoff körnige, lösliche Materialien zumischt,
hierauf das so erhaltene Gemisch verfestigt und schließlich die löslichen Zuschlagstoffe
mit einem geeigneten Lösungsmittel herauslöst. In der praktischen Ausführung dieses
Verfahrens ergeben sich jedoch eine Reihe von Schwierigkeiten: Die porenbildenden,
löslichen Materialien neigen dazu, sich je nach ihrer Korngröße derart zu differenzieren,
daß sich das feinstkörnige Material am Boden ansammelt; außerdem haben diese Materialien
meist eine vom Kunststoff sehr verschiedene Dichte, so daß auch zwischen dem Kunststoff
und dem porenbildenden Material Tendenz zu einer Abtrennung im Laufe der Verarbeitung
zu Formstücken besteht. Die nach diesem Verfahren hergestellten porösen Fomistücke
haben daher eine sehr unregelmäßige Porosität.
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Man hat wohl versucht, der Trennung der einzelnen Mischungskomponenten
dadurch entgegenzuwirken, daß man porenbildende Materialien von möglichst einheitlicher
Körnung verwendet und den Kunststoff möglichst in flüssiger Form, z. B. in noch
nicht polymerisiertem Zustand oder als noch nicht geliertes Weichmacher-Kunststoff-Gemisch
anwendet.
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Die Anwendung des Kunststoffes in flüssiger Form verhindert jedoch
nicht die störenden Absitzerscheinungen. Derartige Gemische sind klebrige Teige,
die nur schwierig gehandhabt werden können.
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Das Gelieren bzw. Polymerisieren in der Form erfordert so lange Erhitzungszeiten,
daß eine Verformung unter Druck unrentabel wird. Eine direkte, kontinuierliche Beschickung
von Strangpressen mit derartigen Produkten ist nicht möglich. Bis jetzt haben diese
Verfahren lediglich bei der Herstellung von Viskoseschwämmen eine praktische Anwendung
gefunden.
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Weiterhin ist es bekannt, aus Polyvinylchlorid und einem Weichmacher
eine aus einem löslichen pulverförmigen Stoff bestehende Paste herzustellen, aus
der Formlinge gewonnen werden, die schließlich bei erhöhter Temperatur in der Presse
zur Erstarrung gebracht werden. Verfahren dieser Art, bei denen mit nichtlöslichen
Kunststoffen in Form härtbarer Pasten mit einem körnigen löslichen Zusatz gearbeitet
wird, haben sich zur Herstellung poröser Formkörper wegen der bei ihrer Verarbeitung,
insbesondere beim Pressen und dem dabei erforderlichen, eine erhebliche Zeitdauer
in Anspruch nehmenden Erhitzen in der Presse nicht bewährt.
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Es wurde gefunden, daß man poröse Kunstmassen und Formkörper aus
diesen mit geringem Raumgewicht in einfachster Weise nach den üblichen Preßverfahren
herstellen kann, wenn man vorerst ein zur Bildung der porösen Formkörper geeignetes
verpreßbares, besonders trockenes Kunststoffgranulat mit durch Lösungsmittel entfernbaren
Kernen herstellt, indem man lösbares Material mit einer Korngröße von 2 ffi bis
1 mm durch geeignetes Mischen mit flüssigem bzw. weichgemachtem Kunststoff oder
Mischungen mit einer möglichst gleichmäßigen, dünnen, jedoch ausreichend harten
Kunststoffschicht überzieht.
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Das so erhaltene Preßpulver läßt sich genau in der gleichen Weise
weiterverarbeiten wie die bisher auf dem Kunststoffgebiet bekannten Preßpulver:
Es wird unter Anwendung von Druck und Wärme zu kompakten, d. h. nicht porösen Formstücken
verpreßt.
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Unter derWirkung des hierfür erforderlichen Druckes wird die Kunststoffhülle
der löslichen Körner zerstört, so daß das Lösungsmittel Zutritt zu dem löslichen
Füllstoff erhält und dieser nun mit einem
geeigneten Lösungsmittel
herausgelöst werden kann, vorausgesetzt, daß die Kunststoffhülle der löslichen Körner
nicht zu dick war, daß also nicht zu viel Kunststoff im Verhältnis zur Menge des
löslichen Füllstoffes angewendet wurde.
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Als lösliche, porenbildende Füllstoffe können nach dem vorliegenden
Verfahren alle körnig-pulvrigen Stoffe verwendet werden, die sich dem Kunststoff
gegenüber indifferent verhalten, die den mechanischen Beanspruchungen des Preßvorganges
standhalten und die durch irgendeinen Lösungsvorgang, der den Kunststoff selbst
nicht angreift, aus dem Kunststoff entfernt werden können. Für die Anwendung des
vorliegenden Verfahrens ist es nicht nötig, daß der Kunststoff auf dem löslichen
Füllstoff irgendeine Haft- oder Klebewirkung besitzt, da die feste Verbindung zwischen
den löslichen Körnern und dem Kunststoff durch ein Umhüllen dieser Körner mit einer
festen Kunststoffschicht erreicht wird.
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Zur Herstellung der dünnen Kunststoffhülle auf den Körnern des löslichen
Füllstoffes werden diese zunächst mit einer flüssigen Kunststoffschicht umgeben,
indem man das körnige, lösliche Material mit dem sich in flüssigem Zustand befindlichen
Kunststoff möglichst gründlich vermischt, wobei man, soweit dies technisch möglich
ist, alle Mahl- und Reibvorgänge, die die gebildete Kunststoffschicht von den Körnern
des löslichen Füllstoffes wieder abreißen würden, und eine Kompression des Materials
vermeidet. Wenn eine völlige Homogenisierung erreicht ist, wird die auf den Körnern
des löslichen Füllstoffes gebildete Kunststoffschicht »gehärtet«, d. h. verfestigt;
dies kann entweder durch Abkühlen der Masse geschehen, wenn sich der Kunststoff
in geschmolzenem Zustand befand, oder aber durch Erwärmen der Masse, wenn der Härtungsvorgang
der Kunststoffhülle durch ein Verdampfen von flüchtigen Lösungsmitteln, durch ein
»Gelieren« des Kunstharzes mit Weichmachern oder aber durch ein teilweises Polymerisieren
oder Kondensieren des Kunstharzes herbeigeführt werden muß. Da beim Härtungsvorgang
der Masse immer Wärme zu- oder abgeführt werden muß und unter Umständen auch Lösungsmittel
verdampft werden müssen, ist es zweckmäßig, wenigstens zu Beginn der Operation die
Masse in Bewegung zu halten. Im einzelnen muß man bei der Herstellung der Preßpulver
die Eigenschaften des verwendeten Kunststoffes berücksichtigen: Kunststoffe, die
schwierig oder überhaupt nicht in Lösung gebracht werden können, jedoch niederviskose
Schmelzen ergeben, wie viele Superpolyamide, werden zweckmäßig in geschmolzenem
Zustand mit den Körnern des löslichen Füllmittels vermischt.
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Kunststoffe, die leicht in Lösung gebracht werden können, wie Polystyrol,
Phenolharze (als Resol), wendet man zweckmäßig in Form ihrer Lösungen an.
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Besteht der Kunststoff aus einem Gemisch verschiedener Produkte,
so genügt es meistens, nur eine der Komponenten des Kunststoffes in flüssiger Form
einzusetzen, wenn die übrigen Komponenten in genügend feiner Körnung vorliegen.
Eine derartige Arbeitsweise ist z. B. bei »gefüllten« Phenolharzen oder bei Polyvinylchlorid-Weichmacher-Gemischen
zweckmäßig: reicht im letzteren Falle die Weichmachermenge nicht aus, um eine einwandfreie
Umhüllung der Körner des löslichen Füllstoffes zu gewährleisten, so verdünnt man
den Weichmacher mit geeigneten, flüchtigen Lösungsmitteln, wobei es unter
Umständen
vorteilhaft ist, um Lösungsmittel zu sparen und um ein leichter zu handhabendes
Material zu erhalten, solche Lösungsmittel zu verwenden, die sich gegenüber den
restlichen Kunststoffkomponenten. also z. B. gegen PVC, weitgehend indifferent verhalten.
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Ist die Saugfähigkeit des PVC für den Weichmacher gering und sollen
große Weichmachermengen angewendet werden, so kann es bei der Herstellung der Preßpulver
zur Bildung eines »Teiges« kommen; um dies zu vermeiden, teilt man in diesem Falle
die Weichmachermenge und bringt den zweiten Teil in einem zweiten Arbeitsgang auf
das bereits gehärtete Preßpulver auf.
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Bei Verwendung von Kunststoffen, die leicht polymerisiert werden
können, wie ungesättigte Polyester überzieht man die Körner des löslichen Füllstoffes
mit einem noch flüssigen, niedermolekularen Produkt und polymerisiert nach gründlicher
Homogenisierung nur so weit, um der Mischung eine pulvrige. nicht klebende Beschaffenheit
zu geben.
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Die Porengröße und ihr Gesamtvolumen werden lediglich durch die Korngröße
des löslichen Füllstoffes und sein Mengenverhältnis zum nichtlöslichen Anteil der
Mischung bestimmt. Beide Faktoren können innerhalb weiter Grenzen, willkürlich und
sicher durch die Arbeitsbedingungen festgelegt werden, und man hat es dementsprechend
bei der Herstellung des Preßpulvers in der Hand, die Porengröße und das Porenvolumen
der Preßstücke festzulegen.
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Zur Herstellung von porösen Kunstmassen, Formstücken usw. werden
die so erhaltenen Preßpulver, die wie ein trockenes Pulver fließen, unter Berücksichtigung
der besonderen Eigenschaften der verwendeten Kunststoffkomponente in der Wärme und
unter Druck nach einem der bekannten Preßverfahren, z. B. im Kompressionsverfahren,
auf dem Walzwerk, auf der Strangpresse, zu kompakten, nicht porösen Preßteilen verpreßt.
Der Preßdruck, der unter den Arbeitsbedingungen notwendig ist, um aus dem Preßpulver
ein kompaktes Preßstück zu erhalten, genügt immer, um die Kunststoffhülle der löslichen
Körner zu zerstören, so daß das Lösungsmittel Zutritt zu ihnen erhält und der lösliche
Füllstoff aus den fertigen Preßteilen herausgelöst werden kann, vorausgesetzt, daß
nicht eine zu große Menge Kunststoff im Verhältnis zum löslichen Anteil der Mischung
bei der Herstellung der Preßpulver verwendet worden ist.
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Für die Verpressung dieser Preßpulver besteht also wohl eine untere
Grenze für den Preßdruck, jedoch praktisch keine obere.
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Bei thermoplastischen Kunststoffen, die keinen konkreten Schmelzpunkt
besitzen, sondern mit steigender Temperatur allmählich weicher und verschweißbar
werden (wie Polyvinylchlorid, Polyäthylen), kann das Preßpulver außerhalb der Form
eventuell als vorgeformte Pastille auf die Preßtemperatur vorerhitzt werden. Man
preßt sodann in einer Form, die eine tiefere Temperatur als das Preßpulver hat.
Infolge der relativ großen Mengen an löslichem Füllstoff, der beim Preßvorgang die
Rolle eines »indifferenten Füllmittels« spielt, dessen Teilchen mit Hilfe des Kunststoffes
unter Druck verklebt werden. ist es meist möglich, oft sogar zweckmäßig, die Preßstücke
bei höheren Temperaturen auszuformen, als sie sonst für den betreffenden Kunststoff
üblich sind.
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Beide Faktoren zusammen gestatten, den Preßvorgang außerordentlich
zu beschleunigen, und sie geben eine Reihe neuer Möglichkeiten für das Verpressen
der
nach dem vorliegenden Verfahren hergestellten Preßpulver.
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Bei der kontinuierlichen Beschickung der frangpresse mit diesen Preßpulvern
zeigen sich nicht die geringsten Entmischungserscheinungen, und das geformte Material
kann auch vor dem Herauslösen des löslichen Füllstoffes weiterverarbeitet werden:
Man kann z. B. Bänder spritzen, diese auf den üblichen Schneidemaschinen in Würfel
von 2 bis 3 mm Kantenlänge schneiden und sodann aus diesen Würfeln den löslichen
Füllstoff herauslösen. Man erhält auf diese Weise kleine Schwämme, die mit Hilfe
von Druckluft oder elektrostatisch auf eine mit einer Klebeschicht überzogene Unterlage
aufgespritzt werden können. Derartigefjberzüge haben ausgezeichnete schalldämpfende
und wärmeisolierende Eigenschaften Das vorliegende Verfahren gestattet ganz allgemein
die Herstellung von porösen, leichten Formkörpern, Platten, Bändern, Schläuchen
aus thermoplastischen oder heiß härtbaren Kunststoffen unter Anwendung der üblichen
Preßverfahren und technischen Einrichtungen. Die erhaltenen Formkörper zeichnen
sich nach dem Herauslösen des Füllstoffs durch eine gute Maßhaltigkeit, durch ein
überaus geringes Gewicht (=25 bis 30 O/o des massiven, nicht porösen Körpers), durch
hohe Elastizität (infolge der Membranwirkung der dünnen Porenwände) und durch eine
überaus regelmäßige Porosität aus. Das Porenvolumen beträgt im allgemeinen 60 bis
75 ovo des Gesamtvolumens. Die Poren stehen untereinander in leitender Verbindung,
die Produkte sind daher ausgezeichnete Filtermaterialien für Gase und Flüssigkeiten.
Durch geeignete Wahl des Kunststoffes können hierbei besondere Effekte erreicht
werden: Die Filterwirkung gegenüber von Staub kann durch die Verwendung solcher
Kunststoffe verbessert werden, die sich im Gasstrom elektrisch aufladen, stark hydrophobe
Kunststoffe gestatten die Abtrennung geringer Wassermengen aus Ölen. Die Produkte
haben weiterhin ausgezeichnete schallabsorbierende und schallisolierende Eigenschaften,
sie eignen sich daher zur Herstellung von Teppichen, Leichtbauplatten und vibrationsdämpfenden
Unterlagen.
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Infolge ihrer völlig neuartigen Griff- und Elastizitätseigenschaften
und ihres geringen Gewichtes (das Kunststoffvolumen wird zu 60 bis 75 ovo durch
das billige, lösliche Füllmittel ersetzt) eröffnen sie den Kunststoffen neue Anwendungsmöglichkeiten
bei der Herstellung von Gebrauchsgegenständen, wie Sitzunterlagen, Schuhen (Luftdurchlässigkeit),
Spielzeug.
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Beispiel 1 9 Gewichtsteile feinstgepulvertes Polyvinylchlorid werden
mit einem Gemisch von 1 Gewichtsteil Butylphthalat und 12 Gewichtsteilen Alkohol
angepastet, und diese Paste wird mit 40 Gewichtsteilen gemahlenem Natriumchlorid
in einem Mischer innig vermischt. Hierauf wird der Alkohol bei laufendem Mischer
abdestilliert und die Masse sodann bei etwa 1600 C geliert. Man erhält ein feinkörniges,
nicht klebriges Pulver. Zum Verpressen wird das Pulver auf etwa 170 bis 1800 C vorgewärmt,
in die Preßform gefüllt und die Form mit einem Druck von etwa 80 kg/cm2 geschlossen.
Das Preßstück wird in der Form auf etwa 1000 C abgekühlt und kann sodann ausgeformt
werden. Hierauf wird das Natriumchlorid mit Hilfe von Wasser ausgewaschen und das
Preß-
stück getrocknet. Das Preßstück ist hart, es hat eine scheinbare Dichte von
etwa 0,38 und ist ausgezeichnet verwendbar als Filter, Diaphragma.
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Beispiel 2 10 Gewichtsteile feinstgepulvertes Polyvinylchlorid werden
mit 15 Gewichtsteilen Dioctylphthalat angepastet, und die Paste wird hierauf in
einem Mischer mit 75 Gewichtsteilen geschmolzenem und nachher gemahlenem Natriumacetat
vermischt. Hierauf wird bei etwa 140 bis 1500 C mit Hilfe eines Heißluftstromes
geliert. Nach dem Erkalten erhält man ein homogenes, körniges Material, mit dem
ohne Schwierigkeiten eine Strangpresse beschickt werden kann. In der Strangpresse
wird ein Band von etwa 3 mm Dicke gespritzt, und dieses Band wird nach dem Erkalten
in Würfel von etwa 3 mm Kantenlänge geschnitten. Aus diesen Würfeln wird das Natriumacetat
mit Wasser ausgewaschen, und die Würfel werden anschließend getrocknet. Diese kleinen
Schwämmchen besitzen außerordentlich feine Poren und eine scheinbare Dichte von
etwa 0,3. Diese Körner geben nach dem Aufsprühen auf eine mit einem geeigneten Kleber
überzogene Unterlage ausgezeichnete wärme- und schallisolierende Überzüge. Wenn
notwendig, können mehrere Schichten übereinander aufgebracht werden. Infolge der
Porosität der Körner bereitet ihre Verklebung keine Schwierigkeiten.
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Beispiel 3 Auf eine innige Mischung von 10 Gewichtsteilen feinstgepulvertem
Polyvinylchlorid, 1 Gewichtsteil Titanweiß und 80 Gewichtsteilen feingemahlenes
Natriumchlorid wird eine Mischung von 5 Gewichtsteilen Dioctylphthalat und 10 Gewichtsteilen
Leichtbenzin aufgesprüht. Nach gründlicher Homogenisierung wird das Verdünnungsmittel
entfernt und bei 150 bis 1600 C geliert. Nach dem Erkalten erhält man eine pulvrige,
nicht mehr klebende Masse, auf die neuerlich eine Mischung von 5 Gewichtsteilen
Dioctylphthalat und 10 Gewichtsteilen Benzin aufgesprüht wird. Nach neuerlichem
gründlichem Homogenisieren wird das Verdünnungsmittel entfernt und neuerlich geliert.
Man erhält ein flockiges Pulver von geringem Schüttgewicht, das mit einem Druck
von etwa 80 bis 130 kg/cm2 bei etwa 1600 C zu Formstücken verpreßt oder auf der
Strangpresse zu Bändern verarbeitet werden kann. Nach dem Herauslösen des Natriumchlorids
erhält man ein poröses Material von einer scheinbaren Dichte von 0,37 bis 0,40,
elastisch, weich, mit einem warmen, lederähnlichen Griff.
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Beispiel 4 1 Gewichtsteil Polystyrol wird in Benzol gelöst. und diese
Benzollösung wird in einem Mischer mit 4,5 Gewichtsteilen feingemahlenem Natriumchlorid
innig vermischt. Nach dem Entfernen des Benzols erhält man ein einheitliches Pulver,
das, wie im Beispiel 1 beschrieben, zu Formstücken verpreßt werden kann. Nach dem
Herauslösen des Natriumchlorids erhält man poröse, überaus leichte, lichtdurchlässige
Formkörper.
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Beispiel 5 In einem Mischer werden 4 Gewichtsteile feingemahlenes
Natriumchlorid auf 260 bis 2700 C erhitzt, der Mischer wird sodann mit Stickstoff
gefüllt,
und sodann wird 1 Gewichtsteil eines Superpolyamids eingetragen,
dessen Schmelzpunkt unterhalb 2600 C liegt. Man läßt den Mischer weiterlaufen, bis
das Polyamid geschmolzen ist, und kühlt schließlich im Stickstoffstrom ab. Das Preßpulver
kann in gleicher Weise wie die vorherigen Produkte verpreßt werden, es ist lediglich
auf die Luftempfindlichkeit des Superpolyamids zu achten.
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Beispiel 6 l Gewichtsteil Polyester wird mit einem in der Wärme wirksamen
Katalysator vermischt, diese Mischung wird in einem Mischer mit 4 Gewichtsteilen
feingemahlenem Zucker homogenisiert und schließlich so lange erwärmt, bis die erhaltene
Masse nicht mehr klebt. Das so erhaltene Pulver wird in heiße Formen gefüllt, und
die Formen werden unter Druck geschlossen. Nach Beendigung der Polymerisation wird
ausgeformt und der Zucker ausgewaschen. Zur Erhöhung der Festigkeit können dem Zucker
Glasfasern von etwa 2 bis 3 mm Länge zugesetzt werden.
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Beispiel 7 30 Gewichtsteile Asbestpulver werden mit 160 Gewichtsteilen
feinstgemahlenem Natriumchlorid innig vermischt hierauf werden 100 Gewichtsteile
einer 10 0/eigen alkoholischen Phenolharzlösung zugemischt.
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Nach gründlicher Homogenisierung wird der Alkohol z. B. mit Hilfe
eines warmen Luftstromes entfernt.
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Man erhält ein vollkommen homogenes Preßpulver, das mit einem Druck
von etwa 200 kg/cm2 bei einer Temperatur von etwa 1700 C verpreßt werden kann.
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Nach dem Herauslösen des Natriumchlorids eignen sich die Preßstücke
insbesondere als hitze- und korrosionsbeständige Filter.