DE1124225B

DE1124225B - Verfahren zur Herstellung von Formkoerpern aus plastifiziertem Polyaethylen

Info

Publication number: DE1124225B
Application number: DER19942A
Authority: DE
Inventors: Dr Otto Roelen
Original assignee: Ruhrchemie AG
Current assignee: Ruhrchemie AG
Priority date: 1956-11-05
Filing date: 1956-11-05
Publication date: 1962-02-22
Also published as: FR1186391A; NL100964C; US3134830A; GB853194A; BE561820A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

R19942X/39a²

anmkldetao: 5. NOVEMBER 1956

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNO UND AUSGABE DER

AUSLEGESCHRXFT: 22. FEBRUAR 1962

Zur Herstellung von Formkörpern aus Kunststoff wurden bereits je nach Art des Kunststoffes verschiedene Vorschläge gemacht. So wurde für Zelluloid das Zusammenschweißen von dünnen Blättern unter Anwendung von Lösungsmitteln, erhöhter Temperatur und Druck vorgeschlagen. Ähnlich ist das Verfahren, das dünne Schichten von Polyaminocapronsäure mit Hilfe von Ameisensäure und hohem Druck zu einem Block zusammenfügt. Bei einet Verformung von natürlichen oder künstlichen Harzen soll durch ein Vorpressen der zerkleinerten Massen eine poröse Form erhalten werden, die nach Zufügung von Farbstoffen zur endgültigen Form gepreßt und erhärtet wird. Schließlich hat man bereits Polyvinylchloridpulver zu kleinen Formkörpern verpreßt, erhitzt und schließlich in kalten Formen unter Druckanwendung verformt.

Keine dieser Arbeitsweisen ist für die Verformung von Polyäthylen geeignet. Für diesen Kunststoff ist vorgeschlagen worden, Formkörper herzustellen, indem man feinteiliges Polyäthylen, insbesondere Polyäthylenpulver, mit Molekulargewichten oberhalb 500 000, beispielsweise über 1 000 000, in mehreren Druckstufen preßt, wobei in der zweiten und gegebenenfalls folgenden Druckstufen unter gleichzeitiger Einwirkung von Wärme bis zur Plastifizierung gepreßt wird.

Zunächst werden also durch mechanischen Druck und zweckmäßig bei Raumtemperatur Rohlinge hergestellt, deren äußere Abmessungen größer sind als die späteren Fertigteile. Diese Rohlinge werden anschließend durch gleichzeitige Anwendung von Wärme unter erneuter Einwirkung von mechanischem Druck in gesintertes, plastifiziertes Polyäthylen übergeführt.

Diese Arbeitsweise brachte sehr gute Ergebnisse hinsichtlich der Qualität der hergestellten Formstücke. Auch ließ sich das Verfahren mit den in der Technik bekannten Vorrichtungen auf einfache Weise durchführen.

Die Herstellung von Formungen mit größeren Dimensionen war jedoch dadurch begrenzt, daß das Kaltpressen zunächst sehr hohe Drücke auf der ganzen Fläche des fertigzustellenden Formlinge bedingte. Um diese hohen Drücke auf große Formlinge zu übertragen, wäre eine enorme Vergrößerung der Pressen erforderlich gewesen ohne genügende Sicherheit für ein brauchbares Ergebnis. Das Kaltpressen erfordert ganz wesentlich höhere Drücke als die nachfolgenden Druckstufen, bei denen das Material vor oder während des Pressens erhitzt wird.

Es wurde gefunden, daß man den vorhandenen Verfahren zur Herstellung
von Formkörpern aus plastifiziertem
Polyäthylen

Anmelder:

Ruhrchemie Aktiengesellschaft,
Oberhausen (RhId. )-Holten

Dr. Otto Roelen, Oberhausen (Rhld.)-Hohen,
ist als Erfinder genannt worden

Schwierigkeiten entgehen kann, wenn man das Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus plastifiziertem Polyäthylen, gegebenenfalls in Mischung mit anderen Polymeren, in mindestens zwei Druckstufen, wobei man in der ersten Druckstufe ohne Temperaturerhöhung aus feinteiligem Material formbeständige Formlinge herstellt, die anschließend in einer zweiten Druckstufe nach oder unter Erhitzen plastifiziert werden, durchfuhrt. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zwei oder mehr Formlinge aus der Druckstufe 1 gemeinsam in Stufe 2 mit mindestens einer Fläche so aneinandergelegt werden, daß sie nach der hier erfolgenden Behandlung ein einheitliches Formstück bilden.

Es hat sich überraschenderweise dabei herausgestellt, daß die Nahtstellen zwischen den einzelnen Kaltpreßlingen in dem später gesinterten Gesamtstück häufig gar nicht mehr zu sehen sind. Vor allem weisen diese Nahtstellen jedoch die gleichen Festigkeitseigenschaften wie die umliegenden Teile auf. Der große Vorteil des Verfahrens der Erfindung besteht darin, daß es möglich wird, mit der gleichen zur Verfugung stehenden hydraulischen Presse wesentlich größere Formstücke herzustellen als vorher.

So kann man z. B. zunächst durch Kaltpressen Platten von 20 · 20 cm Kantenlänge und 3 cm Dicke herstellen. Diese Platten können in einer Matrize der Abmessungen 1 · 2 m nebeneinandergelegt werden. Wird nun unter Erhitzen mindestens einmal erneut gepreßt, so entsteht eine gemeinsame Tafel von 1 · 2 m und 3 cm Dicke. In dem fertigen Stück sind Nahtstellen nicht mehr erkennbar. Nach einer Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung erhitzt man die einzelnen Platten nicht in der zweiten

ZtS 510/404

Druckstufe, sondern bereits vorher, beispielsweise in einem Wärmeschrank in einer Schutzgasatmosphäre.

Das Verfahren der Erfindung ermöglicht es auch, beispielsweise fünf Platten von 5 · 10 cm Dicke aufeinanderzulegen und zu einem Block von etwa 50 cm Dicke zu verpressen. Die Herstellung eines solchen Blockes aus einem einzigen Stück würde wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit des Polyäthylens zu lange Heizzeiten erfordern, so daß die Herstellung unwirtschaftlich würde.

Das Verfahren der Erfindung macht es also möglich, Blöcke von beliebiger Dicke herzustellen.

Man arbeitet praktisch am besten so, daß in der ersten Stufe des Verfahrens mit einem Druck gepreßt wird, der mindestens das 5fache des Druckes in der zweiten Stufe beträgt. Nach einer Ausführungsform des Verfahrens bestehen die Formlinge nach der ersten Stufe aus Quadern mit sechs rechtwinklig zueinander stehenden Flächen oder aus runden oder andersartig begrenzten Scheiben mit parallelen Flächen. Man 2c kann die Quader einschichtig nebeneinanderlegen oder auch Quader oder Scheiben übereinanderlegen. In vielen Fällen ist es vorteilhaft, Quader nebeneinander- und übereinanderzulegen.

Im allgemeinen wird man zwar Formlinge gleicher chemischer Zusammensetzung und gleicher physikalischer Eigenschaften für die zweite und gegebenenfalls nachfolgenden Druckstufen einsetzen. Das Verfahren wird besonders wertvoll durch die Tatsache, daß man auch Formlinge verschiedener Be- _Jo schaffenheit zu einem einheitlichen Formstück vereinigen kann, wobei man zweckmäßig derart arbeitet, daß die Unterschiedlichen Formlinge regelmäßig gelagert werden, z. B, in Schichten.

So ist es also möglich, Kaltpreßlinge von verschiedenen Qualitäten zu einem Stück zu vereinigen, beispielsweise mit verschiedenen Farben, mit verschiedenen Molekulargewichten usw., und auf diese Weise Schichtkörper herzustellen mit besonderen Farbeffekten und besonderen Festigkeitseigenschaften.

In Sonderfällen ist es günstig, dem Polyäthylen andere Polvmere zuzumischen.

Für das Verfahren der Erfindung kommt in erster Linie hochmolekulares Polyäthylen in Frage, also z. B. Polyäthylen mit Molekulargewichten über 100 000, vorzugsweise über 500 000. Solches Polyäthylen wird durch Polymerisation von Äthylen nach dem Niederdruckverfahren nach Ziegler hergestellt.

Die angegebenen Molekulargewichte wurden auf viskosimetrischem Wege ermittelt.

Beispiel 1

Für den Versuch wurde Polyäthylen, das im Niederdruckverfahren nach Ziegler hergestellt worden war und ein viskosimetrisch bestimmtes Molekulargewicht von 1 100 000 besaß, verwendet.

760 g dieses hochmolekularen Polyäthylens mit einer durchschnittlichen Korngröße von 100^ wurden in eine Form von 20 cm Breite und 20 cm Länge gegeben. Die Masse wurde bei einem spezifischen Druck von 100 kg/cm² bei Raumtemperatur kalt gepreßt, wobei Formlinge der Abmessungen 20 · 20 · 2,8 cm erhalten wurden.

Zwanzig dieser Formlinge wurden nunmehr zu je fünf in einer Reihe in einer Form von 100 · 80 cm nebeneinandergelegt. Die Form wurde bei einer Temperatur von 150° C in einer mit heizbaren Preßplatten ausgestatteten Presse 6 Stunden lang dem spezifischen Druck von 10 kg/cm² ausgesetzt. Nach dem Kühlen erhielt man eine etwa 1,5 kg schwere Platte aus plastifiziertem Polyäthylen. Diese Platte war völlig homogen. An den Nahtstellen zwischen den ursprünglichen Preßlingen konnten im später gesinterten Gesamtstück die gleichen Festigkeitseigenschaften gemessen werden wie bei den umliegenden Teilen.

Die Herstellung der Platten von 100 · 80 cm erfolgte nach einer anderen Ausführungsform derart, daß die Kaltpreßlinge der ersten Druckstufe in einem Wärmeschrank unter Schutzgasatmosphäre auf 160⁰C erwärmt wurden. Anschließend wurden die heißen Scheiben in der vorgewärmten Form 100 · 80 cm nebeneinandergelegt und in einer nicht geheizten oder nur schwach geheizten Presse gepreßt. Es fielen auch hier Platten mit den gleichen guten Eigenschaften an.

Beispiel 2

Das im Beispiel 1 verwendete Polyäthylen mit einem viskosimetrisch bestimmten Molekulargewicht von etwa 1 100 000 wurde auch hier verwendet. 38 kg dieses Materials wurden kalt in einer Form von 50 cm Breite und 80 cm Länge bei einem spezifischen Druck von 130 kg/cm² gepreßt. Es wurden hierbei Vorpreßlinge von einer Stärke von 14,2 cm erhalten.

Die Kaltpreßlinge wurden in einer heizbaren Presse bei einem Druck von 10 kg/cm² etwa 8 Stunden

ng bei einer Temperatur von 160° C zu Platten ausgepreßt. Anschließend wurden die heißen Platten aufeinandergelegt und ohne weitere Wärmezufuhr etwa 20 Minuten lang bei einem spezifischen Druck von 18 kg/cm² gepreßt. Erhalten wurde ein 152 kg schwerer Block aus Polyäthylen mit den Abmessungen 50-80-32cm.

Der Block war völlig homogen. Er zeigte an den Nahtstellen keine Verminderung der Festigkeitseigenschaften.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpem aus plastifiziertem Polyäthylen, gegebenenfalls in Mischung mit anderen Polymeren in mindestens zwei Druckstufen, wobei man in der ersten Druckstufe ohne Temperaturerhöhung aus feinteiligem Material formbeständige Formlinge herstellt, die anschließend in einer zweiten Druckstufe nach oder unter Erhitzen plastifiziert werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Formlinge aus der Druckstufe 1 gemeinsam in Stufe 2 mit mindestens einer Fläche so aneinandergelegt werden, daß sie nach der hier erfolgenden Behandlung ein einheitliches Formstück bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stufe mit einem Druck gepreßt wird, der mindestens das 5fache des Druckes in der zweiten Stufe beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Polyäthylene mit Molekulargewichten von mindestens 100 000, vorzugsweise mindestens 500 000, Anwendung finden, die durch Polymerisation von Äthylen bei Drücken unterhalb etwa 100 atü und Temperaturen bis etwa 100⁰C unter Verwendung von Katalysatoren, die aus Gemischen von metallorganischen Verbindungen, insbesondere Aluminiumalkyl-

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Verbindungen, mit Metallverbindungen der IV. deutsche Patentanmeldung F 7727 X/39a (bekannt-

bis VI. Nebengruppe des Periodischen Systems, gemacht am 2. 7. 1953);

insbesondere mit Titanverbindungen, beispiels- Patentschrift Nr. 1431 des Amtes für Erfindungsweise Titantetrachlorid, bestehen, erhalten werden. und Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone

5 Deutschlands;

USA.-Patentschrift Nr. 1 716 379;

In Betracht gezogene Druckschriften: Zeitschrift Angewandte Chemie. 67 (1955), S. 541

Deutsche Patentschrift Nr. 245 148; bis 547.

ι 209 510/404 2.62