DE1164649B - Verfahren zur Herstellung von masshaltigen Formteilen aus Polyvinylchloridschaum - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: B29d

Deutsche Kl.: 39 a3-27/00

Nummer: 1164 649

Aktenzeichen: C 19041 X/39 a3

Anmeldetag: 22. Mai 1959

Auslegetag: 5. März 1964

Es ist bekannt, daß sich weiche Kunststoff-Schaumstoffe aus einer treibmittelhaltigen Polyvinylchloridpaste herstellen lassen, indem man die Kunststoffmischung in einer gasdicht verschlossenen Form aufheizt, um das Treibmittel zur Reaktion zu bringen und die Gelierung des Kunststoffes zu bewirken, die Mischung in der Form auf eine Temperatur unter etwa 70° C abkühlt, den gashaltigen Rohling entformt und in einer zweiten Stufe durch nochmalige Wärmeeinwirkung zu einem Schaumstoff expandiert. Man kommt nach diesem Verfahren zu einem geschlossenzelligen Weichpolyvinylchlorid-Schaumstoff. Dieses Hochdruckverfahren hat verschiedene Nachteile: Man benötigt einen hohen Anteil relativ teurer Treibmittel. Zur Aufnahme des Schließdruckes sind schwere Formen sowie üblicherweise auch Pressen erforderlich, und der zweistufige Prozeß ist zeitraubend. Es ist schwierig, nach diesem Verfahren absolut maßhaltige Formteile herzustellen, da das Expansionsverhältnis der Teile nie gleich ausfällt und da ferner die geschlossenzelligen Schaumstoffe bei Dauerbelastung oder auch bei nicht optimal gewählten Expansionsbedingungen gewisse Schrumpfungserscheinungen zeigen.

Andererseits erweist es sich bei dem Hochdruckverfahren als vorteilhaft, daß dieses in bezug auf die Zusammensetzung der Ausgangsmischung verhältnismäßig anspruchslos ist. Man kommt bei der Herstellung des Weichpolyvinylchlorid-Schaumstoffes mit nahezu allen bekannten Polyvinylchloridtypen, Weichmachertypen sowie allen stickstoffabgebenden Treibmitteln, sofern deren Reaktionstemperatur zwischen etwa 100 und 170° C liegt, zu einem Schaumstoff.

Die Unwirtschaftlichkeit des Hochdruckverfahrens und die technischen Mängel des nach diesem Verfahren herzustellenden Schaumstoffes führten zur Entwicklung von Rezepturen und Treibmitteln, die in optimaler Kombination bei Erwärmung unter Atmosphärendruck abgeschäumt und zu einem Schaumstoff fixiert werden können. Dadurch kommt man in einem einstufigen Prozeß zu einem in der Regel offenzelligen Schaumstoff. Es wurde auch versucht, diese drucklos zu verarbeitenden Mischungen in offene Formen zu gießen und darin zwecks Ausschäumung zu erhitzen, um auf diesem Weg offenzellige Schaumstoff_TFormteile zu erhalten.

Trotz der Vorteile dieses drucklosen Verfahrens, die in dem verhältnismäßig geringen apparativen Aufwand und in einer beträchtlichen Verringerung des Treibmittelgehaltes auf etwa 5% liegen, machen sich dabei oft die hohen Ansprüche, welche an die Verfahren zur Herstellung von maßhaltigen
Formteilen aus Polyvinylchloridschaum

Anmelder:

Chemische Werke Hüls Aktiengesellschaft,

Marl (Kr. Recklinghausen)

Als Erfinder benannt:

Dr. Georg Wick,

Dipl.-Ing. Dankwart Homann,

Erhard Graf, Hamm über Mari

(Kr. Recklinghausen)

Rezeptur gestellt werden, nachteilig bemerkbar. Es kommt darauf an, die Zusammensetzung der Mischung so zu wählen, daß ihr Gelierbereich genau auf die Reaktionstemperatur des Treibmittels abgestimmt ist. Schon fabrikationsmäßig bedingte geringe Schwankungen in der Qualität der Grundkomponenten können zu empfindlicher Beeinträchtigung des Verschäumungsablaufes führen. Am unangenehmsten aber macht sich diese Empfindlichkeit der Aufschwämmungsreaktion bemerkbar, wenn man Formen nach diesem drucklosen Verfahren ausschlämmen will. Es zeigt sich, daß sich dabei, vor allem bei der Herstellung von Teilen mit unterschiedlichen Querschnitten, z. B. Spielzeugfiguren, eine mangelhafte Zellstruktur ausbildet, die von ungleichmäßig geformten groben Blasen bis zu kaum expandierter, glasiger Zellstruktur im gleichen Formteil reichen kann. Ein weiterer Nachteil ist die meist relativ geringe Reiß- und Abriebfestigkeit dieser drucklos hergestellten Kunststoff-Schaumstoffe, die sich aus der zerklüfteten Struktur der Zellwände erklären läßt.

Man hat auch versucht, die Mischung außerhalb der Form unter Druck mit einem Gas zu sättigen und dann als Schaum in den Formhohlraum einzudrücken bzw. die gasgesättigte Mischung während des Eindrückens in die Form aufschäumen zu lassen. Auch dieses Verfahren bringt eine sehr unregelmäßige Zellstruktur infolge Entmischung der Paste, die namentlich bei der Herstellung von Teilen eintritt, in denen der Schaum komplizierte Fließwege in der Form zurücklegen muß.

Es ist weiterhin bekannt, daß die Ansprüche, welche an die Rezeptur gestellt werden, geringer sein können und daß die erwähnten Nachteile sich weit weniger bemerkbar machen, wenn man die Ausgangsmischung drucklos oder unter geringem Gegen-

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druck durch Erwärmen in der Form bis zur Ausschäumung des Formhohlraumes ansteigen läßt und dann den Schaum in der verschlossenen Form unter dem sich infolge der Wärmedehnung des Kunststoffes, des Gases und der weiteren Reaktion des Treibmittels entwickelten Überdruckes durch weitere Erwärmung ausgeliert. Unter diesem Überdruck, der zwischen 1 und 10 atü liegen kann, bildet sich eine besonders gleichmäßige und reißfeste Schaumstoffstruktur aus. Die Luft, welche in der Form verbleibt, die je nach der gewünschten Dichte des Schaumstoffes nur zu 10 bis 60% mit der treibmittelhaltigen Mischung gefüllt ist, wird mit dem Anschäumen der Mischung aus dem Formhohlraum,

Es ist möglich, die geforderte Verzögerung der Gelierung einer Paste bis zur vollendeten Ausschäumung der Form sowohl durch Verwendung höher gelierender Weichmacher und/oder höher gelierender Polyvinylchloridtypen und/oder die Gelierung verzögernder Zusätze als auch durch Kombinationen von Treibmitteln, die verschiedene Zersetzungspunkte haben, zu erreichen. Mit dieser Staffelung der Zersetzungsbereiche läßt sich ein allmähliches, ziemlich kontinuierliches Aufschäumen erreichen. Verwendet man nur ein Treibmittel, zersetzt dieses sich bei schneller Aufheizung ziemlich rasch, bildet infolge des plötzlichen Aufschäumens eine unregelmäßige Zellstruktur und läßt den Schaumstoff infolge

der bis zur Ausschäumung nur lose verschlossen ist, 15 der frei werdenden Zersetzungswärme schnell geherausgedrängt. Dies ist möglich, sofern an der Form lieren. Dadurch kann das Luftpolster nicht mehr auf-Entlüftungsventile anzubringen sind oder wenn eine genommen werden. Führt man der Mischung die zweiteilige Form in ihrem Unterteil den Formhohl- Wärme vorsichtig zu, um das Treibmittel langsam zu raum enthält, ihr Oberteil aber nur als flacher Deckel zersetzen, besteht die Gefahr, daß der Schaumstoff ausgebildet ist. Bei waagerecht gehaltener Trenn- 20 unter der dann relativ langen Wärmeeinwirkung fläche und lose aufgelegtem Deckel wird auch hier bereits vor der Ausschäumung des Formhohlraumes die Luft zwischen den Trennflächen der Form mit so weit angeliert, daß das Luftpolster ebenfalls nicht dem Anschäumen der treibmittelhaltigen Paste her- voll aufgenommen wird.

ausgeschoben. Nach vollendeter Anschäumung und Geeignete, bei höherer Temperatur gelierende

Verschließen der Form verschweißt ein zweiteiliger 25 Weichmacher sind beispielsweise Dinonylphthalat, Mantel fehlerlos. Viele Formteile jedoch, z. B. Auto- Diisodecylphthalat sowie die Polymerweichmacher, armstützen, erfordern zu ihrer Herstellung eine zwei- Als die Gelierung verzögernde Zusätze können die' teilige Form, die in Unter- und Oberteil einen gleich- bekannten Extender, wieOktylstearat, Dibenzyltoluol, mäßig großen Hohlraum besitzt. Will man die ge- Verwendung finden. Eine geeignete Treibmittelkomschlossene Form bei waagerecht gehaltener Trenn- 30 bination besteht z. B. aus 0,5 bis 1 Teilen, bezogen fuge mit der vom Formunterteil aus anschäumenden auf 100 bis 120 Teile Polyvinylchloridpaste, eines

sich bei etwa 60° C zersetzenden Treibmittels, wie Ammoniumcarbonat oder Ammoniumbicarbonat, und 3 bis 5 Teilen eines Sulfhydrazides, wie Diphe-35 nylsulfon-3,3'-disulfohydrazid und Benzolsulfohydrazid, die zwischen 90 und 160° C reagieren. Steigert man den Gehalt an Treibmittel der ersten Zersetzungsstufe weiter, entsteht infolge der zu heftigen Reaktion eine Schaumstoff struktur mit zunehmenden stellen kann, wenn man die Form zu 10 bis 6O^fl/o mit 40 Fehlstellen,
einer Mischung füllt, die bis zum vollständigen Aus- Weiterhin kann man die Gelierung verzögern,

schäumen der Form flüssig genug bleibt, um die im wenn man die Temperatur so steuert, daß im Bereich Formhohlraum eingeschlossene Luft aufnehmen zu der Angelierung die Wärme vorsichtig zugeführt können, anschließend die Mischung bei geschlossener wird, damit das Treibmittel zur Reaktion, die Paste Form weiter aufschäumt, daß sich ein Druck unter- 45 jedoch noch nicht zur Gelierung kommt. Auch hier-

Paste ausfüllen, bildet sich im Formoberteil, sobald der Schaum die Trennfuge der Form übersteigt, ein Luftsack, der als grobe Blase und Fehlstelle in dem Schaumstoff zurückbleibt.

Es wurde gefunden, daß man maßhaltige Formteile aus Polyvinylchloridschaum in einem einstufigen Prozeß aus einer weichmacher- und treibmittelhaltigen Polyvinylchloridmischung vorteilhaft herhalb von 10 atü einstellt, und bei diesem Druck und erhöhter Temperatur den Schaumstoff ausgeliert. Diese Arbeitsmethode bringt bei Benutzung von Formen, deren Hohlraum am Unterteil liegt und die mit einem flachen Deckel verschlossen werden, den Vorteil, daß man auch diese Formen von Anfang an verschließen kann und dadurch die sonst erforderliche Unterbrechung des Arbeitsprozesses vermeidet, die nach dem Herausschieben der Luft mit Vollendung der Ausschäumung beim Verschließen Form eintritt.

Grundlegende Bedingung für die Arbeitsweise ist, daß der ansteigende Schaum, insbesondere seine Oberfläche, lange genug, d.h. bis der Schaum die gegenüberliegende Formwandung berührt, ausreichend flüssig gehalten wird, um die Luft absorbieren zu können. »Verhornt« die Oberfläche des Schaumes infolge vorzeitiger Gelierung, bietet sie der unter Überdruck über ihr stehenden Luft einen zu hohen Durchlaßwiderstand. Es kommt zu den bekannten Fehlstellen zwischen Wand und Haut bzw. auch, sofern der ansteigende Schaum zu früh ausgeliert, zu groben Lunkern im Schaumstoff.

durch kann die Paste — allerdings nur in begrenztem Maße wegen der bereits erwähnten Gefahr der zu starken Angelierung bei längerer Wärmeeinwirkung — in genügend flüssigem Zustand aufschäumen und die Luft aufnehmen. Den Einfluß der Aufheizgeschwindigkeit auf die Beseitigung des Luftpolsters zeigt die Versuchsreihe in Beispiel 2. Der vorzeitigen Angelierung der Oberfläche des Schaumstoffes wirkt von Seiten der Heizbedingungen entgegen, wenn die der 55 Form einseitig von unten erwärmt wird, indem man sie nicht in ein allseitig die Form umschließendes Heizfutter, sondern auf eine flache Heizplatte stellt.

Beispiel 1

Zur Herstellung eines 240 mm langen und 30 · 40 mm im Querschnitt messenden Teiles verwendet man eine zweiteilige Aluminiumform mit 15 mm Wandstärke, die in halber Höhe des Formhohlraumes geteilt ist. Die Formhälften werden auf 100° C erhitzt und mit einer Mischung aus 50 Gewichtsteilen Dioktylphthalat und 50 Teilen Polyvinylchlorid ausgeschwenkt, so daß eine 0,5 mm starke

Polyvinylchloridhaut in den Formhälften haftenbleibt. Sodann füllt man die eine Formhälfte zu 30% des Volumens vom gesamten Formhohlraum mit einer treibmittelhaltigen Paste aus 50 Gewichtsteilen Polyvinylchlorid, 70 Gewichtsteilen Dinonyl- phthalat, 0,75 Gewichtsteilen Natriumbicarbonat, 5 Gewichtsteilen Diphenyl-3,3'-disulfohydrazid und 0,5 Gewichtsteilen Ammoniumbicarbonat, belegt die Trennflächen der Form zwecks gasdichten Verschlusses mit einer Weichdichtigung, verschraubt die Form mit der zweiten Formhälfte mittels vier eingelassener Stahlschrauben und stellt sie mit einer Ausgangstemperatur von 80° C in waagerechter Lage in ein mit elektrischen Heizpatronen ausgerüstetes Heizfutter, das auf eine konstante Temperatur von 190° C eingestellt ist. Nach 13 Minuten erreicht die Form eine Temperatur von 172° C, sie wird nach 18 Minuten aus dem Heizfutter herausgezogen, 20 Minuten lang in kaltes Wasser gehalten, und dann wird das Teil entformt. Es entsteht ein fehlerloser Schaumstoff mit gleichmäßig feiner Zellstruktur. Ohne den Zusatz von Ammoniumbicarbonat erhält man einen Schaumstoff, in dem sich die Luft zum großen Teil in Formen von groben Blasen niedergeschlagen hat.

Beispiel 2

25

Man füllt die im Beispiel 1 beschriebene Form zu 30% mit der treibmittelhaltigen Paste, taucht sie in ein auf 200° C gebrachtes, auf einer Heizplatte stehendes Flüssigkeitsbad. Die graphische Darstellung in der Abbildung zeigt den unterschiedlichen Temperaturanstieg der Form, wenn diese auf 65 oder 80° C vorgewärmt in das Flüssigkeitsbad eingelegt wird. Bei einer Ausgangstemperatur von 65° C (Kurve II) verläuft die weitere Aufheizung so vorsichtig, daß die Mischung durch Aufnahme des Gaspolsters den Formhohlraum fehlerlos ausschäumt. Sogar die Mischung des Beispiels 1 ohne Zusatz von Ammoniumbicarbonat läßt sich fast fehlerlos unter diesen Bedingungen verarbeiten. Bei einer Ausgangstemperatur der Form von 80° C (Kurve I) wird dagegen das Luftpolster vom Schaumstoff nicht aufgenommen, sondern als lange Blase zwischen Schaumstoff und Mantel in das Formteil eingeliert. Bei Einsetztemperaturen von 70 und 75° C ist die abnehmende Luftaufnahmefähigkeit der Paste an der schrittweisen Vergrößerung der Blase zu erkennen. Die Fehlstellen treten andererseits auch zunehmend auf, wenn man die Form mit einer Ausgangstemperatur von 50 oder 40° C in das ölbad einsetzt, weil dann die Verzögerung der Aufheizung zu groß wird und dadurch die Paste vor ausreichender Reaktion des Treibmittels zu stark angeliert.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von maßhaltigen Formteilen aus Polyvinylchloridschaum in einem einstufigen Prozeß aus einer weichmacher- und treibmittelhaltigen Polyvinylchloridmischung, dadurch gekennzeichnet, daß man die flüssige Mischung in einer zu 10 bis 60% mit dieser Mischung gefüllten, vorgewärmten und verschlossenen Form bis zur vollständigen Ausschäumung der Form unterhalb der Geliertemperatur der Mischung aufschäumt, worauf man bei dem dann in der Form herrschenden Druck unterhalb von 10 atü und erhöhter Temperatur den Schaumstoff ausgeliert.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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