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Verfahren zum Herstellen von Zellkörpern aus Polyvinylchlorid Zusatz
zur Anmeldung: V 23078 IV c/39 b -Auslegeschrift 1 254 863 Gegenstand der Patentanmeldung
V 23078 IVc/39b (deutsche Auslegeschrift 1 254 863) ist ein Verfahren zum Herstellen
von Zell körpern aus einem Gemisch aus einem Plastisol von Polyvinylchlorid in üblichen
Weichmachern, 1 bis 80io eines gegebenenfalls in situ gebildeten Alkalisalzes einer
Fettsäure mit 12 bis 24 Kohlenstoffatomen sowie 0,2 bis 1,8 01o Wasser, wobei die
Prozentangaben auf das Gewicht des Plastisols bezogen sind, durch Schlagen und Gelieren,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß man zur Herstellung des Plastisols Weichmacher
verwendet, die das Alkalisalz der Fettsäure, gegebenenfalls in situ gebildet, bereits
enthalten.
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Es wurde nun gefunden, daß es besonders vorteilhaft ist, wenn man
eine Emulsion aus 2 bis 16 Gewichtsteilen des Alkalisalzes, 0,4 bis 3,6 Gewichtsteilen
Wasser und 1 bis 4 Gewichtsteilen des Weichmachers herstellt, 6 bis 30 Gewichtsteile
dieser Emulsion mit 54 bis 95 Gewichtsteilen des Weichmachers vermischt, anschließend
60 bis 125 Gewichtsteile dieses Gemisches mit 100 Gewichtsteilen Polyvinylchlorid
zu einem Plastisol verarbeitet, schlägt und geliert.
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Zellkörper aus Polyvinylchlorid mit offenen wie mit geschlossenen
Zellen werden aus einem Plastisol hergestellt, und zwar durch Schäumen desselben
und anschließendes Erhitzen zur Gelbildung und Homogenisierung der Schaumstoff-
bzw. Zellenstruktur.
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Der Schaum wird im allgemeinen nach einem von drei Verfahren hergestellt.
Bei dem Preß-Gasverfahren wird ein Gas, wie z. B. Kohlendioxyd oder Stickstoff,
in dem Plastisol unter Druck gelöst. Beim Nachlassen des Druckes schäumt das gelöste
Gas in dem Plastisol unter Bildung eines Vinylschaumstoffes mit geschlossenen Zellen.
Bei einem anderen Verfahren werden chemische Treibmittel verwendet, welche sich
in dem Plastisol unter Freisetzung eines Gases, wie z. B.
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Stickstoff, zersetzen, wobei der Schaum gebildet wird.
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Bei dem Hauptverfahren zur Herstellung von Polyvinylchloridschaum
wird ein Plastisol zur Inkorporierung von Luft mechanisch geschlagen bzw. zu Schaum
geschlagen.
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Die Hauptnachteile des Preß-Gasverfahrens bestehen darin, daß die
Anwendung der verhältnismäßig teuren Bombengase, eine teure Kühlanlage zur genauen
Tieftemperatursteuerung und eine komplizierte Hochdruckapparatur erforderlich sind.
Die Anwendung chemischer Treibmittel ist insofern nachteilig, als diese teuer sind
und das Verfahren schwer zu steuern ist, was zu Schaumstoffen führt, die hinsichtlich
Zellstruktur, Dichte und Dicke nicht gleichförmig sind. Das gegenwärtige mechanische
Schlagverfahren ist für Leichtstoffschäume nicht zufrieden-
stellend, weil das geschäumte
Plastisol dazu tendiert, vor oder während seiner Homogenisierung zusammenzubrechen,
so daß der Querschnitt des erhaltenen Schaumes nicht gleichförmig ist und die Zellengrößen
variieren.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden diese Nachteile vermieden.
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Neben Polyvinylchlorid kann, wenn man die Homogenisierungstemperatur
erniedrigen will, ein Teil, und zwar eine Menge bis zu etwa 30 Gewichtsprozent des
Vinylchloridhomopolymerisatharzes durch ein Vinylchloridmischpolymerisatplastisolharz
ersetzt bzw. mit diesem vermischt werden.
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Der flüssige Weichmacher wird innerhalb des anspruchsgemäßen Bereiches
in verschiedenen Mengen, abhängig von der Art des Weichmachers und dem PVC angewandt.
Geeignete übliche Weichmacher sind Dioctylphthalat oder Di-(2-äthylhexyl)-phthalat,
Butyldecylphthalat, Dicaprylphthalat, Butylbenzylphthalat, Dioctyladipinsäureester,
Dioctylsebacinsäureester, Tricresylphosphat, Trioctylphosphat, Cresyldiphenylphosphat,
Acetyltributylcitrat, Dipropylenglycoldibenzoat, Weichmacher vom Epoxydtyp, polymere
Weichmacher
und Butadien-Acrylnitril-Mischpolymerisate. Im allgemeinen werden diese Weichmacher
miteinander in Form zusammengesetzter Weichmachersysteme angewandt.
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Bei der Wahl des Weichmachers soll seine Wirkung auf die Rheologie
des Plastisols und seine Fähigkeit Luft zu halten bzw. freizugeben berücksichtigt
werden.
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Die Erfahrung hat gezeigt, daß eine Plastisolviskosität von 1500 bis
10000 cP, gemessen mit einem Brookfield-Viskosimeter bei 30 Umdrehungen pro Minute
und mit einer Spindel Nr. 4, in dem Verfahren der Erfindung zufriedenstellend angewandt
werden kann.
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Unterhalb dieser unteren Viskositätsgrenze wird die Fähigkeit des
Plastisols Luft zu halten verringert.
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Oberhalb dieser oberen Viskositätsgrenze wird es wesentlich schwieriger,
das Plastisol weiterzuleiten.
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Das Plastisol muß die Eigenschaft besitzen, beim Rühren dünner zu
werden. Mit Hilfe eines Brookfield-Viskosimeters können die Fließeigenschaften -
durch Messungen mit zwei Spindelgeschwindigkeiten geprüft werden. Thixotrope Plastisole
zeigen bei der höheren Spindelgeschwindigkeit eine Viskositätsverringerung.
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Newtonsche Plastisole ergeben bei jeder Geschwindigkeit etwa dieselben
Werte. Sowohl thixotrope als auch Newtonsche Plastisole können in dem Verfahren
der Erfindung zufriedenstellend verwendet werden. - Dilatante Plastisole zeigen
jedoch bei der größeren Spindelgeschwindigkeit eine Viskositätssteigerung und sind
schwierig in dem Verfahren anzuwenden. -Ein Luft gut freigebender Weichmacher, wie
er für viele Plastisolanwendungen - erforderlich ist, ist für das vorliegende Verfahren
nicht wünschenswert, weil bei dem Verfahren der Erfindung~ die Luft mechanisch Fa
das Plastisol eingeschlagen wird Die Plastisole können ferner gegebenenfalls verschiedene
konventionelle Zusätze enthalten. Gewöhnlich sind übliche Hitze- und Lichtstabilisatoren
anwesend, und zwar Blei-, Zinn-, Zink-, Cadmium- und Bariumverbindungen oder Komplexe.
Die Hitze und Lichtstabilisatoren sind normalerweise in dem Plastisol in einer Menge
von etwa 0,5 bis 6 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile PVC anwesend, insbesondere
in einer Menge von etwa 1 bis etwa 4 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile PVC.
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Zur Verringerung der Kosten des fertigen Schaumes und zur Modifizierung
seiner Eigenschaften können weiterhin übliche Füllstoffe zugegeben werden, wie Kalciumcarbonat,
Talkum oder wäßriges Magnesiumsilicat, im allgemeinen in einer Menge bis zu etwa
10 Gewichtsteilen Füllmittel pro 100 Gewichtsteile PVC.
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Wird ein gefärbter PVC-Schaum gewünscht, so werden Farbstoffe oder
farbechte Pigmente gewöhnlich in einer Menge von etwa 1 Gewichtsteil pro 100 Gewichtsteile
PVC zugegeben.
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Die Plastisole enthalten häufig organische, nicht seifige Oberflächenbehandlungsmittel
als Viskositätsreglersubstanzen, wie die nicht ionischen, anionischen und kationischen
nicht seifigen Oberflächenbehandlungsmittel, z. B. Polyäthylenglykolmonolaurat,
Tertiärain-Äthylenoxyd-Kondensationsprodukte mit einem primären Amin der Fettsäurereihe
(Sojabohnen); und eine Kombination eines Kokosnuß-Fettsäureamin-Kondensats und eines
besonderen Arninsulfonats in Mengen von etwa 0,4 bis etwa 12 Gewichtsteilen pro
100 Gewichtsteile PVC.
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Typische Beispiele für erfindungsgemäß verwendete Alkaliseifen, d.
h. Alkalisalze gesättigter oder unge-
sättigter Fettsäuren oder deren Mischungen
mit 12 bis 24 Kohlenstoffatomen sind die Kalium- und Natriumsalze der Laurin-, Myristin-,
Palmitin-, Stearin-, Ö1-, Linol- und Linolensäuren.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die die Alkaliseife und
Wasser und Weichmacher enthaltende Emulsion gemischt, bis die Mischung glatt und
gleichförmig ist und bis sich die seifenbildende Base und die Fettsäure unter in
situ Bildung der Seife umgesetzt haben. Das Vermischen kann mit einem Propellermischer
oder mit stark scherenden Mischern erfolgen.
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Das Plastisol wird gebildet durch Zugabe der Emulsion zu dem weiter
erforderlichen Weichmacher und Vermischen mit dem Polyvinylchlorid bis zur Einheitlichkeit.
In dieser Weise hergestellte Plastisole können sofort angewandt werden, oder sie
können gegebenenfalles bis zu 7 Wochen oder länger gelagert werden, da sie während
der Lagerung im wesentlichen konstante Fließeigenschaften besitzen.
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Das Plastisol wird zur Inkorporierung von Luft wie üblich mechanisch
gerührt bzw. zu Schaum geschlagen.
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Die normale Schäumtemperatur liegt zwischen etwa 18 und etwa 45°C.
Nach der Bildung des Schaumes in der gewünschten Form und Verformen wird zur Gelierung
und Homogenisierung etwa 30 Sekunden bis etwa 4 Stunden auf eine Temperatur von
etwa 143 bis etwa 185°C erhitzt. Das Gelieren kann als getrennte Operation durch
Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 60 bis etwa 88°C während etwa 10 Sekunden
bis etwa 2 Stunden erfolgen.- Während der Gelierung quillt der flüssige Schaum geringfügig
(10 bis 12 0/e), da die Wärme die Luft im Inneren der diskreten oder geschlossenen
Zellen ausdehnt und der flüssige Schaum zu-einem. weichen Gel erstarrt. Die Homogenisierung
kann als getrennte Operation durch weil teres Erhitzen auf eine Temperatur von etwa
143 bis etwa 185°C während etwa 20-Sekunden bis etwa 4 Stunden erfolgen. Für das
Gelbildungs- und Homogenisierungsverfahren sind Hochfrequenzerwärmung oder dielektrische
Erwärmung, Strahlungserwärmung oder Erwärmung mit zirkulierender heißer Luft geeignete
Maßnahmen. Die Erwärmungstemperatur und -zeit werden natürlich mit den in dem Plastisol
anwesenden Komponenten und der Dicke und Dichte des Schaumes variieren. Nach dem
Erwärmen wird der homogenisierte Schaum auf Zimmertemperatur abgekühlt.
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Beispiel Die unten folgenden Materialien wurden miteinander in der
angegebenen Reihenfolge zur Herstellung eines phasenstabilen flüssigen Schäumhilfsmittels
bzw. einer schaumstabilisierenden Emulsion A vermischt.
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Emulsion A Bestandteile - Gewichtsteile Butylbenzylphthalat............
2,0 Polyäthylenglycolmonolaurat ...... 2,0 Kaliumhydroxyd (50°/Oige wäßrige Lösung)
2,8 Ölsäure ....................... 7,0 Stabilisator * :,. . . . . . . . . ............
1,5 Stabilisator**................. 0,25 Gesamt 15,55 Stabilisator * = eine komplexe
Mischung von Barium-und Cadmiumverbindungen.
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Stabilisator ** = komplexe Mischung von Phosphit-und phenolischen
Verbindungen.
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Die EmulsionA wurde dann mit verschiedenen Weichmachern vermischt,
und die erhaltenen Mischungen wurden mit Dispersions-PVC zur Bildung der folgenden
Plastisole vermischt: Plastisole
| Bestandteile Gewichtsteile |
| dispersions-Polyvinylchlorid........................ 100,0
100,0 100,00 100,0 85 70 |
| Disperisons-Vinylchlorid-Mischpolymersiat........... - - -
- 15 30 |
| Dipropylenglycoldibenzoat........................... 46,4 -
36,7 - 46,4 46,4 |
| Butylbenzylphthalat................................. - 46,4
- 45,0 - - |
| Dicaprylphthalat ................................... 19,3 19,3
- 9,8 19,3 19,3 |
| Dioctylphthalat..................................... - - 29,0
- - - |
| Tricresylphosphat................................... - - -
29,4 - - |
| Weichmacher vom Epoxydtyp .............. . 19,3 19,3 19,3 1
19,3 19,3 |
| Emulsion A (oben) ............ ............ 15,0 15,0 15,0
15,8 15,0 15,0 |
| Seife, %............................................ 3,83 3,83
3,83 4,04 3,83 3,83 |
| Wasser, %........................................... 0,893
0,93 0,893 0,94 0,893 0,893 |
| Gesamt... 200 200 200 200 200 200 |
Die erfindungsgemäß hergestellten Zellkörper sind formbeständig und fühlen sich
weich an. Farbbeständigkeit und Alterungseigenschaften sind hervorragend. Anorganische
Säuren und Alkalien haben keine nachteiligen Effekte. Sie sind beständig gegen Öle,
Alkohole und aliphatische Kohlenwasserstoffe.
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Vor allem aber sind, wie eine mikroskopische Vergleichsuntersuchung
zeigte, Querschnitt und Zellengrößen der erfindungsgemäß hergestellten Zellkörper
wesentlich gleichförmiger als bei den bekannten Zellkörpern.