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Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus schaumfrmigen Styrolpolymerisaten
Es ist bekannt, daß man Formkörper aus schaumförmigen Styrolpolymerisaten erhält,
wenn man feinteilige Styrolpolymerisate, die ein gasförmiges oder flüssiges Treibmittel
enthalten, in nicht gasdicht schließenden Formen auf Temperaturen oberhalb des Siedepunktes
des Treibmittels und des Erweichungspunktes des Polymerisates erhitzt. In der Technik
hat sich vor allem eine Arbeitsweise eingeführt, bei der die verschäumbaren treibmittelhaltigen
Teilchen in einer ersten Arbeitsstufe zunächst so lange erhitzt werden, bis sie
zu einem Haufwerk vom gewünschten SchUttgewicht aufgeschäumt sind. Diesen Vorgang
nennt man"Vorschkumen" Die vorgeschäumten Teilchen werden dann in einer nicht gasdicht
schließenden Form weiter erhitzt, so daß sie vollständig aufschäumen und zu einem
Formkörper versintern. Diese Arbeitsweise wird als "Ausschäumen bezeichnet.
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Beim Vor- bzw. Ausschäumen werden die Styrolpolymerisate am zweckmäßigsten
mit Wasserdampf erhitzt. Das Ausschäumen erfolgt im allgemeinen in feststehenden
Formen mit perforierten Wänden, die mit einem Dampfmantel umgeben sind. Man leitet
so lange Dampf in den Dampfmantel ein, der dann durch die perforierungen der Wände
in die Form eindringt, bis in der Form ein Druck
zwischen 0,5 bis
1,5 atü entsteht. Durch Veränderung des Druckes kann man die zum Aufschäumen benötigte
Temperatur einstellen.
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Das Ausschäumen der vorgeschäumten Teilchen, das zur Verschweißung
der Teilchen führt, wird durch das Ausdehnen der in den Zellen der vorgeschäumten
Teilchen enthaltenen Luft sowie Treibmittelreste und Wasserdampf beim Erhitzen bewirkt.
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Es hat sich Jedoch gezeigt, daß in vielen Fällen der beim Ausschäumen
sich in den Zellen einstellende Druck nicht ausreicht, die Teilchen an allen Stellen
des Formkörpers gleichmäßig und vollständig zu verschweißen. Erhöht man den Dampfdruck
und somit die Temperatur, so können leicht sogenannte Verbrennungen an verschiedenen
Stellen des Formkörpers entstehen. Hierdurch schrumpft der Formkörper, so daß er
nach dem Abkühlen nicht die gewünschten Abmessungen hat.
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Es wurde nun gefunden, daß man Formkörper aus schaumförmigen Styrolpolymerisaten
besonders vorteilhaft durch Erhitzen von feinteiligen vorgeschäumten Styrolpolymerisaten
in nicht gasdicht schließenden Formen auf Temperaturen oberhalb des Erweichungspunktes
der Styrolpolymerisate herstellen kann, wenn man die Styrolpolymerisate mit Gemischen
aus Wasserdampf und Luft erhitzt.
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Styrolpolymerisate im Sinn der Erfindung sind Polystyrol und Mischpolymerisate
des Styrols mit anderen o<,ß-ungesättigten polymerisierbaren Verbindungen, die
mindestens 50 Gewichtsteile Styrol einpolymerisiert enthalten. Als Mischpolymerisationskomponenten
kommen z.B. in Frage α-methylstyrol, kernhalogenierte
Styrole,
Acrylnitril, Ester der Acryl- oder Methacrylsäure von Alkoholen mit 1 bis 8 C-Atomen,
N-Vinylverbindungen, wie Vinylcarbazol, oder auch geringe Mengen an Verbindungen,
die zwei polymerisierbare Doppelbindungen enthalten, wie Butadien, Divinylbenzol
oder Butandioldiacrylat.
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Die Styrolpolymerisate enthalten in homogener Verteilung ein Treibmittel.
Als Treibmittel für die Styrolpolymerisate eignen sich z.B. unter Normalbedingungen
gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe oder Halogenkohlenwasserstoffe, die
das Styrolpolymerisat nicht lösen und deren Siedepunkte unter dem Erweichungspunkt
des Polymerisates liegen. Geeignete Treibmittel sind z.B.
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Propan, Butan, Pentan, Hexan, Cyclohexan, Dichlordifluormethan und
Trifluorchlormethan. Die Treibmittel sind in den Styrolpolymerisaten 1 allgemeinen
in Mengen zwischen 2 und 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polymerisat, enthalten.
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Die feinteiligen Styrolpolymerisate sind zweckmäßig auf das 10- bis
50-fache ihres ursprünglichen Volumens vorgeschäumt.
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Das Verschäumen wird z.B. nach bekannten Verfahren durch Erhitzen
der treibmittelhaltigen Teilchen mit strömendem Wasserdampf vorgenommen.
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Das Erhitzen der feinteiligen vorgeschäumten Styrolpolymerisate wird
in nicht gasdicht schließenden Formen vorgenommen. Unter nicht gasdicht schließenden
Formen sind solche Formen zu verstehen, aus denen Gase, z.B. Luft, nicht aber das
auf schäumende Polymerisat entweichenkmnen. Von der Verwendung von Gemischen aus
Wasserdampf und Luft und den einzuhaltenden Temperaturen abgesehen, wird das Verfahren
in gleicher Weise durchgeführt wie
bekannte Verfahren zum Ausschäumen
vorgeschäumter Styrolpolymerisaite, bei denen lediglich Wasserdampf als Heizmedium
verwendet wird.
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Man erhitzt die feinteiligen Styrolpolymerisate zweckmäßig mit einem
Wasserdampf-Luft-Gemisch> das eine Temperatur von 10P bis 1400C, vorteilhaft
115 bis 1250C hat. Das Gemisch enthält zweckmäßig zwischen 90 bis 50 Volumenteile
Wasserdampf und 10 bis 70 Volumenteile Luft.
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Zum Erhitzen der Teilchen wird das Gemisch aus Wasserdampf und Luft
in die Form eingeblasen, und zwar so lange, btx sich der gewünscht Druck in der
Form eingestellt hat.
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Dabei wird zwecksmäßig so verfahren, daß man heißen Dampf aus dem.Dampferzeugungssystem
entnimmt und mit kalter Luft mischt, so daß eine Mischung mit der gewünschten Temperatur
entsteht.
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Nach einer besonders zweckmäßigen Arbeitsweise erhitzt man Form und
in ihr enthaltene Polystyrolteilchen zunächst mit Wasserdampf, bis am Kondensatableitungsrohr
Dampf auszuströmen beginnt, und leitet dann das Gemisch aus Dampf und Luft in die
Form ein.
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Es hat sich gezeigt, daß bei erfindungsgemäßer Verwendung von Gemlschen
aus Wasserdampf und Luft zum Ausachäumen vorgeschäumter Teilchen ein höherer Expansionsdruck
in den Zellen der vorgeschäumten Styrolpolymerisate entsteht als bei Verwendung
von reinem Wasserdampf. Der erhöhte Expansionsdruck bewirkt, daß sich die Teilchen
gleichmäßig und vollständig zu dem Formkörper verschweißen, wobei die Gefahr des
Schrumpfens nicht auftritt und keine Verbrennungen an der Oberfläche des Formkörpers
auftreten.
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Es ist außerdem ein besonderer Vorteil, daß man Formkörper, die
nach
dem Verfahren der Erfindung hergestellt sind, nach wesentlich kürzeren Kühlzeiten
entformen kann als solche, die nach bekannten Verfahren erhalten wurden. Die Formkörper
enthalten außerdem nach dem Abkühlen vergleichsweise geringe Mengen an Wasser.
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Beispiel Eine kastenförmige Form mit den Ausmaßen 100 x 50 x 25 cm,
die perforierte Wände hat und mit einem Dampfmantel umgeben ist, wird mitvorgeschäumtem
Polystyrol vollständig gefüllt. Das vorgeschäumte Polystyrol hat ein Schüttgewicht
von 25 g/l, es wurde durch Erhitzen von perlförmigem Polytyrol, das 6 « Pentan als
Treibmittel enthält (durchschnittlicher Perldurchmesser 1,2 mm) mit Dampf erhalten,
Die Form ist mit einem Kondensatablaßventil versehen.
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Nach dem Schließen der Form wird zunächst so lange Dampf von 2,5 atü
Vorspannung in die Form eingeblasen, bis aus dem Kondensatablaßventil kein Kondenswasser
mehr austritt. Danach wird das Dampfablaßventil geschlossen und ein Gemisch aus
60 Volumenteilen Wasserdampf und 40 Volumenteilen Luft so lange in die Form eingepreßt,
bis sich ein Druck von 2,1 atü einstellt. Die Temperatur steigt im Innern der Form
auf 1200C. Nach etwa 30 Sekunden wird das Kondensatablaßventil geöfrnet und der
Dampfmantel entspannt. Der erhaltene Formkörper kann nach einer Kühlzeit von 20
Minuten entformt werden. Der Formkörper enthält etwa 5,5 Gewichtsprozent Wasser.
Di einzelnen Polystyrolteilchen sind zu einem homogenen Gefüge verschweißt.
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Arbeitet man unter gleichen Bedingungen, Jedoch mit reinem Wasser
dampf anstelle des Dampf-Luft-Gemisches, so wird ein Formkörper
erhalten,
der 11 Gewichtsprozent Wasser enthält. Es kann erst nach einer Kühlzeit von 35 Minuten
entformt werden. Außerdem ind die Polystyrolteilchen nicht an allen Stellen des
Formkörpers gleichmäßig verschweißt.