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Verfahren zur Herstellung von Schaumstofformkörpern Nach einem Verfahren,
das sich in der Technik besonders gut eingeführt hat, stellt man Formkörper aus
schaumförmigen Styrolpolymerisaten durch Expandieren feinteiliger Styrolpolymerisate
in Formen her. Bei diesem Verfahren werden die feinteiligen Styrolpolymerisate zunächst
mit Wasserdampf oder heißen Gasen auf Temperaturen oberhalb ihres Erweichungspunktes
erhitzt, so daß sie zu einem losen Haufwerk aufschäumen. Dieser Arbeitsgang wird
als Vorschäumen bezeichnet. Vorgeschäumte Styrolpolymerisate werden zunächst gelagert
und anschließend in einer perforierten druckfesten Form durch erneutes Erhitzen
mit Heißdampf weiter aufgeschäumt, so daß sie zu einem Formkörper versintern, der
in den Dimerlsionen dem Innenhohlraum der verwendeten Form entspricht.
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Die erforderliche Zwischenlagerungszeit richtet sich nach dem Raumgewicht
der vorgeschäumten Teilchen. Für vorgeschäumtes Maserial mit einem Raumgewicht von
etwa 20 g/l ist eine Lagerzeit von ; lenr als 5 Stunden erforderlich.
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Dieser zweite Arbeitsgang wird als Ausschäumen oder Fertigschäumen
bezeichnet. Nach dem Ausschäumen kühlt man den erhaltenen Formkörper innerhalb der
Form. Es muß so lange gekühlt werden, bis auch das Innere des Formkörpers auf Temperaturen
unterhalb des Erweichungspunktes abgekühlt ist. Entnimmt man den Formkörper vorzeitig
der Form, so kann eine Verformung eintreten. Da schaumförmige Kunststoffe gute Isolatoren
sind; werden zum Abkühlen der Formkörper relativ lange Kühlzeiten benötigt.
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Es wurde nun gefunden, daß man Schaumstofformkörper durch Erhitzen
von vorgeschäumten expandierbaren Styrolpolymerisaten in Formen, die nicht gasdicht
schließen, auf Temperaturen oberhalb ihres Erweichungspunktes besonders vorteilhaft
herstellen kann, wenn man vorgeschäumte Styrolpolymerisate verwendet mit einem Schüttgewicht
unter 35 g/l, in deren Zellen ein geringerer Druck als Atmosphärendruck herrscht.
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Styrolpolymerisate im Sinn der Erfindung sind Polystyrol und Mischpolymerisate
des Styrols mit anderen 0(1,ß-ungesättigten polymerisierbaren Verbindungen, die
mindestens 50 Gewichtsteile Styrol einpolymerisiert enthalten. Als Mischpolymerisationskomponenten
kommen zeB. in FrageO-Methylstyrol, kernhalogenierte Styrole, kernalkylierte Styrole,
Acrylnitril, Ester der Acryl-oder Methacrylsäure von Alkoholen mit 1 bis 8 C-Atomen,
N-Vinylverbindungen, wie Vinylcarbazol, oder auch geringe Mengen,z.B.
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0,01 bis 0,5 % an Verbindungen, die zwei polymerisierbare Doppelbindungen
enthalten, wie Butadien, Divinylbenzol oder Butandioldiacrylat. Die Styrolpolymerisate
können Zusätze enthalten, z. B.
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Flammschutzmittel, wie Tris-dibrompropyl-phosphat, Hexabromcyclododecan,
Chlorparaffin, oder Synergi@ten für die Flammschutzmittel, wie Ferrocen, hochzersetzliche
organische Peroxyde, weiterhin Farbstoffe oder beliebige Füllstoffe.
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Die vorgeschäumten Styrolpolymerisate werden durch Erhitzen von Styrolpolymerisaten
erhalten, die in homogener Verteilung ein Treibmittel enthalten. Als Treibmittel
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. Propan, Butan, Pentan, Cyclopentan, Hexan, Cyclohexan, Dichlordifluormethan
und 'rifluorchlormethan. Die Treibmittel sind in den Styrolpolymerisaten im allgemeinen
in Mengen zwischen 3 und 15 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polymerisat, enthalten.
Diese feinteiligen treibmittelhaltigen Styrolpolymerisate können vor dem Vorschäumen
z.B. in Perlform, in Form zylindrischer Granulate oder als unregeimäßig geformte
Teilchen vorliegen, wie sie beim Mahlen von Substanzpolymerisaten erhalten werden.
Die Teilchen hoben vorteil-@@ft einen Durchmesser von 0,1 bis 6 min, insbesondere
von 0,4 b 3 mm.
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Das k;rliitzen der feinteiligen vorgeschäumten StyrolFolymerisate
wird in nicht gasdicht schließenden Formen vorgenommen. Unter ist gasdicht schlielenden
Formen sind solche Formen zu verstehen, aus denen Gase, z.B. Luft, nicht aber das
aufschäumende Polymerisat entweichen können. Man erhitzt die vorgeschäumten
Teilchen
zweckmäßig mit Wasserdampf oder Gemischen aus Wasserdampf und Luft. Die Arbeitsweisen
zum Vorschäumen von Styrolpolymerisaten bzw. zum Ausschäumen sind beispielsweise
in Arbeiten von Dr. P. Stastny beschrieben, die in der Zeitschrift "Kunststoffe",
44. Jahrgang, 1954, auf den Seiten 173 bis 180, sowie in der Zeitschrift Der Plastverarbeiter",
Jahrgang 1954, auf den Seiten 260 bis 271, erschienen sind. Außerdem werden die
Arbeitsweisen in dem Buch von H.L. v. Cube und K. E. Pohl "Die Technologie des schäumbaren
Polystyrols", Dr. Alfred Hüthig Verlag GmbH, Heidelberg, 1965, beschrieben.
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Es sollen solche vorgeschäumten Teilchen verwendet werden, die ein
Schüttgewicht unter 35 g/l haben. Das Verfahren eignet sich vorteilhaft zum Herstellen
von Formkörpern aus Teilchen mit einem Schüttgewicht zwischen 13 und 25 g/l. Der
Gasdruck in den Zeilen der Teilchen soll geringer als der Atmosphärendruck sein.
Vorteilhaft soll der Partialdruck der Luft in den Zellen der Teilchen unter 1 ata,
insbesondere zwischen 0,4 und 0,9 ata, liegen. Es ist vorstellbar, daß der Druck
in den Zellen ungleich ist. So kann z. B. der Druck in den Zellen des äußeren Bereiches
der Teilchen größer als im Innern der Teilchen sein. Unter dem Druck in den Zellen
soll der durchschnittliche Druck verstanden werden.
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Man erhält z. B. Teilchen, in deren Zellen ein Unterdruck im Vergleich
zu Atmosphärendruck herrscht, vorteilhaft, indem man die durch Vorschäumen von treibmittelhaltigem
Polystyrol mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser zwischen 0,5 und 2,5 mm
erhaltenden Teilchen zwischen 30 und 240 Minuten nach dem Entnehmen
aus
dem Vorschäumgerät bei Raumtemperatur und Normaldruck lagert.
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Die zum Einstellen des zweckmäßigen Zellendrucks erforderliche Lagerzeit
richtet sich nach der Art des Styrolpolymerisates, der Art des Treibmittels, dem
Verschäumgrad der Temperatur und der Art der Gasatmosphäre, in der die Teilchen
lagern, sowie dem herrschenden Gasdruck. Die obige Angabe über die erforderliche
Lagerzeit kann daher nur als Richtlinie und nicht als starre Grenze angesehen werden.
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Verschäumt man beispielsweise feinteiliges Polystyrol, das 7 Gew,
Pentan als Treibmittel enthält und dessen Teilchen einen durchschnittlichen Durchmesser
haben, der zwischen 0,5 und 2,5 mm liegt, in einem diskontinuierlich arbeitenden
Vorschäumer bis zu einem Schüttgewicht von 22 g /Liter und ermittelt den Partialdruck
der Luft in den Zellen in Abhängigkeit von der Lagerzeit, so zeigt es sich, daß
der Partialdruck rach etwa 500 Minuten 1 ata beträgt.
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Die Figur veranschaulicht die Abhängigkeit des Partialdruckes der
Luft in den Zellen der vorgeschäumten Teilchen in Abhängigkeit von deren Lagerzeit
bei 23°C.
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Man kann Teilchen, in deren Zellen ein Unterdruck herrscht, auch erhalten
durch Lagern von vqrgeschäumten Teilchen in einem Raum, der unter Unterdruck steht.
Die in den Zellen der vorgeschäumten Teilchen enthaltenen Gase diffundieren in den
evakuierten Raum, bis sich ein Gleichgewicht und somit ein im Vergleich zum Atmosphärendruck
geringerer Druck einstellt.
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Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
daß man die durch Aus schäumen der vorgeschäumten Teilchen
erhaltenen
Formkörper nach relativ kurzer Kühlzeit aus der Form entnehmen kann. In besonders
günstigen Fällen kann der Formkörper unmittelbar nach dem Ausschäumen aus der Form
entnommen werden, wobei keine oder nur eine sehr geringe Verformung eintritt.
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In den nachfolgenden Beispielen ist unter Kühlzeit der Zeitraum vom
Beginn des Kühlens nach Beendigung des Aufschäumens bis zu dem Zeitpunkt zu verstehen,
an dem der Formkörper aus der Form entnommen werden kann, BO daß keine nachträgliche
Verformung auftritt.
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Diese Kühlzeit wird nach folgender Methode bestimmt Die vorgeschäumten
Styrolpolymerisate werden in einer Form ausgeschäumt, in deren Mittelpunkt eine
Drucksonde angeordnet ist.
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Es wird die Zeit vom Beginn des Kühlens der Form bis zu dem Zeitpunkt
ermittelt, an dem der Druck im Innern des Formkörpers auf 0 abgesunken ist.
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Beispiel Polystyrol in Form von Perlen mit dem Durchmesser von 0,3
bis 2,5 mm, die 6 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polystyrol an Pentan als Treibmittel
enthalten, wird mit strömendem Dampf von 1000C in einem mit Rührwerk versehenen
Vorschäumgerät bis zu einem Schüttgewicht von 15 g/l vorgeschäumt.
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Die vprgeschäumten Teilchen werden aus dem Gerät entnommen und bei
250C in Luft gelagert. Es werden nach einer bestimmten
Zwischenlagerzeit
jeweils Proben der vorgeschäumten Teilchen in einer Form mit den Ausmaßen 50 x 100
x 100 cm mittels Dampf von 0,8 atü zu Formkörpern ausgeschäumt. An den ausgeschäumten
Formkörpern werden folgende Kühlzeiten ermittelt.
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Tabelle Zwischenlagerungszeit in Kühlzeit in Stunden Minuten 0,5
9 1,0 8 1,5 17 2,5 26 10 35 24 35