DE1504131A1

DE1504131A1 - Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Gegenstaenden aus schaeumbaren thermoplastischen Polymerprodukten

Info

Publication number: DE1504131A1
Application number: DE19611504131
Authority: DE
Inventors: Wiles Charles Raymond
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1960-10-31
Filing date: 1961-10-26
Publication date: 1969-02-06
Also published as: ES271384A1; ES274677A1; BE609425A; NL124754C; GB945073A; NL270773A; US3015851A

Description

. F.Weickmann, Dr. Ing. A-Weickmann, D1PL.-ING. H.Weickmann Diel.-Phys. Dr. K. Fincke Patentanwälte

MÜNCHEN, BRUNNSTRASSE 5 u. 7, RUFNUMMER. 221604 u. 299078 I bUll Jl

Anmelder: DOW CHBMIOAl COMPANY, Midland - Michigan - USA.

Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Gegenständen aus schäumbaren thermoplastischen Polymerprodukten.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von geformten Schaumstoff-Gegenständen im wesentlichen gleichmäßiger Dichte aus schäumbaren thermoplastischen Polymerprodukten oder Harzen; insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Schäumung von schäumbaren Körnern aus Polymerprodukten in einer Form zur Herstellung von Schaumstoff-Gegenständen vorgegebener Form und Dichte.

Es.ist bekannt, daß Schaumstoff-Gegenstände in einer Form dadurch hergestellt werden können, daß eine Masse der Körner eines thermoplastischen Harzes beispielsweise aus einem Polystyrol-Produkt, das eine verdampfbare organische Flüssigkeit enthält, welche nicht das Harz löst, in eine Form gebracht wird, in der die Harzkörner auf eine Temperatur erhitzt werden, die oberhalb des Siedepunktes der verdampfbaren organischen Flüssigkeit liegt und oberhalb des Erweichungspunktes des Harzes. Durch dieses Verfahren schäumen die einzelnen Körner auf und vereinigen sich miteinander zu einem ein-

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heitlichen Schaumstoffkörper, dessen Form (den Abmessungen nach) dem Formhohlraum entspricht. Es wurde ferner vorgeschlagen, Schaumstoffkörper durch ein ähnliches Verfahren aus unvollständig aufgeschäumten Körnern eines thermoplastischen Polymerproduktes herzustellen.

Die bisher vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffgegenständen aus aufschäumt) ar en Körnern

~ thermoplastischer Polymerprodukte haben den lachteil, daß die nach ihnen hergestellten Schaumstoff-Gegenstände über ihren Querschnitt eine stark unterschiedliche Dichte haben, insbesondere wenn die Schaumstoff-Gegenstände eine erhebliche Dicke haben oder überhaupt erhebliche Abmessungen. Haben die Schaumstoffkörper einen verschlungenen oder verzweigten Aufbau oder bestehen die Gegenstände aus Teilen mit relativ großem Querschnitt, die mit anderen Teilen relativ geringem oder dünnem Querschnitt verbunden sind, so ist es schwierig, die Körner derart aufzuschäumen, daß sie völlig die Form

r füllen und sich zu einem gleichmäßigen Schaumstoffkörper miteinander vereinigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Mangel zu beseitigen und Schaumstoff-Gegenstände herzustellen, die eine wesentlich gleichmäßigere Dichte haben.

Die Erfindung gibt ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Gegenständen in einer Form an, bei dem ein flüssiges, gasförmiges oder dampfförmiges Erhitzungsmedium durch eine Masse eines festen, körnigen thermoplastischen Polymer-Produktes .geschickt wird, beispielsweise eines

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Polystyrol-Produktes, das aufgrund eines G-ehaltes an einem verdampfbaren organischen Schäummittel., das ein Lösungsmittel für das Polymer ist, thermisch aufzuschäumen ist, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Masse der Körner vor dem letzten Erhitzungs- und Schäumungsschritt auf eine temperatur vorerhitzt wird, die niedriger ist, als diejenige, bei der das Polymer-Produkt erweicht oder bei der die einzelnen Körner zusammenfließen oder aneinander haften.

Zweckmäßig kann man für den Vorerhitzungsschritt, wie ^ auch für den letzten Schäumungsschritt ein flüssiges, gasförmiges oder dampfförmiges Erhitzungsmedium verwenden.

Die Steuerung der Temperatur bei dem Vorerhitzungsschritt erfolgt zweckmäßig durch Verwendung eines Erhitzungsmediums, das eine niedrigere Temperatur als diejenige hat, bei der das thermoplastische Polymer-Produkt erweicht und bei der die einzelnen Körner aneinander haften.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn man als schäumbares thermoplastisches Polymer- " Produkt ein alkenyl-aromatisches Polymer oder ein Kopolymer verwendet, das zu wenigstens 5o fo alkenyl-aromatische Honomer-Einheiten enthält, insbesondere die Homo- oder Kopolymere von Styrol.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere dann wirksam, wenn man ein körniges thermoplastisches Polymer-Produkt verwendet, das teilweise vorgeschäumt wurde und das noch weiter aufgeschäumt werden kann; vorzugsweise ein solches, das eine Schüttdichte von 16 bis 16o g pro Liter hat.

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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, Schäumstoff-Gegenstände vorgegebener Form mit im wesentlichen gleicher Dichte über ihren Querschnitt dadurch herzustellen, daß dan die Höhlung einer perforierten oder porösen Etorm, die den Austritt von Gasen gestattet, zu mindestens 80 io ihres Inhalts mit Körnern eines unvollständig aufgeschäumten, nämlich eines vorgeschäumten, noch weiter aufschäumbaren, alkenyl-aromatischen Harzes füllt, das eine ψ verdampfbare organische Flüssigkeit enthält und daher die Harzkörner mit Dampf erhitzt, sodaß die vorgeschäumten Harzkörner noch weiter in der porösen Form aufschäumen. Im einzelnen erfolgt dies nach einem noch näher zu beschreibenden Verfahren.

Bei der letztgenannten Ausführungsform der Erfindung erfolgt vorteilhaft die Vorerhitzung der vorgeschäumten Harzkörner mit Dampf, der eine zusätzliche Expansion der erhitzten vorgeschäumten Harzkörner verursacht, sodaß diese den Hohlt raum der porösen Eoriu völlig füllen und sich zu einem homogenen Schaumstoff-Gegenstand mit über seinen Querschnitt gleichmäßiger Dichte vereinigen. Dies erzielt man durch eine Reihe von zusammengehörigen Schritten:

(a) Man läßt Dampf durch die Masse der vorgeschäumten Harzkörner j, welche sieh in der porösen Form befinden, bei unteratmosphärischem Druck fließen und zwar bei einer Temperatur, die ausreicht, die Harzkörner im Bereich zwischen dem Erweichungspunkt des Polymer-Produktes und dem Siedepunkt der verdampfbaren organischen Flüssigkeit zu erhitzen, ohne daß eine beträchtliche Expansion der Polymerkörner dabei auftritt.

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(b) Danach, läßt man Dampf durch die Masse der Harzkörner "bei unt er atmo sphärischem Druck von o,o7o3 bis o,7o3 kg/q_cm fließen,

·. und bei einer temperatur, die es gestattet, das Harz auf Temperaturen zwischen 1oo° und 115° C zu erhitzen, um so das Polymer zu expandieren.

(c) Schließlich trocknet man das aufgeschäumte Harz in der porösen form unter Yacuum oder unteratmosphärischem Druck und kühlt es rasch ab.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden näher unter Hinweis auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.

Figur 1 zeigt das Schema einer porösen Form zur Herstellung von Sehaumstoff-G-egenständen aus schäumbaren, thermoplastischen Polymeren, die Schäummittel enthalten.

Figur 2 zeigt schematisch den Körper der porösen Form teilweise im Schnitt mit einer Einrichtung zur Zuführung und zum Abziehen von Dampf in beziehungsweise von dem Formhohlraum. -- " .. ■

Ügur 3 zeigt sehematisch eine Anordnung der Hauptteile eines Apparates, der zur Durchführung der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.

In -Figur 1 ist eine kubische Form 4 dargestellt, an deren. Boden sich ein Sockelstück 5,befindet, in dem ein Einlaßrohr mündet. Die Form 4 weist einen angehängten^ Deckel 7 auf, der mit geeigneten Befestigungsmitteln, beispielsweise mittels einer Schraube und einem Gabelschuh in Schließstellung zu halten ist. An den Seiten der Form, in ihrem Deckel und in

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ihrem Boden "befinden sich mehrere Öffnungen 8, etwa Bohrlöcher mit einem Durchmesser von o,8 Ms 6,38 mm, die den Zugang und den Austritt roh Gasen gestatten, jedoch klein genüg sind, um das harzartige Polymer-Material zurückzuhalten.

Figur 2 zeigt im Querschnitt eine Kammer 9, die durch , den Sockel 5 und den durchbrochenen Boden der Form 4 gebildet ist und die es gestattet, Dampf in den Formhohlraum durch die öffnungen oder Bohrlöcher 8 einzuführen, ihn dort zu verteilen oder aus ihm abzuziehen.

Figur 3 zeigt die auf Füßen "Io in einem Druckbehälter ruhende Form 4. Der Druckbehälter 11 weist Einlasse 12 und auf und ist mit einem Druckmesser 14 versehen. Das Druckgefäß 11 weist ferner eine nicht dargestellte !Für auf, die in geeignete Augen 15 eingehängt werden kann und die mit ge- eigneten Befestigungsmitteln, etwa mittels nicht dargestellter Bolzen, über Augen 16 am Druckgefäß und entsprechenden Augen an der Tür in Schließstellung gebracht v/erden kann. Das Einlaßrohr 12 innerhalb des Gefäßes 11 ist über ein lösbares

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Verbindungsstück 17 mit dem Einlaßrohr 6 der porösen Form zur Inbetriebnahme zu verbinden. Außerhalb des Gefäßes 11· sind &ie_; Einlaßrohre- 12 und 13 über geeignete Rohre ur^d Ventile mit einer.Vakuumpumpe und einer Dampfquelle verbunden, sodaß durch jedes der -beiden Einlaßrohre nach Wunsch Dampf zugeführt oder abgeführt werden kann, sodaß eine Evakuierung erfolgen kann';. "

Je nach der Art des Polymers,und des verwendeten Bläh- -

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mittels kann es wünschenswert sein, daß die νorgeschäumten Polymerkörner in der perforierten oder porösen iOrm bei unteratmosphärischem Druck, vorzugsweise "bei 35o mm absolutem Druck oder-n|edriger, mit Dampf erhitzt werdenT/^Laß eine beträchtliche Expansion der Harzkörner während des Aufheizens von der Raumtemperatur oder dergleichen "bis unterhalb des Erweichungspunktes des Harzes etwa 7o "bis 8o° C. im lall von Styrol-Polymeren erfolgt, solange nicht das Harz durchweg eine im wesentlichen gleiche Temperatur hat. Erst dann erfolgt eine Temperaturerhöhung der Harzkörner bis zur Schäumungstemperatur, die etwa zwischen 1oo und 115 0» liegt, indem man die ELußrate des Dampfes durch die Masse der Harakörner hinreichend erhöht, sodaß der Dampf in der Kammer, die die poröse Form umgibt, einen überatmosphärischen Druck von etwa

o,o7o3 bis o,7o3, vorzugsweise von o,21o9 bis ο,3515 kg/em hat. Dadurch expandieren sich dann die vorgeschäumten Polymerkörner in der porösen Form und vereinigen sich miteinander zu einem zellenhaltigen plastischen Block oder Körper, der aus gleichmäßig kleinen Zellen zusammengesetzt ist. Nach der Expansion der vorgeschäumten Harzkörner durch Erhitzung mit Dampf bei überatmosphärischem Druck wird schließlieh der Dampfdruck in der Kammer, die die poröse Form umgibt, auf unteratmosphärischen Druck von etwa 35o mm oder niedriger durch Evakuierung der Kammer gemindert. Das Abziehen des Dampfes, insbesondere des Wasserdampfes führt zu einer schnellen Kühlung und Trocknung des aufgeschäumten Produktes bis auf eine Temperatur, die unterhalb derjenigen liegt, die das Polyip.r- beeinträchtigen kann. Dabei bildet sich ein stabiler

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Zellkörper, der nicht die neigung hat, nachzuquellen, sich * auszubauchen, zu verziehen* sich zu verbiegen oder zu verzerren oder zu reißen.

In der Praxis kann der lormhohlraum 4 zu 80 bis 1oo% seiner Kapazität mit einer Masse von einander getrennter, unvollständig aufgeschäumter Körner eines schäumbaren alkenylaromatischen Harzes, beispielsweise aus Styrol, gefüllt werden, die eine, verdampfbare organische flüssigkeit enthalten, welche nicht das Harz löst. Die Körner müssen die Fähigkeit haben, sich noch weiterhin zu expandieren; vorzugsweise werden vorgeschäumte Harzkörner verwendet, die eine Schüttdichte zwischen etwa 16 bis I60 g pro Liter haben. Die poröse iOrm wird durch Einklinken des angelehnten Deckels geschlossen. Die geschlossene EOrm, die die Harzkörner enthält, wird auf luße 1o des Gefäßes 11 gesetzt. Das Einlaßrohr 6 desSockels5 wird durch das lösbare Verbindungsstück 17 mit dem Einlaß-, rohr 12 verbunden, das aus dem Gefäß 11 herausführt. Die .,,_;: für des Gefäßes 11 wird geschlossen und gasdicht gemacht. . Danach wird das Gefäß 11 durch das Einlaßrohr 13 auf unteratmosphärischen.-Druck von 5o bis 35o mm Hg abs, vorzugsweise von 5o bis too mm Hg abs. oder niedriger evakuiertj der jeweilige Druck kann an dem Meßgerät 14 abgelesen werden.. Dann wird Dampf etwa, mit einem Druck von o,3515 bis 1o,545 kg pro

cm durch das Einlaßrohr 13 in das Gefäß 11 geleitet, von wo er über die Bohrlöcher 8 in den Seiten und im Deckel der !Form 4 in Berührung mit der Masse der Harzkörner in dem lOrmhohlraum ge.langt und diese durchdringt und dann aus -der lorm

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. durch, die Bohrlöcher 8 in den Boden der IOrm freigelassen wird und über die Leitung 6, die mit dem Einlaßrohr 12 an der Außenseite des Gefäßes 11 verbunden ist, abgezogen wird. Die Zuführungsrate des Dampfes zum Gefäß 11 über den Einlaß und die Abzugsrate des Dampfes vom Gefäß 11 über die Form 4 und die Bohre 6 und 12 wird derart eingestellt, daß sich, im Gefäß 11 ein Druck von etwa 5o bis 35o mm HG abs. oder niedriger ergibt. Die Zeit, während der Dampf in die form eingeführt wird, ist von Jail zu ifell verschieden, in erster linie hängt sie von der Größe der ]porm ab. In der Regel liegt sie zwischen etwa o,1 Minuten bis etwa 5 Minuten. In dieser Zeit werden die Harzkörner in der porösen Itorm bis unterhalb ihres Erweichungspunktes, beispielsweise bis auf Yo bis 8o ° EJ, erwärmt. Kach dem Fluß des Dampfes in das Gefäß 11 und durch den Eormhohlraum über die Bohrlöcher 8 im Kontakt mit der Masse der Harzkörner und durch diese Masse hindurch, während die iOrm unter unteratmosphärisehem Druck im Gefäß über eine Zeit von etwa o,1 Minuten bis 5 Minuten gehalten wird, kann andererseits der Dampffluß zum Gefäß 11 umgekehrt werden, indem das Einlaßrohr 13 mit einer Vakuumpumpe verbunden wird und Dampf über die Einlaßrohre 12 und 6 und die form 4 in das Gefäß 11 eingeführt wird. Der Dampf wird voirzugs-

2 weise mit einem Druck von 0,3015 his 1p,545 kg pro em über die Einlaßrohre 12 und 6 und die Form 4 in das Gefäß 11 mit einer "derartigen Bate eingeführt, daß der Druck innerhalb des Gefäßes 11 auf einer Höhe gehalten wird, die nicht wesentlich größer ist, als 35o mm Hg abs. Dies erfolgt während einer Periode von o,25 Minuten bis 5 Minuten, während " _ 909808/0884 . * -,

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laufend Dampf von dem Gefäß über die Leitung 13 abgezqgen wird, sodaß sich ein Dampffluß durch die poröse itorm 4, den Sockel und die Harzkörner ergibt, der die gesamte Masse der Harzkörner auf eine Temperatur von etwa 8o° G. erwärmt. Der abwechselnde Dampffluß bei unteratmosphärischem Druck durch die Masse der Harzkörner in der Form während der Aufheizung bis zum Erweichungspunkt des Harzes hat eine vorteilhafte Erhitzung der Harzkörner, nämlich auf eine im wesentlichen gleichmäßige Temperatur durch ihre ganze Masse zur Folge und gestattet, durch Regelung des absoluten Druckes innerhalb des Gefäßes 11, diese Temperatur jeweils so zu steuern, daß sich während des Aufheizens keine beträchtliche Expansion der Harzkörner ergibt. Der abwechselnde Fluß des Dampfes durch die Masse der Harzkörner kann einmal erfolgen oder sich über eine Mehrzahl von Zyklen fortsetzen.

Hachdem der Dampf durch die Masse der Harzkörner in der porösen lörm etwa bis 5 Minuten lang geschäumt wird, sodaß die Harzkörner durchgängig auf 7 ο bis 8o° G, erhitzt wurden, wird der Dampfstrom in die Form vorzugsweise durch den Einlaß 13 bis zu einer solchen Rate erhöht, daß sieh ein überatmosphärischer Druck von o,o7o3 bis o,7o3, vorzugsweise von

ρ
o,21o9 Ms o,3515 kg pro cm in dem Gefäß 11 ergibt, während zugleich. Dampf aus der Kammer und der Form über die Leitungen 6 und 12 abgezogen wird, um auf diese Weise die Temperatur der Harzkörner auf etwa 1oo bis 115° C zu bringen und dadurch die erhitzten Körner zu expandieren und sie zu einem Zellkörper zu vereinigen, der die Form völlig ausfüllt. Danach wird die Zuführung des Dampfes in die Kammer 11 unterbrochen

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und die Kammer auf einen absoluten Druck von 35o mm Hg oder niedriger evakuiert, etwa auf einen unteratmosphärischen Brück von 5o "bis 35o mm Hg. Dadurch wird der expandierte Harzkörper in der porösen Form im wesentlichen getrocknet und durchgängig schnell auf eine Temperatur abgekühlt, die unterhalb des Erweichungspunktes des Polymers liegt. Es entsteht so ein homogener Zellkörper, dessen Auemaße der Form entsprechen und der über seinen ganzen Querschnitt eine gleichmäßige Dichte hat.

Die geschäumten Gegenstände können vorteilhaft in folgender Weise nachbehandelt werden:

Nach der Trocknung und Kühlung der geschäumten Alkenylharz-Zellformkörper im Vakuum läßt man den Druck wieder auf atmosphärischen Druck ansteigen. Die Form, die den geformten Gegenstand enthält, wird aus der Vakuumkammer herausgenommen. Die Form kann sofort geöffnet werden oder man läßt sie vorteilhaft in Luft etwa 15 bis 3o Minuten lang auf Zimmertemperatur abkühlen, bevor man sie öffnet und den Zellkörper herausholt. Die Kühlzeit in Luft hängt unter sonst üblichen Bedingungen von der Größe der Form ab. Im allgemeinen führt eine kurze Kühlungszeit von etwa 15 bis 3o Minuten in Luft zu Zellkörpern mit glatter Oberfläche.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Herstellung von Schaumstoff-Gegenständen aus Polymeren wie etwa Polystyrol, Polyvinylchlorid, Kopolymer von Vinyl- und Vinyliden-Chloride, Polyacryliäure-Eeter, Polymethacryl-Ester, Kopolymere von Styrol und Methyl-Methacrylage, Kopolymere von Styrol und

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Acrylonitril oder Kopolymere von Styrol und natürlichem oder synthetischen Gummi verwendet werden. Insbesondere " eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Gegenständen aus alkenyl-aromatischen Harzen, wie etwa thermoplastische Harzpolymere und Kopolymere einer oder mehrerer monovinyl-aromatiseher Verbindungen der Benzolreihen, wobei die polymeren Harze in chemisch gebundener Form wenigstens 7o Gewichtsprozent mindestens einer monovinylaromatischen Verbindung mit der allgemeinen Formelt

Ar-GH=CH₂

enthalten. In dieser Formel stellt Ar einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest oder einen aromatischen Halohydrocarbon-Wasserstoffrest der Benzolreihen dar. Beispiele solcher alkenyl-aromatischer Harze sind die festen Homopolymere von Styrol, Vinyltoluol, Vinylxylol, Ar-Ethylvinylbenzol, Isopropylstyrol, Tert.-Butylstyrol, Ar-Ghlorstyrol, Ar-Dichlorstyrol, Ar-Fluorstyrol_T Ar-Bromstyröl, die festen Kopolymere von zwei oder mehr solcher monovinyl-aromatiseher Verbindungen und feste Kopolymere von einem oder mehr solcher monovinyl-aromatiseher Verbindungen mit geringen Beimengen, beispielsweise von 1 bis 3o Gewichtsprozent anderer vollständig kopolymerisierbarer Olefin-Verbindungen, wie etwa Acrylonitril, Methylmethacrylat oder Athylakrylat.

Gesättigter Dampf oder überhitzter Dampf kann in manchen Fällen für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden, oder auch Dampf in Miehhung mit Inertgasen, wie etwa Luft, Kohlen-Dioxyd, Stickstoff, Methan, Äthan, Propan, Butan und

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oder Helium. Überhitzter Dampf wird deshalb vorzugsweise verwendet, da er zu einer geringeren Kondensation während der Vorerhitzung und äer Expansion der Harzkörner führt. Bei Erniedrigung des Druckes auf die poröse Form auf unteratmosphärischen Druck im letzten Schritt des Verfahrens wird nicht nur die geringe Menge kondensierten Wassers verdampft und aus den Schaumstoff-Gegenständen entfernt, sondern es führt auch die Verdampfung zu einer schnellen Abkühlung der iruxeren Bereiche des Schaumstoff-Körpers, wodurch ein Nachschwellen, ein Schrumpfen, ein Reißen und ein Zusammenfallen der einzelnen Zellen verhindert wird und die Schaumstoff-Gegenstände aus der Form entfernt werden können, ohne daß man lange warten muß, bis auch die inneren Bereiche der Schaumstoff-Gegenstände abgekühlt sind.

Beispiel 1

Eine perforierte kubische Form mit den Innenabmessungen 635 x 635 x 635 mm wurde mit 5,o8 kg einer freifließenden Schüttmasse aus teilweise aufgeschäumten Polystyrol gefüllt, das eine Schüttdichte von etwa 24 g pro Liter hatte und normales Pentan als Blähmittel enthielt. Vor der teilweisen Aufschäumung hatte das Polystyrol die Form fester Perlen mit einer Schüttdichte von etwa 56 g pro Liter und enthielt 6 Gewichtsprozent n^-Pentan. Die perforierte Form hatte in jeder ihrer Seitenwände eine Mehrzahl von Bohrlöchern mit einem Durchmesser von 1,6 mm im zentrischen Abstand von 22,4- mm· Eine Seite der Außenfläche der kubischen 635 x 635 x 635 mm-Form wurde mit einem Kopfstück verbunden, das einen Einlaß

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hatte, durch den Dampf in den Formhohlraum eingeführt werden konnte oder durch den Dampf aus dem Formhohlraum abgezogen werden konnte und zwar dann durch die 1,6 mm-Bohrlöcher in den Wandungen der Form. Nach Füllung des Formhohlraums mit den vorgeschäumten Polystyrol-Perlen wurde die Form geschlossen und in ein Druckgefäß gesetzt, das geeignete Einlasse und Auslässe zur Einführung von Dampf in die die Form umgebende Kammer aufwies,oder zur Evakuierung der die perforierte Form umgebendenKammer. Durch einen Verschluß z.B. eine Tür, konnte die Form in das Druckgefäß eingesetzt werden und wieder aus ihm herausgenommen werden und zwar zusammen mit Mitteln zur Einführung von Dampf in das Kopfstück am Boden der perforierten Form. Der Dampf wurde in das teilweise evakuierte Druckgefäß eingeführt und durch die 1,6 mm-Bohrlöcher in der Formwand in den Formhohlraum geleitet und in Kontakt mit der Masse der vorgeschäumten Perlen in den Formhohlraum gebracht. Es wurde 22,68 kg Dampf pro Stunde o,5 Minuten lang durch das Druckgefäß geschickt, wobei die Kammer, die die Form umgab, fortlaufend evakuiert wurde, um den Druck in der die Form umgebende Kammer bei diesem Behandlungsschritt auf 15o mm abs. zu halten. Danach wurde die Flußrichtung des Dampfes umgekehrt, indem Dampf durch das Kopfstück an der Form abgezogen wurde, während zugleich Dampf in die die Form umgebende Kammer eingeführt wurde, sodaß der Dampf in die poröse Form strömte, und durch die Masse der in der Form befindlichen Polystyrol-Perlen. Dies geschah 2,5 Minuten lang, wobei der Druck in der Kammer auf unteratmosphärischem Druck gehalten wurde. Die Harzkörner wurden dabei auf eine Temperatur von 75° C. erhitzt.

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Anschließend wurde der Dampf mit 1o,545 kg pro cm Druck um die die Form umgebende Kammer in dem Druckgefäß mit einer größeren Rate eingeführt, die zu einem Druck von o,21o9 kg

pro cm während 2 Minuten in dem Gefäß führte. Die Polystyrol-Perlen in der Form wurden durch diese Behandlung im wesentlichen gleichmäßig auf eine Temperatur von 1o5° C. erhitzt und expandiert, sodaß sie als Schaummasse die Form vollständig füllten. Nach dieser Behandlung wurde die Dampfzuführung unterbrochen. Die zum Kopfstück der Form führende Leitung " wurde geschlossen und die die Form in dem Druckgefäß umgebende Kammer wurde auf einen absoluten Druck von 25o mm evakuiert. Dadurch wurde der Polystyrol-Schaumstoffkörper in dem Formhohlraum durch Verdampfen und Beseitigen des Wassers im wesentlichen getrocknet und durchgängig schnell auf eine Temperatur von 75° C. abgekühlt. Es ergab sich ein Schaumstoff-Gegenstand, der eine gleichmäßige Dichte aufwies und in seiner Form dem Formraum entsprach. Nach Abkühlung des Schaumstoffkörpers durch Evakuierung des Druckgefäßes auf einen absoluten Druck * von 25o mm ließ man den Druck wieder auf atmosphärischen Druck zurückkehren. Das Gefäß wurde geöffnet und die Form wurde herausgenommen. Der Schaumstoff-Gegenstand blieb dann noch 2o Minuten in der Form und wurde dann herausgenommen. Der Kubus wurde in Stangen mit 127 x 127 mm Querschnitt geschnitten. Ein Teil einer Stange wurde jeweils hinsichtlich seiner Dichte und seiner früheren Lage im Kubus der Form geprüft. Das Schäumstofferzeugnis hatte durchgängig folgende Dichten:

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Irüfstange Nr. Dichten, gramm/Mter

1	23,52
OJ	22,4
• 3	22,88
4	22,72
5	22,72
Beispiel 2:

Die poröse Form mit den Abmessungen 635 χ 635 x 635 mm nach Beispiel 1 wurde mit vorgeschäumten Polystyrol-Körnern ge-

" füllt, die eine Schüttdichte von 24 g pro Litir hatten und Siebgrößen von 6 bis 1o Maschen pro 25,4 mm (U.S.-Standardsiebe) . Die Form wurde geschlossen und in ein Druckgefäß gebracht, das mit geeigneten Einlassen und Auslassen zur Einführung von Dampf in die die poröse Form umgebende Kammer innerhalb des Druckgefäßes versehen war oder zur Evakuierung dieser Kammer und zum Abziehen des Dampfes aus der Kammer. Das Druckgefäß wies ferner einen Verschluß, z.B. eine Tür, auf, durch die die Form eingesetzt und herausgenommen werden konnte und zwar zusammen mit Mitteln zur Einführung von Dampf in das Kopfstück der porösen Form und zum Abziehen von Dampf aus diesem Kopfstück. Der Einlaß zum Kopfstück der Form war mit einer Leitung verbunden, die aus dem Druckgefäß heraus durch eine geeigneteStop-fbüchse führte. Die Tür zu dem Druckgefäß wurde geschlossen und abgedichtet. Danach wurde die die poröse Form in dem Druckgefäß umgebende Kammer auf einen Druck von 5o mm Hg abs. evakuiert. In die evakuierte Kammer

wurde Dampf unter einem Druck von 1o,545 kg pro cm eingeführt.

Dieser Dampf trat durch die Wände der porösen Form in Kontakt mit den Polystyrol-Körnern in dem Formhohlraum, durchströmte

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sie und wurde über das Kopfstück an der Form und die nach außen aus dem Druckgefäß führende Leitung mit einer Rate von etwa 22,68 kg pro Stunde 3 Minuten lang abgezogen, wobei ein absoluter Druck von 5o bis 35o mm Hg inäer die poröse Form umgebenden Kammer aufrecht erhalten wurde. Durch dieses Vorgehen wurde die Temperatur der Polystyrol-Körner in dem Formhohlraum von Zimmertemperatur auf etwa 75° C. erhöht. Danach wurde die Zuführungsrate des Dampfes in die die Form umgebende Kammer hinreichend erhöht, um einen Druck von etwa o,21o9 kg

pro cm in der Kammer über eine Periode von etwa 3 Minuten zu erhalten, während zugleich der Dampf aus der Kammer über die poröse Form, ihr Kopfstück und die mit ihr verbundene Leitung mit einer Rate von etwa 22,68 kg pro Stunde weiterhin abgezogen wurde. Durch diesen Schritt wurde die Temperatur der Polystyrol-Körner in der porösen Form von etwa 75 C. auf etwa 1o5 bis 11o° C.erhöht, sodaß sie sich expandierten, aneinanderpreßten und miteinander vereinigten und einen Schaumstoffkörper bildeten, der frei von Hohlräumen war und zum größten Teil aus gleichmäßig feinen, dünnwandigen, einzeln geschlossenen Zellen bestand. Unmittelbar nach der Expansion der Polystyrol-Körner zur Füllung der porösen Form wurde der Dampfdruck auf unteratmosphärischen Druck vermindert, indem die Dämpfe aus der¹foröseH Form umgebenden Kammer mit einer Rate von entsprechend etwa 22,68 kg Dampf pro Stunde abgezogen wurden, bis der absolute Druck in der Kammer auf etwa 25o mm Hg gesunken war. Hierzu war eine Zeitdauer von 12 Minuten erforderlich, während der die Temperatur der Schäumstoffprodukte in der porösen Form von etwa 11o° C. auf durchgängig

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etwa 75 C. gesenkt wurde. Danach ließ man den*Druck in der Kammer wieder auf atmosphärischen Druck ansteigen. Der Kessel wurde geöffnet und die Form herausgenommen. Die Form wurde geöffnet und der Schaumstoff-Polymerblock wurde aus ihr herausgenommen. Das Produkt hatte eine gleichmäßige Zellengröße und eine durchgängig gleiche Dichte. Der Polystyrol-Schaumstoff körper zeigte kein Nachquellen, Ausbauchen oder Rißbildung.

Wurde hingegen das Schaumstoffprodukt aus der porösen Form f genommen, bevor die Temperatur des Schaumstoffkörpers etwa 8o° C. oder weniger durchgängig betrug, so zeigte sich, daß der Schaumstoffblock naehquell, sich ausbauchte oder in anderer Weise deformierte und daß er - wie Einschnitte in seine Teile zeigten - Risse enthielt und unerwünscht ungleichmäßig aufgebaut war.

Um ferner festzustellen, ob eine beträchtliche Expansion der vorgeschäumten Polystyrol-Körner während der Aufheizung der Körner in der Form eintritt, wenn Dampf durch die Form . bei unteratmosphärischem Druck von etwa 35o mm abs. und niedriger strömt, wurde die poröse Form mit einer anderen Charge der vorgeschäumten Polystyrol-Körner gefüllt, in das Druckgefäß gesetzt und durch einen durchfließenden Dampfstrom bei unter atmosphärischem Druck in oben, beschriebener Weise

to während einer Periode von 3 Minuten erhitzt, wobei sich die ο

Temperatur der Polymer-Körner von Zimmertemperatur auf 8o C. oo

^ erhöhte. Danach wurde die Erhitzung unterbrochen und die ο poröse Form aus dem Druckgefäß herausgenommen und geöffnet. oo

oo Die erhitzten, vorgeschäumten Polystyrol-Körner waren freifließend und konnten ohne weiteres aus der Form herausgeschüttet oder herausgekippt werden.

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Beispiel 3t

Die poröse form nach Beispiel 1 wurde mit einer Charge vorge-BChäumter Körner eines Kopolymers aus 7o Gewichtsprozent Styrol und 3o Gewichtsprozent Acrylonitril gefüllt. Die vorgeschäumten Körner hatten Größen zwischen 6,35 und 12,7 mm Durchmesser, waren fähig, sich weiter zu expandieren und enthielten als Blähmittel eine niedrig siedende Petroleum-Itherfraktion (Siedepunkt 3o bis 46° C.)· Die vorgeschäumten Kopolymer-Perlen hatten eine Schüttdichte von 16 g pro Liter. Vor dsm Vorschäumen hatte das Kopolymer die Form fester Körner mit einem Durchmesser von etwa 3,175 mm, eine Schüttdichte von etwa 56o g pro Liter und enthielt 5,5 Gewichtsprozent Petroleum-Äther mit einem Siedepunkt von 3o bis 46 C. Die die vorgeschäumten Kopolymer-Körner enthaltende Form wurde in ein Druckgefäß gesetzt, in dem die KopolymereKörner ähnlich wie nach Beispiel 2 erhitzt und zu einem Zellkörper aufgeschäumt wurden. Es ergab sich ein Zellblock des Kopolymersohaumes mit einer gleichmäßigen Dichte von 16 g pro Liter, d"sr aus gleichmäßig feinen Zellen durchgängig zusammengesetzt war.

Beispiel 4:

Die poröse form nach Beispiel 1 wurde mit einer Charge schäumbarer Styrol-Acrylon^tril-Kopolymer-Körnern gefüllt, ähnlich wie nach Beispiel 2. Die Körner hatten vorgeschäumt eine Schüttdichte von 96 g pro Liter. Die Form wurde geschlossen und in ein Druckgefäß gesetzt, in dem die Kopolymer-Körner erhitzt und zu einem Zellblock aufgeschäumt wurden und zwar in

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ähnlicher Weise wie nach Beispiel 3. Bs ergab sich ein Zellkörper mit einer Dichte von 96 g pro Liter, der aus fein geschlossenen, dünnwandigen Zellen von'etwa o,1 mm Durchmesser zusammengesetzt war.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffgegenständen in einer form, bei dem ein flüssiges, gasförmiges oder dampfförmiges Erhitzungsmedium durch eine Masse eines festen, körnigen, thermoplastischen Polymerprodukts geschickt wird,

das aufgrund eines Gehalts an einem verdampfbaren, organischen Schäummittel, das nicht ein Lösungsmittel für das Polymer ist, thermisch aufzuschäumen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der Körner vor dem letzten Erhitzungs- und Schäumungsschritt auf eine Temperatur vorerhitzt wird, die niedriger ist als diejenige, bei der das Polymerprodukt erweicht oder bei der die einzelnen Körner zusammenfließen oder aneinander haften.

2. Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffgegenständen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorferhitzung ein flüssiges, gasförmiges oder dampfförmiges Erhitzungsmedium verwendet wird.

3. Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffgegenständen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Vorerhitzung ■die Temperatur durch ein Erhitzungsmedium gesteuert wird, das eine niedrigere Temperatur als diejenige hat, bei der das thermoplastische Polymerprodukt erweicht oder bei der die einzelnen Körner aneinander haften.

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4. Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffgegenständen nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß als schäumbares thermoplastisches Polymerprodukt ein alkenylaromatisches Polymer oder ein Kopolymer verwendet wird, das zu wenigstens 5o </o alkenyl-aromatische Monomereinheiten enthält.

5. Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffgegenständen nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß als schäumbares, thermoplastisches Polymerprodukt ein Styrol-Polymer oder -Kopolymer verwendet wird.

6. Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffgegenständen nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß als schäumbares, thermoplastisches Polymerprodukt ein Kopolymer von Styrol und Akrylnitril verwendet wird.

7. Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffgegenständen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige, thermoplastische Polymerprodukt teilweise aufgeschäumt ist und noch weiter aufzuschäumen ist und die Körner eine Schüttdichte von 16 bis-i6o g pro Liter haben.

8. Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffgegenständen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Form zu. wenigstens 8o$ ihres Inhalts mit Körnern des teilweise aufgeschäumten thermoplastischen Polymerprodukts gefüllt wird.

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9. Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffgegenständen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Polymerprodukt in eine Form eingebracht wird, deren Wände mehrfach perforiert sind.

10. Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffgegenständen nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Form in eine Zone steuerbaren Druckes gesetzt wird.

11. Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffgegenständen nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß Dampf als. Erhitzungsmedium verwendet wird.

12. Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffgegenständen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Dampfes während des Vorerhitzungsschrittes durch Regulierung des Druckes in der Form gesteuert wird.

13. Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffgegenständen nach einem oder mehreren der Ansprüche 4-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorerhitzung bei einer Temperatur zwischen 7o und 8o G. und bei einem 35o mm Hg nicht überschreitenden Druck erfolgt.

H. Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffgegenständen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schäumungsschritt eine Evakuierung auf einen unteratmosphärischen Druck folgt, der vorzugsweise 35o mm Hg nicht

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überschreitet.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-14, gekennzeichnet durch eine kubische Form mit einem Kopfstück und perforierten Wänden, einem Einlaß im Boden und einem angelenkten Deckel innerhalb eines Druckbehälters mit zwei als Einlaß oder Auslaß
dienenden öffnungen.

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