DE1504282A1 - Verfahren zur Expandierung von Gegenstaenden aus schaumfaehigem Polymermaterial - Google Patents

Description

Dr. Hans-Heinridi Willrath _{β WIESBADEN f den} 13.12.1965 DipUng. Harry Roever PATENTANWÄLTE Telep.mm.dreMe: VmXPATENT _ Peitsche*: Fr.nWurt/M.ln 67« ^VT ' Sink: Dresdner Bink AG. Wle»b«dtB

Foster Grant Co., Inc., Leominster, Massachusetts, USA

Verfahren zur Expandierung von Gegenständen aus schaumfähigem Polymermaterial

Priorität; USA-Anmeldung 4-18 312

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur einzelnen Expandierung von Gegenständen aus schaumfähigen Polymermassen, insbesondere ein Verfahren zum Aufschäumen von einzelnen Gegenständen aus expandierfähigem Polymermaterial, wodurch die Gegenstände vor dem Zusammenfließen während des Expansiohsvorganges bewahrt werden. Die Erfindung ist besonders der Verwendung in einer Umgebung angepaßt, wo es erwünscht ist, getreckte Stränge aus expandierbarem Polymermaterial einzeln zu expandieren, um aufgeschäumte Stränge zu erhalten, die zur Verwendung als Verpackungsmaterial, Isoliermaterial usw. geeignet sind.

Eine Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines besonders zweckmäßigen Verfahrens zur einzelnen Expandierung von Gegenständen aus schaumfähigem Polyraermaterial. Eine andere Aufgabe

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besteht in der Schaffung eines Verfahrens, wodurch schaumfähige Stränge aus Polymermaterial in einr geschlossenen Abzugkammer expandiert werden können, ohne daß die Gefahr bestände, daß die Stränge sich während ihrer Expansion vereinigen.

Diese und andere Ziele werden dadurch erreicht, daß man schaumfähige Gegenstände oder Stränge mit einem, das Zusammenfließen verhindernde Mittel behandelt und diese Gegenstände in einer geschlossenen entlüfteten Kammer in ausreichendem Grade expandiert, um die Kammer nach Expansion völlig auszufüllen. Es wurde gefunden, daß die gemäß diesem Verfahren expandierten Gegenstände sich einzeln ausdehnen, ohne daß sie zu einem einheitlichen Körper zusammenfließen, wie man hätte erwarten müssen. Unter "Zusammenfließen" ist hier ein Schmelzen einzelner Teile zu einem einheitlichen Körper, in welchem sie praktisch ihre Einzelidentität verloren haben, zu verstehen. Bisweilen führt das vorliegende Verfahren zwar zu einer geringen Adhäsion der Oberflächen der Teile, wenn sie expandiert werden, aber diese Adhäsion ist zu vernachlässigen. Wenn nämlich die Gegenstände aus der Kammer entfernt werden, lassen sie sich leicht voneinander bei normaler Behandlung, bzw. unter Anwendung eines sehr schwachen Druckes oder Zuges trennen, um sie vollständig voneinander zu lösen.

Die Art der benutzten Kammer ist nicht wesentlich, vorausgesetzt, daß sie praktisch geschlossen ist und während des Betriebes entlüftet wird. Ein Beispiel einer solchen Kammer, wie

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sie benutzt werden kann, iet in der USA-Patentschrift 2 787 809 dargestellt. Beispiele von Blockformen für die Fabrikation, die ebenfalls bei der Durchführung der Erfindung gebraucht werden können, finden sich in Technical Manual, DYLITE Expandable Polystyrene, veröffentlicht von Koppers . Company, Bulletin C-9-273, Kapitel 3g, Seite 3, vom 2. Mai 1960. Man kann aber auch viel einfachere geschlossene Entlüftungekammern bauen, zumal kein nennenswerter Innendruck durch dieses Verfahren erzeugt wird. Jj

Gewöhnlich werden unexpandierte Stränge von einer Länge von etwa 5 bis 18 on (etwa 2 bis 7 Zoll) und einem Durohmesser von etwa 0,8 bis 6 mm (0,03 bis 0,25 Zoll) verwendet. Diese Stränge werden duroh Auspressen einer Mischung des Polymers mit etwa 3 bis TO 56 Blähmittel duroh eine Zieh- oder Strangform und Abkühlen der Stränge nach Austreten aus der Düse erhalten, so daß das Polymer fest wird und eine Expansion der Stränge verhindert. Diese unexpandierten Stränge werden dann auf die vorgenannten Längen geschnitten. Sie können getempert werden, f um sie von den Innenspannungen zu befreien und ihnen eine unregelmäßige Gestalt zu geben. Sie werden aber im vorliegenden Falle als praktisch gerade Stränge gefertigt, um ihre Handhabung zu erleichtern. Die Kammer wird zunächst mit einer Strangmenge gefüllt, die nicht ausreicht, um bei ihrer Expansion die Kammer vollständig auszufüllen. Letztere wird dann geschlossen und mittels Dampf oder sonstigem Heizmittel ausreichend erhitzt, um die Stränge zum Expandieren zu bringen. Nachdem dies erreicht

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ist, können sie als Verpackungsmaterial, Isoliermaterial usw. gebraucht werden.

Durch das vorstehend dargelegte Verfahren werden mehrere Vorteile erzielt. Die Hersteller diese Materials' sind in der Lage, es in der selben Anlage zu expandieren, die sie für die !Formung schaumfähiger Perlen benutzt haben und sie brauchen nicht zu einer anderen Anlage zu greifen, um die Gegenstände für die Verwendung als Packmaterial, Isolierung oder dergleichen aufzuschäumen. Auch wird durch dieses Verfahren ein höherer Durchsatz erzielt, als es mit einer gegenwärtig vorhandenen im Handel erhältlichen Einrichtung mög-. lieh ist, die besonders für die Expandierung einzelner schäumbarer Stränge koröruiert ist. Wenn zur Durchführung dieses Verfahrens besondere Kammern gebaut werden, kann dies in wirtschaftlicher Weise geschehen, zumal bei dem Verfahren keine nennenswerten Innendrücke entwickelt werden.

Gremäß der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden nicht expandierte längliche Polystyrolstränge von einer Länge von etwa 10 bis 13 cm (4 bis 5 Zoll) und einem Durchmesser von ungefähr 3,1 mm (0,125 Zoll) Durchmesser verwendet, die etwa 5 bis 6 % eines flüchtigen organischen Blähmittels, wie Pentan enthalten, um so die Expansion der Stränge bei der Erhitzung hervorzurufen. Die Stränge v/erden etwa mit etwa 1 bis 2 Gew.-^ Metallstearat, z.B. Magnesiumstearat bestäubt,und eine geschlossene Entlüftungskammer ■"wird mit dem so behandelten Strängen z.T. gefüllt. Dann wird,

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die Excimer geschlossen und die Masse der Stange mittels Dampf erhitzt, der durch Einlasse eingedüst wird, um sie zu expandieren. Das Stearat wirict als .Behinderungsmittel gegen Zusammenfließen während der Expansion in der Kammer. Nachdem die Stränge einzeln expandiert worden sind, wird die Kammer geöffnet und die Stränge werden entfernt, trocknen gelassen und mindestens sieben Stunden vor Gebrauch gealtert.

Das vorliegende Verfahren kann für die Herstellung neuer

4 Zellprodukte aus festen thermoplastischen benzollöslichen Polymeren und Mischpolymeren von Monovinylaromatverbindungen, wie Monovinylaromatkohlenwasserstoffen der Benzolreihe verwendet werden, bei denen der Vinylrest unmittelbar an ein Kohlenstoffatom des aromatischen Kerns gebunden sind, sowie für am Kern halogenierte Derivate hiervon. Zu solchen Monovinylaromatverbindungen gehören Styrol, Vinyltoluol, Vinylxylol, Äthylvinylbenzol, p-Chlorstyrol, m-Chlorsty'rol, p-Isopropylstyrol, p-Bromstyrol und Äthylvinyltoluol. Mischpolymere von zwei oder mehreren solcher Monovinylaromatvebindungen können ä ebenfalls verwendet werden. Die Methode kann auch bei der Herstellung von Zellprodukten aus thermoplastischen Harzen, wie Polymethylmethacrylat und Mischpolymeren von Methylmethacrylat und Styrol oder Mischpolymeren von Styrol und α-Methylstyrol gebraucht werden. Das Verfahren auf Pfropfpolymere und Polymere, die mit anderen Modifiziermittel verschnitten sind, wie z.B. Polystyrol, das eine kleine Kautschukmenge enthält. Es ist ebenfalls anwendbar auf andere Kohlenwasserstoffe, z.B. Polyäthylen, Polypropylen, Polyisobutylen und deren Mischungen.

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Die flüchtige organische Verbindung kann eine Flüssigkeit ■ oder ein G-as unter gewöhnlichen Temperatur- und Druckbedingungen sein. Die Verbindung soll kein Lösungsmittel oder ein schlechtes Lösungsmittel für das Polymer sein, und einen Siedepunkt·bis zu etwa· 100⁰C.haben. Es soll ein Molekulargewicht von mindestens 56 oder höher und eine solche Molekulargröße besitzen, daß es nicht leicht von dem festen Polymer diffuniLert. Beispiele geeigneter flüchtiger organischer Verbindungen sind gesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Butan, Isobutan, Isobutylen, n-Pentan, Isopentan, Neopentan, Hexan, Heptan, Petroläther oder gesättigte aliphatische oder ■syclische Perchlorfluororkohlenwässerstoffe.

Die das Zusammenfließen verhindernden Mittel sind dadurch gekennzeichnet, daß sie keinen schädlichen Einfluß auf die expandierten Stränge oder verpackten Produkte haben. Beispiele solcher Mittel sind Magnesium-, Zink-, Calcium-, Natrium-, Aluminium-, Butylstearat, Sterinsäure, Salikon, Natriumoleat, Talkum, Tricalciumphosphat, Kaliumlaurylsulfat, Diatomeenerde und Kombinationen hiervon, z.B. von Talkum und einem Stearat usw.

Der auf die ungeschäumten Stränge aufgebrachte Prozentsatz an das Zusammenfließen verhindernden Mittel, soll ausreichen, um ein Schmelzen der expandierenden Stränge ohne schädliche Nebenwirkung zu verhindern, und er wird normalerweise in der Größenordnung von etwa 1 bis 3 Gew.-^ liegen, vorzugsweise etwa 1,5 .Gew.-$ der ungeschäumten Stränge betragen.

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Die Erhitzung der Stränge zwecks Aufschäumung kann duch Dampf •oder sonstige bekannte Heizmittel erfolgen, die innerhalb kurzer Zeit ausreichende Wärme liefern, um die Stränge in befriedigender Weise zu. expandieren.

Das Volumen der anfänglich gefüllten Kammer soll ein Verhältnis zum öesamtkammervolumen von nicht mehr als etwa im Verhältnis der scheinbaren Dichte der geschäumten Stränge zu den ungeschäumten Strängen haben, so daß die Masse der aufgeschäumten Stränge sich immer praktisch frei in mindestens einer Richtung expandieren kann.

Die entlüftete Kammer kann beliebige Größe und Gestalt haben, so lange sie während der Expandierung der geschäumten Stränge praktisch vollständig geschlossen ist. Es ist jedoch zu betonen», daß selbst in ihrer geschlossenen Lage die Kammer mehrere Auslässe besitzen soll, um expandierende Gase entweichen zu lassen. Auch wenn eine Form verwendet wird, braucht der Deckel nicht wie bei üblichen Arbeitsgängen festgeklemmt zu werden, weil keine wesentlichen Innendrücke während des Vorganges entwickelt werden.

Die folgenden Beispiele erläutern eine Arbeitsweise, in der der Grundgedanke der Erfindung angewandt werden kann, ohne hierauf beschränkt zu sein.

Beispiel . ■

Eine übliche Blockform von ungefähr 360 χ 120 χ 60 cm (12x4x2 Fuß).

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wurde verwendet· Itwa 13,6 kg (30 Pfund) gestreckte Polystyrolstränge Ton einer scheinbaren Dichte von etwa 8 Pfund je Fuß mit annähernd 5 bis 6 $> Pentan als Schaummittel wurden gleichmäßig über die Bodenfläche der form verteilt, um so die Form zu etwa 4 # ihres Gesamtvolumens zu füllen. Die Stränge waren ungefähr 10 bis 13 cm lang und etwa 3,1 mm dick. Die wurden mit etwa 1,5 Gew.-# Magnesiumstearat überzogen. Die Oberseite der Form wurde dann verschlossen und Dampf wurde unter

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einem Druok von 5,6 kg / cm (80 psi) in die Form eingeblasen.

Nach einer Minute wurde der Dampf abgestellt und die Form geöffejnt« Die -expandierten Stränge hatten eine scheinbare Dichte von ungefähr 1 Pfund je Fuß . Die einzelnen expandferten Stränge waren dadurch gekennzeichnet, daß sie unregelmäßig geformte elastische Stücke mit Abmessungen von etwa 15 bis 23 cm (6-9 Zoll) Länge und etwa 6 bis 13 mm (0,25 biO,5 Zoll) Dicke waren. Nach Entfernung aus der Form zeigte sich eine schwache Adhäsion zwischen benachbarten Strängen, aber diese Adhäsion ließ sich duroh normale Handhabung bei der Entfernung der Stränge aus der Form leicht überwinden. Höchstens war ein schwaches Zieli en oder Drücken der Stränge erforderlich, um sie vollständig voneinander zu trennen.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   .1. Verfahren zum einzelnen Expandieren einer Vielzahl von Strängen aus achaumfähigem Polymermäterial, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stränge mit einem ein Zusammenfließen verhindernden Miittel in ausreichender Menge überzieht, um ihr Zusammenfließen während der Expansion in mindestens einer unbehinderten Richtung auszuschalten, eine verschließbare Entlüftungskammer teilweise mit den Strängen füllt, so daß das Verhältnis des ^ von den nicht expandierten Strängen eingenommen Kammervolumens zum gesammten Kammervolumen nicht mehr beträgt, als etwa das Verhältnis der scheinbaren Dichte der expandierten Stränge, man die Kammer verschließt und die Stränge unter einzelner Expandierung ohne wesentliches Zusammenfließen erhitzt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymermaterial aus einem Alkenylaromatpolymer mit mindestens 70 Gew.-% einer Monovinylaromatverbindung, wie Polystyrol, besteht.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge mit Dampf erhitzt werden.

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