DE1504514B2

DE1504514B2 - Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen mit geschlossenen Zellen aus thermoplastischen Kunststoffen

Info

Publication number: DE1504514B2
Application number: DE19651504514
Authority: DE
Inventors: Emi"1 Dr.; Hasler Hans; Sins; Huber. Alfred Dipl.-Ing. Mettmenstetten; Brunner (Schweiz)
Original assignee: Lonza AG
Current assignee: Lonza AG
Priority date: 1964-08-27
Filing date: 1965-08-25
Publication date: 1970-09-17
Also published as: CH422307A; SE320792B; FR1455331A; DE1504514A1; US3436445A; NL6511217A; GB1107837A; NL153577B; AT279181B

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Schaumstoffen mit geschlossenen Zellen aus pulverförmigen oder körnigkrümeligen, thermoplastischen Kunststoffmassen in Druckformen unter Verwendung von Gasen als Treibmittel.

Es ist bekannt, Schaumstoffe mit geschlossenen Zellen aus thermoplastischen Kunststoffen dadurch herzustellen, daß ein lösungsmittel- oder quellmittelhaltiges Ausgangsmaterial in großoberflächiger, körnigkrümeliger Form in eine durch einen Stempel auf veränderliches Volumen einstellbare Preßform eingebracht, dann die Preßform mittels des Stempels gasdicht geschlossen und Treibgas in der für die Expansion notwendigen Mengen eingeleitet wird, wobei der Gasdruck in der Form zur Lösung der gesamten Gasmenge im Ausgangsmaterial noch nicht ausreichend ist, worauf durch Einfahren des Stempels und Gelatinieren des Kunststoffes eine Masse entsteht, in welcher nahezu das ganze Treibgas gelöst ist, diese gekühlt und das Gebilde vom Druck entlastet, aus der Form herausgenommen und durch Wiedererwärmen expandiert wird.

Es ist weiterhin bekannt, daß das Gasaufnahmevermögen von Kunststoffen wesentlich verbessert werden kann, wenn ihnen organische, auf den Kunststoff lösend oder quellend wirkende Flüssigkeiten einverleibt werden.

Die Einführung der Gase in die mit einer körnigkrümeligen Masse gefüllte Form erfolgt z. B. über Öffnungen im Formboden, wobei das einströmende Gas in die Zwischenräume der körnigkrümeligen Masse geleitet wird. Es wurde nun festgestellt, daß, wenn von Kunststoffmassen ausgegangen wird, die Lösungsmittel bzw. Quellmittel enthalten, die Stellen der expandierten Schaumstoffblöcke, die sich in der Form in der Gegend von Gaseintrittsstellen befanden, sich in ihrer Beschaffenheit von den übrigen Teilen der Schaumstoff blocke unterscheiden. Sie weisen an diesen Stellen eine unterschiedliche Weichheit und eine andere Zellenstruktur auf, die bis zu offenen Zellen reichen kann. Dieser Nachteil ist auf die an diesen Stellen eintretende, durch den Gasstrom bedingte Abnahme der Lösungsmittelkonzentration im Kunststoff zurückzuführen und macht sich dann besonders unangenehm bemerkbar, wenn große Gasmengen in die Form eingeleitet und/oder Schaumstoffe mit sehr niedrigem spezifischem Gewicht hergestellt werden.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, das genannte Schaumstoff herstellungsverfahren von diesem Nachteil zu befreien und ein Verfahren zu entwickeln zur Herstellung von Schaumstoffblöcken mit gleicher Beschaffenheit und einheitlicher Weichheit und Zellstruktur in allen Teilen.

Das Verfahren der Erfindung zur Herstellung von Schaumstoffen mit geschlossenen Zellen aus thermoplastischen Kunststoffen, bei denen ein lösungsmittel- oder quellmittelhaltiges Ausgangsmaterial in großoberflächiger, körnigkrümeliger Form in eine durch einen Stempel auf veränderliches Volumen einstellbare Preßform eingebracht, dann die Preßform mittels des Stempels gasdicht geschlossen und Treibgas in der für die Expansion notwendigen Menge eingeleitet wird, wobei der Gasdruck in der Form zur Lösung der gesamten Gasmenge im Ausgangsmaterial noch nicht ausreichend ist, worauf durch Einfahren des Stempels und Gelatinieren des Kunststoffes eine Masse entsteht, in welcher nahezu das ganze Treibgas gelöst ist, diese gekühlt und das Gebilde vom Druck entlastet, aus der Form herausgenommen und durch Wiedererwärmen expandiert wird, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß dem Treibgas vor der Einführung in die Form Lösungsmitteldampf oder Quellmitteldampf zugegeben wird und der Gehalt an Lösungsmittel oder Quellmittel im Treibgas so eingestellt wird, daß zu keiner Zeit während der Einführung des Treibgases der Lösungsmittel- oder Quellmittelgehalt in der die

ίο Masse umgebenden Atmosphäre die Sättigungsgrenze erreicht.

Die Lösungsmittelmenge oder Quellmittelmenge, die dem Treibgas zugegeben wird, ist im wesentlichen vom Gehalt und von der Flüchtigkeit des Lösungsmittels oder Quellmittel im Kunststoff abhängig. So soll die Lösungsmittel- oder Quellmitteldampfkonzentration im Treibgas ausreichend sein, um die Aufrechterhaltung einer annähernd homogenen Lösungsmittel- oder Quellmittelverteilung im Ausgangsmaterial während der Gaseinleitung und der Verdichtung zu gewährleisten.

Die Erfahrungen in Ausübung der Erfindung haben gezeigt, daß es richtig ist, für die untere Grenze der Beladung des Treibgases mit Lösungs- und/oder Quellmittel den Partialdruck der Lösungs- oder Quellmittel im Treibgas zu Beginn der Einleitung des Treibgases in die Form auf mindestens 5% des Partialdruckes des Lösungsmittels oder Quellmittels in der die Masse umgebenden Atmosphäre in der Form einzustellen.

Weiterhin hat sich ergeben, daß es richtig ist, für die Obergrenze der Beladung des Treibgases mit Lösungsmittel und/oder Quellmittel den Gehalt an Lösungsmittel oder Quellmittel im Treibgas so einzustellen.

daß am Ende der Zuführung des Treibgases in die Form der Gehalt an Lösungsmittel oder Quellmittel der die Masse umgebenden Atmosphäre höchstens die Sättigungsgrenze erreicht.

Schließlich wurde ermittelt, daß die optimale Ausführung der Erfindung dann gewährleistet ist, wenn der Partialdruck an Lösungsmittel oder Quellmittel im Treibgas so eingestellt wird, daß er zu jedem Zeitpunkt während des Einführvorganges des Treibgases in die Form dem Partialdruck der die Masse umgebenden Atmosphäre entspricht.

Eine Kondensation von Lösungsmitteln bzw. Quellmitteln in der Form hätte nämlich zur Folge, daß ein Schaumstoff gebildet würde, der an den Kondensationsstellen größere und kleinere Lunker aufweist.

Die beste Menge Lösungsmittel bzw. Quellmittel muß unter Berücksichtigung der genannten Bedingungen für jeden Kunststofftyp und Schaumstofftyp, ob weich oder hart, mit großem oder kleinem Raumgewicht einzeln ermittelt werden, was jedoch, ohne erfinderisches Zutun, im Können des Fachmannes liegt.

Eine zweckmäßige Weise, die Lösungsmittel- bzw. Quellmitteldampfkonzentration im Treibgas vor dem Einfüllen in die Form einzustellen, besteht darin, das Treibgas mit dem Lösungsmittel bzw. Quellmittel bei gleichbleibender Temperatur und unter einem Druck von 1 bis 100 atü über dem Endeinfülldruck (Druck, der am Ende der Gaseinfüllung in der Form herrscht) zu sättigen und anschließend auf den Einfülldruck zu entspannen.

Das Lösungsmittel kann aber auch während des Einfüllens in die Form dem Treibgas laufend derart zugegeben werden, daß während des Einpressens des

Treibgases zu jeder Zeit die Gleichgewichtskonzentration in der Form gehalten wird.

Zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung wird von einem Polymerisat ausgegangen, das gänzlich oder teilweise aus Vinylchlorid gebildet wurde. Das Mischpolymerisat kann außer aus Vinylchlorid auch aus Vinylacetat, Vinylidenchlorid und anderen an sich bekannten polymerisationsfähigen Monomeren hergestellt sein.

Die Überführung der Ausgangsstoffe in die großoberflächige, körnigkrümelige Form kann auf verschiedene Weise erfolgen und richtet sich nach der Art der Stoffe. Die thermoplastischen Kunststoffmassen können im nicht plastifizierten Zustand verwendet werden. Im ersteren Falle werden die pulverigen oder körnigen Polymerisate mit Hilfe von Lösungsmitteln im Verhältnis von zweckmäßig 100 Gewichtsteilen Polymerisat zu 20 bis 50 Gewichtsteilen Lösungsmittel bzw. Quellmittel durch Rühren in eine lockere trockene, krümelige Masse übergeführt. Die Lösungsmittel bzw. Quellmittel werden bei allmählicher Zugabe von den Kunststoffen aufgesaugt und ergeben damit direkt trockene, gequollene Körner. Sollen hingegen plastifizierte, körnigkrümelige Ausgangskunststoffmassen hergestellt werden, so wird das Polymerisat mit dem Weichmacher und mit flüchtigen Lösungsmitteln zusammengemischt. Das Verhältnis von Polymerisat zu Weichmacher und Lösungsmittel wird zweckmäßig in den Grenzen von 100 Gewichtsteilen Polymerisat zu 10 bis 90 Gewichtsteilen Weich- macher zu 3,3 bis 30 Gewichtsteilen Lösungsmittel gewählt.

Die Lösungsmittel bzw. Quellmittel und Weichmachungsmittel werden nach Maßgabe der Löseeigenschaft bzw. Quelleigenschaft der Polymerisate gewählt. Das Treibgas wird zweckmäßig mit dem Lösungsmittel bzw. Quellmittel beladen, das im Kunststoff vorhanden ist. Der Unterschied im Sinne der vorliegenden Erfindung zwischen Lösungsmittel bzw. Quellmittel einerseits und Weichmacher andererseits liegt darin, daß die erstgenannten einen Siedepunkt von weniger als etwa 160 bis 17O⁰C, die letztgenannten einen höheren Siedepunkt aufweisen.

Für Polyvinylchlorid und seine Copolymerisate sind als Lösungsmittel- bzw. Quellmittel, welche eine gute Gaslösefähigkeit herbeiführen, zu nennen, z. B. Aceton, Methyläthylketon, Butylacetat, Cyclohexanon, Furan, chlorierte Kohlenwasserstoffe. Als Weichmacher kommen die üblichen für Polyvinylchlorid und Vinylchloridcopolymerisate verwendeten, vorzugsweise Dioctylphthalat, Dioctyladipat in Betracht.

Selbstverständlich können je nach Notwendigkeit oder Bedürfnis die üblichen dem Fachmann bekannten Stabilisatoren, Füllstoffe und Färbemittel in den erforderlichen Mengen zugegeben werden.

Sind nun die Massen in den gewünschten feinzerteilten, lockeren, verdichtbaren Zustand mit erhöhter Gaslösefähigkeit gebracht, so werden sie in die Stempelform eingefüllt, die Form mit dem Stempel gasdicht verschlossen und dann das einzuverleibende lösungsmittelhaltige Treibgas in die Form gepreßt. Die Menge Treibgas wird von der zu erreichenden Endexpansion bestimmt. Je größer die gewünschte Expansion, d. h. je kleiner die Dichte des zu erzeugenden Schaumstoffes ist, desto größer muß die Treibgasmenge, die in die Form einzufüllen ist, sein. Zweckmäßig wird so viel Treibgas in die Form gepreßt, daß der Endeinfülldruck in der Form 20 bis 70 atü beträgt. Das Treibgas kann aus Wasserstoff, Stickstoff oder Kohlendioxyd bestehen.

Anschließend wird der Stempel bis auf einen Druck von etwa 200 bis 500 kg/cm² eingefahren und die Form während z. B. 2 bis 6 Stunden auf 150 bis 18O⁰C erhitzt, wodurch die Gaslösung und die Gelatinierung der Masse eintritt. Schließlich wird nach Abkühlen und gegebenenfalls stufenweisem Druckentlasten ein Rohkörper, der ein Rohzellkörper sein kann, gebildet, der durch Wiedererwärmen auf bekannte Weise zum fertigen Schaumstoff expandiert wird.

Beispiel 1

50 kg einer Masse, bestehend aus 40 Gewichtsteilen Dioctylphthalat, 60 Gewichtsteilen Polyvinylchlorid, 3 Gewichtsteilen Bleistabilisatoren, 14 Gewichtsteilen Methyläthylketon, werden in eine Form von 58 1 Inhalt gefüllt. Die Form wird vor der endgültigen Kompression mit Stickstoff von 0 auf 38 atü beladen. Dieser Stickstoff wird vorgängig bei konstant 60 atü und 22° C mit Methyläthylketon gesättigt, so daß am Schluß der Begasung bei 38 atü pro Kubikmeter Gas 380 bis 390 g Methyläthylketon enthalten sind. Die Kondensation würde bei etwa 470 bis 480 g pro Kubikmeter Gas eintreten.

Nach dieser Gasbeladung werden in bekannter Weise die Endkompression und die Gelatinierung bei 280 atü und 170° C durchgeführt und nach Vorentspannung sowie Kühlung der Rohzellkörper aus der Form genommen. Man erhält durch Expansion im Wärmeschrank einen Schaumblock vom Raumgewicht 0,08 g/cm³ mit durchgehend einheitlicher Zellstruktur.

Beispiel 2

30 kg einer Masse, bestehend aus 75 Gewichtsteilen eines Copolymeren des Vinylchlorids mit 10% Vinylacetat, 3 Gewichtsteilen eines Bleistabilisators und 10 Gewichtsteilen Methyläthylketon, werden in eine Form von 35 1 Inhalt gefüllt. Nach dem Schließen der Form wird die Form mit einem Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch bis zu einem Druck von 20 atü gefüllt. Vor der Einleitung des Gasgemisches wird dieses bei 40 atü und 2O⁰C mit Methyläthylketon gesättigt, so daß am Schlüsse der Begasung bei 20 atü 220 bis 250 g Methyläthylketon pro Kubikmeter enthalten sind. Kondensation würde bei 350 bis 380 g/m³ eintreten. Nach Weiterbehandlung, wie im Beispiel 1 beschrieben, wird ein fehlerloses Produkt erhalten.

Beispiel 3

50 kg eines Gemisches, bestehend aus 100 Gewichtsteilen Polyvinylchlorid, 4 Gewichtsteilen Stabilisator, 2 Gewichtsteilen Titandioxyd und 40 Gewichtsteilen Methyläthylketon, werden in eine Form von 58 1 Inhalt gefüllt. Nachdem die Form gasdicht verschlossen ist, wird Stickstoff, der vorgängig unter einem Druck von 60 atü mit Methyläthylketon gesättigt wurde, bis zu einem Enddruck von 45 atü eingeleitet. Die Masse wird nun in bekannter Weise verdichtet, geliert, stufenweise druckentlastet und nach Abkühlen unter Bildung eines Rohzellkörpers aus der Form genommen. Nach der auf bekannte Weise durchgeführten Expansion erhält man einen Zellkörper mit homogener Schaumstruktur, dessen Dichte 0,06 ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen mit geschlossenen Zellen aus thermoplastischen Kunststoffen, bei dem ein lösungsmittel- oder quellmittelhaltiges Ausgangsmaterial in großoberflächiger, körnigkrümeliger Form in eine durch einen Stempel auf veränderliches Volumen einstellbare Preßform eingebracht, dann die Preßform mittels des Stempels gasdicht geschlossen und Treibgas in der für die Expansion notwendigen Menge eingeleitet wird, wobei der Gasdruck in der Form zur Lösung der gesamten Gasmenge im Ausgangsmaterial noch nicht ausreichend ist, worauf durch Einfahren des Stempels und Gelatinieren des Kunststoffes eine Masse entsteht, in welcher nahezu das ganze Treibgas gelöst ist, diese gekühlt und das Gebilde vom Druck entlastet, aus der Form herausgenommen und durch Wiedererwärmen expandiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Treibgas vor der Einführung in die Form Lösungsmittel- oder Quellmitteldampf zugegeben wird und der Gehalt an Lösungsmittel oder Quellmittel im Treibgas so eingestellt wird, daß zu keiner Zeit während der Einführung des Treibgases der Lösungs- oder Quellmittelgehalt in der das Compound umgebenden Atmosphäre die Sättigungsgrenze erreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Partialdruck der Lösungs- oder Quellmittel im Treibgas zu Beginn der Einleitung des Treibgases in die Form auf mindestens 5 % des Partialdruckes des Lösungsmittels oder Quellmittels in der das Compound umgebenden Atmosphäre in der Form eingestellt wird.