-
Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus expandierbaren Styrolpolymerisaten
und Zusatzstoffen Zur Herstellung von Formkörpern aus schaumförmigen Kunststoffen
hat sich ein Verfahren in die Technik eingeführt, bei dem man feinkörnige expandierbare
Styrolpolymerisate in Formen erhitzt, so daß die Körner aufschäumen und zu einem
Formkörper versinterm, der in seiner Formgebung dem I, nnenraum der Form entspricht.
-
Man erhitzt die feinkörnigen Kunststoffe meist durch Einblasen von
Heißdampf unter Druck in die Kunststoffkörner enthaltende Form0 Formkörper mit verbesserten
mechanischen Eigenschaften können zum Beispiel durch Erhitzen von Gemischen aus
feinkörnigen expandierbaren Styrolpolymerisaten, Zusatzstoffen, wie Holzspänen oder
Asbestfasern, und Bindemitteln erhalten werden. Die Bindemittel bewirken einen intensiven
Verbund zwischen Kunststoffteilchen und den Zusatzstoffen0 Es hat sich gezeigt,
daß man diese Mischungen nicht durch Erhitzen mit Heißdampf unter Druck nach dem
bekannten Verfahren aufsohäumen bzw0 versintern kann, da sich die Gemische aus Kunststoff,
Zusatzstoff und Bindemittel unter diesen Bedingungen entmlschenO
Es
sind deshalb Verfahren beschrieben worden, Gemische aus expandierbaren Styrolpolymerisaten,
Zusatzstoffen und Bindemitteln durch Erhitzen im Hochfrequenzfeld aufzuschäumen.
Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß man technisch aufwendige Apparaturen
benötigt.
-
Es wurde nun gefunden, daß man Formkörper aus Gemischen von expandierbaren
Styrolpolymerisaten, Zusatzstoffen und Bindemitteln durch Erhitzen der Gemische
mit Dampf in Formen, die aus einem Formenhohlraum mit perforierten Wänden und diesen
umgebenden Dampfkammern bestehen in besonders einfacher Weise herstellen kann, wenn
man zunächst heiße Gase und/oder Wasserdampf bei Atmosphärendruck durch die Dampfkammern
strömen läßt und danach die heißen Gase oder den Wasserdampf unter Druck in den
Formenhohlraum einbläst.
-
Styrolpolymerisate im Sinne der Erfindung sind Polystyrol und Mischpolymerisate
des Styrols mit anderenoc,ß-ungesättigten polymerisierbaren Verbindungen, die mindestens
50 Gewichtsteile Styrol einpolymerisiert enthalten. Als Mischpolymerisationskomponenten
kommen z.B in Frage c-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 zum Beispiel 0,001
bis 0, 1 an Verbindungen, die zwei polymerisierbare Doppelbindungen enthalten, wie
Butadien, Divinylbenzol oder Butandiol-diacrylat. Die Styrolpolymerisate können
zum Beispiel Flammschutzmittel, wie Tris-dibrompropyl-phosphat, Hexabromcyclododecan,
Chlorparaffin, oder Synergisten für die Flammsahutzmittel, wie Ferrocen, hochzersetzliche
organische Heroxyde oder weiterhin Farbstoffe enthalten.
-
Die expandierbaren Styrolpolymerisate können in homogener Verteilung
ein Treibmittel enthalten Als Treibmittel eignen sich zum Beispiel 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 zum Beispiel Propan, Butan,
Pentan, Cyclopentan, Hexan, Cyclohexan, Dichlordifluormethan und Trifluorchlormethan.
Die Treibmittel sind in den Styrolpolymerisaten im allgemeinen in Mengen zwischen
3 und 15 Gewichtsprozents bezogen auf das Polymerisat, enthalten Die feinteiligen
Styrolpolymerisate können z.B in Perlform, in Form zylindrischer Granulate oder
in Form von Brocken vorliegen, wie sie beim Mahlen von Substanzpolymerisaten erhalten
werden.
-
Die Teilchen haben vorteilhaft einen Durchmesser von 0,1 bis 6 mm,
insbesondere von 0,4 bis 5 mm Vorteilhaft werden nach dem Verfahren der Erfindung
vorgeschäumte expandierbare Styrolpolymerisate verarbeitet. Die feinteiligen Styrolpolymerisate
können zum Beispiel auf das 10- bis 100-fache ihres ursprünglichen Volumens vorgeschäumt
sein. Das Vorschäumen wird nach bekannten Verfahren, zum Beispiel durch Behandeln
der treibmittelhaltigen Teilchen mit strömendem Wasserdampf, vorgenommen.
-
Das Erhitzen der Gemische aus feinteiligen vorgeschäumten Styrolpolymerisaten,
Zusatzstoffen und Bindemitteln wird in Formen vorgenommen, die aus einem Formenhohlraum
mit perforierten Wänden und diesen umgebenden Dampfkammern bestehen. Die Arbeitsweisen
zum
Vorschäumen von Styrolpolymerisaten bzw. zum Ausschäumen bzw. geeignete Formen sind
beispielsweise in Arbeiten von F. Stastny beschrieben, die in der Zeitschrift"Kunststoffe",
44. Jahrgang, 1954, auf den Seiten 175 bis 180, sowie in der Zeitschrift"Der Plastverarbeiter'ts
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. Fohl Die Technologie des schäumbaren
Polystyrols", Dr. Alfred Hüthig Verlag GmbH, Heidelberg, 1965 beschieben.
-
Unter Zusatzstoffen sollen solche feinkörnigen oder fasrigen Stoffe
verstanden werden, die die Eigenschaften des Formkörpers beeinflussen. Geeignet
sind zum Beispiel faserförmige Stoffe tierischen oder pflanzlichen Ursprungs, zum
Beispiel Rinderhaare, wie sie zur Herstellung technischer Filze dienen, zerfaserte
Lederabfälle, zerfasertes Holz oder Kokos-, Baumwoll- sowie Wollfasern. Ebenso können
Fasern aus anorganischen Stoffen, wie Glas-, Asbest- oder Steinwollfaserng sowie
Fasern aus organischen hochmolekularen Stoffen, zum Beispiel solche aus Polyamiden
oder Polyestern, verwendet werden. Weiterhin kommen körnige anorganische Stoffe,
wie feinteiliger Bimsstein oder Ziegelstein, in Frage. Auch eignen sich als Füllstoffe
für das Verfahren feingehackte Hanf- oder Flachsstängel, Reisschalen oder Reisstroh,
ferner Korkschrot sowie andere organische Stoffe.
-
Besonders geeignete Zusatzstoffe sind zerfaserte Holzspäne oder Holzschrot,
wie sie beispielsweise zur Herstellung von Spanplatten verwendet werden.
-
Man verwendet die Styrolpolymerisate und Zusatzstoffe in solchen
Mengen
daß das Volumenverhältnis zwischen 95 t 5 und 30 : 70 (Styrolpolymerisat : Zusatzstoff)
liegt, Für das Verfahren eignen sich härtbare und thermoplastische Bindemittel Von
den härtbaren Bindemitteln haben insbesondere Harnstoff-, Melamin- oder Phenol--Formaldehyd-Vorkondensate
Bedeutung, die zum Beispiel vorzugsweise in wäßriger Lösung oder Dispersion vorliegen
können.
-
Aus der Reihe der thermoplastischen Bindemitteln verwendet man vorzugsweise
sogenannte wäßrige Polymerisatdispersionen. Es kommen insbesondere wäßrige Dispersionen
von Vinylacetat-, Vinylpropionat- oder Acrylsaureesterpolymerisatdispersionen in
Frage. Auch Polymerisate des Vinyl- oder Vinylidenchlorids können verwendet werden.
Mitunter ist es vorteilhaft, Polymerisate von Olefinen, zum Beispiel des Athylens,
Butadiens oder Styrols, zu verwenden.
-
Die zweckmäßig zu verwendende Menge des Bindemittels hängt von der
Art und Menge des Zusatzstoffes, dem Mischungsverhältnis Zusatzstoff zu Styrolpolymerisat
und den zu erzielenden Materialeigenschaften ab. Im allgemeinen sind Mengen zwischen
2Q und 50 kg flüssiges Bindemittel (Feststoff + Lösungs- bzw. Dispergiermittel>,
bezogen auf 1 m3 Gemisch aus Styrolpolymerisaten und Zusatzstoffen ausreichend Das
Erhitzen der Dampfkammern bzw. der Gemische wird durch Einblasen bzw Einleiten von
heißen Gasen und/oder Wasserdampf vorgenommen. So konnten zum Beispiel heiße LuRt
oder Gemische aus heißer Lurt und Wasserdampf verwendet werden. Vorzugsweise kommt
jedoch
als Heizmedium Wasserdampf in Frage. Die Gase bzw. der Dampf sollen eine Temperatur
von mindestens 1000C haben. Die Höchsttemperatur richtet sich nach dem Erweichungspunkt
des Styrolpolymerisates und der Erhitzungsdauer. Vorteilhaft arbeitet man mit Dämpfen
bzw. Gasen3 deren Temperatur zwischen 105 und 1400C liegt.
-
Die Gase bzw. den Wasserdampf läßt man zunächst unter Atmosphärendruck
durch die Dampfkammer hindurchströmen. Dies erreicht man z,Bo am zweckmäßigsten>
indem man die Dampfauslaßventile der Dampfkammer öffnet und Dampf bzw. Gase hindurchleitet.
Dabei dringt ein Teil der Gase bzw. Dämpfe in den Formenhohlraum ein, so daß die
Gemische langsam erhitzt werden. Dabei schäumt das expandierbare Polystyrol langsam
auf und der Abbindevorgang der Bindemittel setzt ein. Vorteilhaft heizt man die
Formen für die Dauer von 5 bis 8 Minuten.
-
Nach dem Durchleiten der Gase bzw. des Wasserdampfes durch die Dampfkammern
werden die Gase und/oder der Wasserdampf in den Formenhohlraum eingeblasen. Der
Druck der Gase bzw. Dämpfe soll dabei 0,4 bis 1,2 atü betragen. Zweckmäßig schließt
man nach dem Durchleiten der Gase bzw. Dämpfe durch die Heizmäntel die Ventile und
leitet die Gase bzw. Dämpfe unter Druck in den Formenhohlraum ein. Das Erhitzen
wird vorteilhaft für die Dauer von 0,5 bis 2 Minuten vorgenommen.
-
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der
einfachen Durchführbarkeit, die ohne komplizierten technischen Aufwand möglich ist.
-
Beispiel Eine verschließbare Form mit den Innenausmaßen 40 x 40 x
5 cm, deren Wände perforiert sind und die mit Dampfkammern (Heizmantel) umgeben
ist, wird mit einem Gemisch aus vorgeschäumtem Polystyrol, Holzspänen und einer
wäßrigen Dispersion eines Harnstoffharzes gefüllt. Die Mischung enthält 60 Volumenteile
vorgeschäumtes Polystyrol mit einem Schüttgewicht von SOg/Liter und einer durchschnittlichen
Teilchengröße von 1 bis 5 mm, 40 Volumenteile Holzspäne und den durchschnittlichen
Dimensionen von 5 bis 20 mm Länge und 1 bis 3 mm Stärke. Diesem Gemisch sind pro
Liter 50 g einer 605igen Dispersion eines Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensates in
Wasser, die außerdem 0, 5 ffi Ammoniumchlorid und 0,5 % Harnstoff enthält, zugegeben
wqrden.
-
In die Dampfkammern wird Dampf von 1100C unter Atmosphärendruck für
die Dauer von 7 Minuten hindurchgeleitet. Danach werden die Dampfaustrittsventile
der Form geschlossen und Dampf von 0,7 atü Dampfspannung für die Dauer von 1 Minute
in den Formeninnenhohlraum eingeblasen. Danach wird die Form gekühlt, indem kaltes
Wasser durch den Heizmantel geleitet wird.
-
Man erhält einen Formkörper mit dem Raumgewicht von 30 g/Liter.