DE1704659C3

DE1704659C3 - Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Schaumkunststoff

Info

Publication number: DE1704659C3
Application number: DE19671704659
Authority: DE
Inventors: Robert Dr. 5090 Leverkusen; Bart] Herbert Dr.; Brochhagen Franzkarl Dr.; 5074 Odenthal; Wingler Frank Dr. 5090 Leverkusen Zöllner
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1967-11-21
Filing date: 1967-11-21
Publication date: 1976-04-08

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Schaumkunststoff durch Verschweißen von Hohlperlen aus Copolymerisaten des Vinylchlorids mit Äthylen und gegebenenfalls Propylen oder Isobutylen als weiteres Monomeres.

Es ist bekannt. Schaumstoffe auf Basis von Polymerisationsprodukten unter Verwendung der verschiedensten Treibmittel herzustellen. Man verwendet in der Regel als Treibmittel Verbindungen, die beim Erwärmen auf bestimmte Temperaturen Gase abspalten und den Kunststoff im thermoplastischen Zustand aufblähen. Weiterhin ist für die Herstellung derartiger Schaumstoffe ein Treibverfahren bekannt, wonach in das Monomere vor der Polymerisation eine niedrig siedende Flüssigkeit eingebracht wird, die im resultierenden Polymerisat noch vorhanden ist und dieses beim Erwärmen aufbläht. Im Einzelfall können auch Polymerisationsprodukte im gelförmigen Zustand durch Einschlagen von Luft kurz vor Einsetzung des Aushärtevorgangs aufgeschäumt werden.

Es ist weiterhin bekannt, Schaumstoffe von niedrigem Raumgewicht auf Basis von Polymerisationsprodukten, vor allem auf Basis von Polystyrol, in Verbindung mit dem oben skizzierten Treibverfahren in zwei Stufen herzustellen. In der ersten Stufe wird nach der Polymerisation das treibmittelhaltige Granulat durch einen Hitzestoß durch die Ausdehnung des Treibmittels vorgebläht. Um aus diesen vorgeblähten Partikeln einen Formkörper herzustellen, füllt man eine entsprechende Form und verschweißt die Partikeln durch einen erneuten Hitzestoß miteinander, wobei gleichzeitig unter weiterer Expansion der Partikeln die zwischen den meist kugelförmigen Gebilden liegenden Hohlräume vollständig ausgefüllt werden. Da dieser zweite Treibprozeß in der Praxis immer an die Gegenwart von Wasserdampf gebunden ist, fallen Schaumstoffe auf Polystyrol-Basis nach diesem Verfahren stets mit einem Gehalt an Wasser an, das für viele Anwendungen durch Trocknen beseitigt werden muß. Von erheblichem Nachteil ist die leichte Entflammbarkeit des Polystyrols; ein für manche Zwecke ausreichender Flammschutz wird nur mit Spezialtypen erreicht. Zwischen den beiden Stufen des Arbeitsprozesses — Vorschäumen der Partikeln und Verschweißen in der Form — muß eine zeitraubende Ablagerung des vorgeblähten Granulats erfolgen.

Schließlich ist es aus der FR-PS 14 37 113 bekannt, vorgeschäumte und gealterte Teilchen aus einer thermoplastischen Masse mit einem Durchmesser von 0,15 bis 5 mm in eine Form einzubringen und kurzzeitig auf 120 bis 160⁰C zu erhitzen, wobei ein oberflächliches Schmelzen der Teilchen erfolgt. Durch Anwendung von Druck (0,1 bis 1 kg/cm³) werden die Teilchen dann zusammengepreßt, wodurch die Formung zu porösen Massen oder Körpern geringer Dichte stattfindet.

Unter thermoplastischen Massen werden Polystyrol oder Copolymerisate mit mindestens 50 Gewichtsprozent an einpolymerisiertem Styrol verstanden. IEi η Nachteil dieser Schaumkunststoffe liegt in ihrer relativ leichten Entflammbarkeit, in der relativ hohen Wassernahme, bedingt durch die Porosität der vorgeschäumten Ausgangsteilchen, und in der oft nicht ausreichenden Weichheit und Elastizität des Schaumes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Schaumstoffkunststoffen durch Verschweißen von Hohlperlen bereitzustellen, bei dem die erhaltenen Schaumstoffformkörper schwer brennbar sind, aber gleichzeitig ein geringes spezifisches Gewicht besitzen und eine gegenüber Polystyrolschäumen verbesserte Lösungsmittelbeständigkeit aufweisen. Sie sollen ferner eine hohe Elastizität auch in dünnen Schichten besitzen und eine gegenüber Polystyrolschäumen verringerte Wasseraufnahme. Schließlich sollen die Schaumstoffkunststoffe bei gleicher Verfahrensweise auch bei niedrigeren Temperaturen hergestellt werden können.

Ausgehend von einem Verfahren zum Herstellen von Formkörpern aus Schaumkunststoff durch Einbringen von thermoplastischen, gegebenenfalls mit einem oberflächlich anlösenden, aber nicht auflösenden Mtdium behandelten Hohlperlen mit einem Durchmesser von 0,01 bis 3 mm in eine Vorrichtung, Verminderung des Schüttvolumens durch Komprimieren und Verschweißen der Hohlperlen durch Wärmeeinwirkung, wobei die Wärmeeinwirkung gegebenenfalls vor dem Verschweißen erfolgen kann, soll diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst werden, daß Hohlperlen aus Mischpolymerisaten aus 70 bis 92 Gewichtsprozent Vinylchlorid und 30 bis 8 Gewichtsprozent Äthylen, Äthylen und Propylen oder Äthylen und Isobutylen verwendet werden, wobei der Anteil an Propylen oder Isobutylen bis zu 50 Gewichtsprozent des Äthylens betragen kann.

Vorzugsweise bestehen die Hohlperlen aus Copolymerisaten

80 bis 90 Gewichtsprozent Vinylchlorid und
20 bis 10 Gewichtsprozent der vorgenannten polymerisierbaren ungesättigten Kohlenwasserstoffe.

Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn Hohlperlen von Copolymerisaten aus Vinylchlorid und Äthylen verwendet werden.

Die Herstellung der Hohlperlen aus den Copolymerisaten der vorstehenden Monomeren kann nach dem Verfahren der DT-AS 16 94 070 erfolgen.

Ein besonderer Vorzug der den Hohlperlen zugrunde liegenden Copolymerisate liegt in den für einen Preß- und Verschwei ßungsvorgang vorteilhaften Erweichungstemperaturen von etwa 60 bis etwa 100° C. Sie

lassen sich besonders leicht zu Schaumstofflcörpern verarbeiten. Die Hohlperlen selbst sollen Durchmesser von etwa 10 μ bis 3 mm, vorzugsweise 0,1 bis 1,5 rom, besitzen. Das Schüttgewicht der Hohlperlen beträgt 3 bis 40 g/l je nach Teilchendurchmesser, wobei Hohlperlen mit kleinerem Durchmesser ein höheres Schüttgewicht besitzen.

Die Erfindung wird an Hand eines Beispiels näher erläutert:

In eine geeignete Vorrichtung werden Hohlperlen des thermoplastischen Materials eingebracht. Sodann vrird das Schüttvolumen der Hohlperlen vermindert. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß das in einer Form (B) (s. Skizze, Zahlenangaben in Millimeter) befindliche Schüttgut mit Hilfe eines beheizbaren Deckels (A) (O₁ Heizflüssigkeitseinlauf, o₂ Heizflüssigkeitsauslauf), der nach Art eines Stempels in die Form (B) eingefahren wird, zusammengedrückt wird, und zwar so weit, wie der gewünschten Dicke des verschweißten Formkörpers entspricht. Während des IComprimierens entweicht die zwischen den Hohlperlen befindliche Luft. Die Hohlperlen selbst können ihre meist kugelförmige Form zwar verändern, platzen im wesentlichen jedoch nicht auf. Nun erfolgt das Verschweißen der Zellwände der Hohlkörper durch Einwirkung von Wärme, etwa dadurch, daß die Form (B) mit Deckel (A) in ein Heizbad (C) (C₁ Heizflüssigkeiteinlauf, C₂ Heizflüssigkeitauslauf, C₃ Heizung) eingebracht wird. Selbstverständlich kann sich die Form (B) bereits vor dem Komprimieren in dem Heizbad befinden.

Es ist weiter ohne weiteres möglich, bereits vorgewärmte Hohlperlen vor der Kompression in die Vorrichtung einzubringen. Das Komprimieren kann auch mit Förderschnecken an Stelle des beweglichen Deckels oder Stempels vorgenommen werden.

Ähnlich wie die beschriebenen platten- oder blockförmigen Schaumstoffkörper können auch Formteile mit fast beliebigen Konturen in einer geeigneten Vorrichtung hergestellt werden. So lassen sich z. B. Verpackungsformteile, Rohrschalen, Isolierkörper für Kühlschränke, Sitzschalen usw. auf diese Weise produzieren.

Auch die kontinuierliche Fertigung von Platten und Blöcken ist möglich, indem die Hohlperlen z. B. durch vier beheizte fortlaufende Bänder, die im Querschnitt ein Rechteck bilden, transportiert werden. In den Bändern erfolgt die Zusammendrückung und Verschweißung der Partikeln in geeigneter Weise. Die Bänder erfüllen in diesem Fall die Aufgabe einer Form.

Als Verschweißungstemperaturen können Temperaturen bis in die Nähe des Erweichungspunktes des thermoplastischen Materials gewählt werden. Zweckmäßig liegen diese Temperaturen zwischen etwa 45 und 100⁰C, vorzugsweise zwischen 55 und 70" C.

Die Hohlperlen können vor der Verminderung des Schüttgewichts mit einem Lösungsmittel, welches das thermoplastische Material z. B. als Copolymerisat nur oberflächlich anlöst, aber nicht auflöst, behandelt werden. Beispielsweise ist ein Acelon/Wassergemiscb (Gewichtsverhältnis 1: 9) hierfür geeignet. Hierdurch kann in manchen Fällen die Qualität der Verschweißung verbessert werden. Auch ist es möglich, die Hohlperlen vor dem Verpressen mit einem Bindemittel wie beispielsweise einer klebefähigen Polymerisatemulsion wie beispielsweise auf der Basis von Polychloropren zu behandeln. In beiden letzteren Fällen kann das Vernressen und Verschweißen sogar in nassem Zustand erfolgen. Auf diese Weise erhält man besonders elastische Schaumstoffe.

Die erhaltenen Schaumstoffe zeigen auf Grund ihres hohen Chlorgehalts von etwa 35 bis 51 Gewichtsprozent ein sehr günstiges Brandverhalten. Ihre Härte reicht von weichelastisch bis zähhart.

Sie können unter Belastung bis auf etwa 60 % ihres Volumens zusammengedrückt werden, ohne daß das Zellgerüst zusammenbricht. Nach Entlastung geht der

ίο Schaumstoff praktisch wieder in den Ausgangszustand zurück. Die Zellen sind weitgehend geschlossen, weshalb auch die Wasseraufnahme außerordentlich niedrig ist. Die Wärmeleitzahl liegt bei etwa 0,025 kcal/ mhgrd (mittlere Meßtemperatur 10⁰C). Die mechani-

1-5 sehen Eigenschaften hängen, wie allgemein bei Schaumstoffen, vom Raumgewicht ab, höhere Dichten führen zu einer verbesserten Festigkeit.

Es ist auch möglich, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schaumstoffe nach kurzzeitigem Erwärmen auf eine Temperatur in der Nähe des Erweichungspunktes weiter zu verformen. Nach dem Abkühlen behält der Schaumstoff seine vorgegebene Kontur. Besonders einfach können auf diese Weise beispielsweise Rohrschalen gewonnen werden oder sogar Rohre an Ort und Stelle mit Schaumstoff ummantelt werden.

Die erhaltenen Produkte können vielseitige Anwendung finden, wie z. B. als Polstermaterial und als Isolierstoff. Von besonderem Interesse sind sie für den Einsatz im Bauwesen, wo ein günstiges Brandverhalten besonders wichtig ist. Der halbharte Charakter des Schaumstoffes ermöglicht auch die Herstellung von dünnen rollbaren Bahnen, wie sie zum Auskleiden von Räumen verwendet werden.

Beispiel 1

Die in der Skizze abgebildete Form (B) wird mit trockenen Hohlperlen auf Basis eines Copolymerisates aus 85 Gewichtsprozent Vinylchlorid und 15 Gewichtsprozent Äthylen vom Teilchendurchmesser 0,5 bis 1,5 mm gefüllt, wobei sich die Füllmenge nach dem gewünschten Raumgewicht, der Plattenstärke und dem Schüttgewicht der Hohlperlen richtet. Der Formendeckel (A) wird nach dem Füllen so weit in die Form eingepreßt, wie es der gewünschten Plattenstärke in Spalte 3 der folgenden Tabellen entspricht:

Hohlperlen mit einem Schüttgewicht von etwa 3,5 g/l als Ausgangsprodukt

Raumgewicht
kg/m³

Füllmenge
in g

Plattenstärke in cm

13	39	3,7
15	31	2,7
15	25	2,0

Hohlperlen mit einem Schüttgewicht von etwa 5 g/l als Ausgangsprodukt

Raumgewicht
kg/m³

Füllmenge
in g

Plattenstärke in cm

17	55	4
18	45	3
19	35	2

Hohlperlen mit einem Schüttgewicht von etwa 12 g/l als Ausgangsprodukt

Raumgewicht Füllgewicht Plattenstärke

kg/m* in g in cm

26	104	4,7
31	90	3,5
34	85	3,0

Die Formentemperatur wird durch Eintauchen in ein Wasserbad (C) auf 55°C gehalten; die Preßzeit beträgt 10 Min. Nach dem Entfernen des Deckels erhält man Schaumstoffplatten mit den. in der Spalte 1 aufgeführten Raumgewichten. Der Zusammenhang zwischen Schüttgewicht, Raumgewicht, Füllmenge und Plattenstärke geht aus den vorangehenden Tabellen hervor.

B e i s ρ i e I 2

70 g Hohlperlen vom ungefähren Schüttgewichi 8,5 g/l werden gleichmäßig mit 30 g eines Aceton-Wassergemisches (Gewichtsverhältnis 1: 9) versetzt und bei 6O⁰C Formentemperatur 5 Minuten in der

ίο Form, die in der Anlage beschrieben ist, verschweißt. Die resultierende Schaumstoffplatte weist bei einer Schaumstoffstärke von 2,7 cm ein ungefähres Raumgewicht von 31 kg/m³ auf.
Der verbesserte Verschweißungsgrad zeigt sich in der verminderten Wasseraufnahme und den verbesserten mechanischen Werten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Herstellen von Formkörpern aus Schaumkunststoff durch Einbringen von thermoplastischen, gegebenenfalls mit einem oberflächlich anlösenden, aber nicht auflösenden Medium behandelten Hohlperlen mit einem Durchmesser von 0,01 bis 3 mm in eine Vorrichtung, Verminderung des SchJttvolumens durch Komprimieren und Ver- "> schweißen der Hohlperlen durch Wärmeeinwirkung, wobei die Wärmeeinwirkung gegebenenfalls vor dem Verschweißen erfolgen kann, dadurch gekennzeichnet, daß Hohlperlen aus Mischpolymerisaten aus 70 bis 92 Gewichtsprozent Vinylchlorid und 30 bis 8 Gewichtsprozent Äthylen, Äthylen und Propylen oder Äthylen und Isobutylen verwendet werden, wobei der Anteil an Propylen oder Isobutylen bis zu 50 Gewichtsprozent des Äthylens betragen kann. ^ao