DE1769315C3

DE1769315C3 - Schaumstoffe aus Tetrafluorathylen Polymerisaten

Info

Publication number: DE1769315C3
Application number: DE1769315A
Authority: DE
Inventors: Otfried 8263 Burghausen Loercher; Robert Dr. 8261 Burgkirchen Steffen
Original assignee: Farbwerke Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1968-05-07
Filing date: 1968-05-07
Publication date: 1973-09-13
Also published as: NL6906742A; US3692710A; BE732663A; FR2007992A1; DE1769315B2; GB1252603A; DE1769315A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schaumkörpern aus Dispersionen von F'olytetrafluoräthylen, Polytetrafluoräthylen-Mischpolymerisat

65 oder Gemischen derselben mit anderen Perfluorolelmpolymerisaten und nach diesem Verfahren herstellbare Sehaumkörper mit einem geringen Raumgewicht.

Für die Herstellung von Schäumen aus thermoplastischen Kunststoffen sind bereits verschiedene Verfahren bekannt. Sie beruhen hauptsächlich darauf, daß der Kunststoffmasse ein Treibmittel zugesetzt und eine Zersetzung desselben bei höherer Temperatur herbeigeführt wird oder eine Behandlung mit einem als Treibmittel verwendeten Gas erfolgt, wie dies beispielsweise in der schweizerischen Patentschrift 294345 beschrieben ist.

Nach der britischen Patentschrift 756 555 wird Polyvinylchlor zunächst geliert und anschließend das Wasser w^gedampft. Um Hart-Polyv^ylchlorid-Sehaum zu erhalten, ist es erforderlich, Gerüstsubstanzen einzuführen, welche jeodch im Schaum verbleihen und so seine Qualität beeinflussen.

Nach diesen Verfahren können eine Reihe \on Schaumstoffen aus verschiedenartigen thermoplastischen Kunststoffen gewonnen weiden, doch war es nicht möglich, eines dieser Verfahren auf die Herstellung von Polytetrafluoräthylen-Schaumstoffe /u übertragen und aus diesem vielseitig interessanten Material technisch bewährte Produkte herzustellen.

Zur Herstellung poröser Formkörper mit schaumstoffähnlichen Eigenschaften sind eine Reihe von Verfahren bekannt, bei denen zunächst ein »temporärer Füllstoff« in Polytetrafluoräthylen eingearbeitet und anschließend entweder durch chemische Zersetzung oder durch Auswaschen wieder entfernt wird, so daß Gebilde mit einer gewissen Zellstruktur entstehen, die anschließend gesintert werden.

So wird in der USA.-Patentschrift 2 997 448 ein Verfahren beschrieben, bei dem aus einer wäßrigen Dispersion von Fluorkohlenstoffpolymerem und einem Verfestiger, wie insbesondere Gips in der Form von Alabaster, eine Formmasse hergestellt, bei der es nach der Trocknung möglich ist, den Venestiger durch bestimmte Flüssigkeiten wieder herauszuwaschen, so daß ein poröses Gebilde entsteht. Ganz ähnlich wird in der USA.-Patentschrift 3 556161 gearbeitet, nur wird dort Borax als temporärer Füllstoff benutzt. Derartige Verfahren sind außerordentlich umständlich, insbesondere da der Waschprozeß lange Zeiten erfordert und es meist auch nicht möglich ist, den gesamten temporären Füllstoff wieder herauszuwaschen, so daß ein großtechnischer Einsatz nicht in Frage kommt.

In der USA.-Patentschrift 3 058 166 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem festes Polytetrafluoräthylenpulver mit solchen organischen Stoffen vermischt wird, die sich bei Temperaturen unter 300° C in gasförmige Stoffe zersetzen, wie beispielsweise Campher, Naphthalin, Zitronensäure oder Rohrzucker in fester Form. Die Gemische werden dann eine Zeitlang unterhalb der Sintertemperatur gehalten und schließlich oberhalb 327⁰C gesintert. Die entstehenden Zellkörper haben eine unregelmäßige Struktur und sind technisch unbefriedigend, da sie stets bräunliche bis schwarze Verfärbungen durch abgelagerte Kohlenstoffe bzw. organische Zersetzungsprodukte aufweisen.

Insbesondere ist es mit allen diesen Verfahren, die einen temporären Füllstoff benutzen, nicht möglich, zu Polytetrafluoräthylen-Schaumkörpem mit niedrigem Raumgewicht zu kommen. Der zunächst eingebrachte temporäre Füllstoff wirkt als stützendes Gerüst; wird er im nachfolgenden Schritt durch Aus-

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waschen oder Ausgasen entfernt, so muß das ver- oder Zersetzungsproduktedesschaumbildenden Mittels

bleibende Folytetrafluorathylengerüst selbsttragend werden von dieser Temperatur herausgetrennt unter

sein. Diese Eigensc.aft behält es nur bei einer be- Zutritt von Luft, wodurch man eine"n reinweißen,

stimmten Menge an eingebrachtem temporärem Füll- offenporigen Schaum aus Polytetrafluorethylen bzw.

stoff. Vergleicnsversuche nach den Verfahren aus den 5 -Mischpolymerisat bzw. -Polymerisatgemisch erhält.

USA.-Patentschnften 2 997 448 und 3 556 161 er- Bei der Verarbeitung von Polyteirafluoräthylen wird

gaben, daß eine Erhöhung des dort angegebenen Ge- die Formmasse üblicherweise unter hohem Druck in

haltes an temporarem Füllstoff nicht zur Herabsetzung _{eine Form gepreßt und} anschließend «esintert. Die

des Raumgewichts fuhrt, sondern der schließlich ver- Anwendung eines hohen Druckes isr notwendig, da

bleibende poröse Körper fällt entweder in sich zu- io die einzelnen Polytetrafiuoräthylen-Teiichen selbst

sammen, oder er zerfällt in eine krümelige Masse. oberhalb des Erweichungspunktes nicht zum Fließen

Außerdem werden die Schwierigkeiten bei der Ex- neigen und erst unter Anwendung von Druck vor oder

tniktion des temporären Füllstoffes mit steigender v.ährend des Sintervorganges zusammenbacken. Fs

Menge immer großer. Aus der französischen Patent- war daher überraschend, daß der an sich nichlfilm-

schrift 1 220 069 ist bekannt, daß als temporärer Füll- 15 bildende Latex trotz des enormen Gewichtsverlustes

stotT auch ein zweites Polymeres, wie insbesondere durch die Entfernung des Wassers und der zugesetzten

Poluiiethacrylat, eingesetzt werden kann, das dann OH-Gruppen enthallenden und der schaumbildenden

entweder durch thermische Zersetzung oder durch Substanzen ein Schaumgerüst ergibt, welches ohne

Herauslosen wieder entfernt wird. Ein solches wieder Einwirkung von Druck zu einem festen Schaum ge-

entfernbares Polymeres gleicht in seiner Funktion den 20 sintert werden kann. Es war weiterhin nicht zu er-

obengenannten temporären Füllstoffen und bringt die warten, daß selbst durch die 25°/_oige Ausdehnung des

gleichen Nachteile mit sich. Polytetrafluoräthylens beim Übergang in die Schmelze

Schließlich ist aus. der britischen Patentschrift das an sich noch nicht verfestigte Schaumgerüst nicht

92') 586 ein Verfahren zur Verschäumung von Fluor- zerstört wird.

kohlenstoffpolymeren mittels physikalischer Treib- 25 Das ernndungsgemäße Verfahren ist anwendbar mittel bekannt, das jedoch zu geschlossenporigen sowohl auf reines" Polytetrafluorethylen, auf Misch-Schaummassen führt, deren Raumgewicht nicht we- polymerisate oder Mischungen mit anderen Perfluorscntlich unter IOC kg/m³ gesenkt werden kann. olefin-Polymerisaten als auch auf Mischungen mit Außerdem ergibt sich hier das Problem der Wieder- Füllstoffen, wie Glasfaser, oder Zusätze, wie Wassergewinnung des Treibmittels. 30 glas, zur Erhöhung der Festigkeit.

! )ie Aufgabe war also ein Veriahrei zur Herstellung Der zu verarbeitende Polytetrafiuoräthylen-Latex

von Polytetrafluoräthylen-Schaumkörpern zu finden, enthält wenigstens 50, vorzugsweise 60 bis 75 Gewichts-

das in möglichst wirtschaftlicher und einfacher Ver- prozent Polytetrafluorethylen, gegebenenfalls ein-

fahrensw.-ise die oben angeführten Nachteile ver- schließlich Polyfluorolefin-Polymerisate. Zweckmäßig

meidet und insbesondere zu Schaumkörpern mit nied- 35 sind außerdem möglichst große dispergierte Teilchen,

rigem Raumgewicht führt. Um eine möglichst gleichmäßige Verdampfung des

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Ver- Wassers zu begünstigen, wird der Polytetrafluoräthylenfahren zur Herstellung von Schaumkörpern aus Dis- Dispersion eine wenigstens 3 OH-Gruppen enthaltende peisiunen von Polytetrafluorethylen, Polytetrafluor- Substanz zugesetzt, bevorzugt Glycerin, Rohrzucker, äthylen-Mischpolymerisat oder Gemischen derselben 40 Sorbit oder Glucose. Diese Zusätze in Mengen von 3 mit anderen Perfiuorolefin-Polymerisaten, dadurch ge- bis 10, vorzugsweise 4 bis 6 Gewichtsteilen je 100 Gekennzeichnet, daß man eine Dispersion aus Polytetra- wichtsteile Polytetrafluoräthylen-Dispersion verhinfluoräthylen mit einem Polytetrafluoräthylengehalt von dem außerdem die Bildung harter, wasserdampfwenigstens 50 Gewichtsprozent mit 3 bis 10 Gewichts- undurchlässiger Krusten an der Schaumoberfläche,
teilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile Polytetrafluor- 45 Eine überraschende Erkenntnis des erfindungsgeäthylen-Dispersion, einer wenigstens 3 OH-Gruppen mäßen Verfahrens ist es, daß derartige Substanzen enthaltenden Substanz sowie 0,8 bis 15 Gewichts- eine gleichmäßige Abführung des Wassers begünstigen teilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile Polytetrafluor- und daß dadurch ein gleichmäßig aufgebautes Schjumäthylen-Dispersion, eines schaumbildenden Mittels gerüst erzeugt wird.

und gegebenenfalls Zusatzstoffen versetzt, die Mi- 50 Als schaumbildende Hilfsstoffe können die als schung nach an sich bekannten Verfahren durch me- solche bekannten Substanzen, wie Fettalkoholsulfochanisches Einschlagen eines Gases in einen Schaum nate, oxäthylierte sulfurierte aliphatische oder aromaüberführt und diesen Schaum einer stufenweisen tische Hydroxyverbindungen, Sulfobernsteinsäurede-Wärmebehandlung bis 450"C aussetzt, wobei Wasser, rivate, wie das Natriumsalz des Sulfobernsteinsäuredie OH-Gruppen enthaltende Substanz sowie das 55 lauryläthoxyhalbesters oder des Natriumsalz des schaumbiidende Mittel wieder entfernt werden und Sulfobernsteinsäurehalbesters von Fettsaureäthanoldas verbleibende Schaumgerüst aus Polytetrafluor- amiden, Triäthanolaminderivate, wie Triäthanolaminäthylen gesintert wird. laurylsulfat, Alkylpolyglykoläther, Alkylamidpolygly-

Die Wärmeeinwirkung beginnt ber ungefähr 8O⁰C koläther in Form ihrer Alkali-, Erdalkali-Ammonium- und wird stetig bis 450⁰C gesteigert. Dabei wird zwi- 60 bzw. Oxalkyl-Ammonium-Salze verwendet werden, sehen 80 und 150⁰C das Wasser entfernt, ab 150⁰C Bevorzugt wird eine wäßrige Lösung von sulfuriertem bis ungefähr 300⁰C entweichen die dem Latex zu- Laurylalkoholoxäthylat, vorteilhaft in handelsüblicher gesetzten, wenigstens 3 OH-Gruppen enthaltenden Konzentration von 28%. verwendet. Von den geSubstanzen und die schaumbildenden Substanzen, so nannten Stoffen werden 0,8 bis 15 Gewichtsteile von daß ein nicht verfestigtes Gerüst aus Polytetrafluor- 65 100 Gewichtsteilen einer wenigstens 50gewichtsproäthylen bzw. Polytetrafluoräthylen-Mischpolymerisat zentigen Dispersion eingesetzt.
zurückbleibt, welches zwischen 33O⁰C und 45O⁰C in Das Schlagen des Schaumes erfolgt in an sich bektirzer Zeit gesintert und damit verfestigt wird. Reste kannter Weise durch Einrühren des Gases, Vorzugs-

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weise von Luft, bis eine sahnig steife Konsistenz erreicht ist. Dieser Schaum wird in einer bis zu 30 mm dicken Schicht der beschriebenen stufenweisen Wärmebehandking ausgesetzt, wobei er getrocknet, von allen organischen Zusätzen befreit und anschließend gesintert wird.

Gegenstand dsr Erfindung sind ferner Schaumkörp:r aus Polytetralluoräthylen, dessen Mischpolymerisaten oder Polymerisatgemischen, erhältlich nach dem erlindungsgemäßen Verfahren mit einem Raum- J₀ gewicht von 70 bis 130 kg/m^;i. Gegebenenfalls können diesen Schaumkörpern noch Füll- oder Verfcstigungsstüffc beigemischt sein.

Die auf diese Weise gewonnenen überwiegend PoIytetrafluoräthylen enthaltenden Schaumkörper weisen eine Reihe von Eigenschaften auf, durch welche sie bekannte Sehaummasscn, insbesondere auch aus anderen Polymeren wesentlich übertreffen. Sie besitzen die dem Polytetrafluorethylen eigene praktische Unlöslichkeit und Chemikalienresis'cnz, bilden weiße, gegebenenfalls sehr weiche Schaummassen, welche bei Temperaturen von 250 C noch in Gebrauch gehalten werden können, während beispielsweise Polyvinylchlorid-Schäume infolge geringerer Wärmestandfestigkeil nur bei Temperaturen bis etwa 80 C praktisch einsetzbar sind. Die erlindungsgemäßen Polytetrafluoräthylen-Sctiäume sind für viele Verwendungsmöglichkeiten geeignet, vor allem als Kälte-, Wärme- und/oder Schallisolierung oder als elastische Verpackungs- und Lagerungsmaterialien. in Form von Schaumstoffplatten oder prismatischen Körpern, ferner als Filter bei aggressiven Stoffen.

Darüber hinaus kann man mit Polytetrafluoräthylenschaum auf einfache Weise Verbundplatten besonderer Festigkeit herstellen: Wird der noch nasse Schaum auf einer Platte oder Folie aus Polytetrafluorähylen oder Metall getrocknet und gesintert, so haftet er so fest auf der Unterlage, daß dieser Verbund nicht ohne Zerstörung des Schaumstoffes getrennt werden kann. Auf diese Weise ist es auch möglich, einzelne SchaumstolTplatlen miteinander zu dicken Platten oder Blöcken zu verbinden. Infolge seiner Ofl'cnporigkeit läßt sich der erfindungsgemäße PoIytelrafluoräthylen-Schaumstoff auch mit vielen anderen Materialien unter vorzüglicher Haftung verkleben.

Weitere spezielle Ausführungsformen der Erfindung sind ein- oder beidseitige Beschichtung oder Kaschierung des Po'ytetrafhioräthyicn-Schaumes mit Hartfaserplatten, Dachpappe, Wellpappe u. dgl. _5<J

Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Ausführungsformen der Erfindung, ohne daß dieselbe auf die in den Beispielen angewandten Rezepturen und Verarbeitungen beschränkt ist.

Beispiel 1

100 g einer 70°/_oigen Polytetrafluoräthylen-Dispersion werden mit 20 g einer 28%igen wäßrigen Lösung von sulfuriertem Laurylalkoholoxäthylat und 6 g Glycerin versetzt und 10 Minuten intensiv mit einem Handmixer geschlagen. Der steife Schaum wird in 30 mm Dicke auf eine Polytetrafluoräthylenfolie aufgetragen und im Trocken hrank von 90 bis !50 C getrocknet. Anschließend ird der trockene Schaum in einen Muffelofen gebracht, dessen Temperatur von 150 C auf 400 C gesteigert wird. Man läßt hierbei Glycerin und schaumbildendes Mittel anrauchen und hält den Schaum 30 Minuten bei 400 C. Das entstandene Produkt ist weiß, regelmäßig auige chäumt und hat eine Dichte von 85 kg/m³.

Beispiel 2

Der im Beispiel 1 verwendeten Mischung werden zusätzlich 5 g Wasserglas vor dem Verschäumen zugesetzt. Man erhält einen leicht gelblichen Schaum mit der Dichte 95 kg/m³, welcher eine gleichmäßigere Zellstruktur und eine erhöhte Druckfestigkeit aufweist.

Beispiel 3

Die Mischung von Beispiel 1 wird mit 5 g Glasfasern versetzt und erschäumt. Man erhält einen Schaum mit der Dichte 170 kg/m³ und erhöhter Druckfestigkeit.

Beispiel 4

100 g einer 60°/₀igen Polytetrafluoräthylen-Dispersion wurden mit 18 g einer 28°/_oigen Lösung von sulfuriertem Laurylalkoholoxäthylat und 3,5 g Glycerin versetzt und, wie im Beispiel 1 beschrieben, behandelt. Man erhält einen weißen Schaum mit der Dichte 75 kg/m³.

Beispiel 5

100 g einer 7O°/oigen Polytetrafluoräthylen-Dispersion werden mit 10 g einer 50%igen wäßrigen Lösung von Triäthanolaminlaurylsulfat und 6 g Glycerin versetzt und verschäumt. Der steife Schaum wird in 25 mm Stärke auf eine Aluminiumfolie aufgetragen und bei 95 bis 150 C getrocknet. Der trockene Schaum wird in einem Muffelofen bei 35O⁰C von den zugesetzten organischen Substanzen befreit und gesintert, anschließend bei 400 C i Stunde getempert. Man erhält einen weißen Schaum mit der Dichte 83 kg/m³. Die Aluminiumfolie ist "hne Zerstörung des Schaumes nicht ablösbar.

Beispiel 6

Abänderung von Beispiel 1

Anstatt Glycerin werden 3,5 g d-Sorbit zugesetzt. Man erhält einen weißen Schaum mit der Dichte 90 kg/m³.

Beispiel 7
Abänderung von Beispiel 1

Anstatt Glycerin werden 3,5 g d-G!ucose zugesetzt. Man erhält einen Schaum mit der Dichte 83 kg/m³.

Beispiel 8

Zu 100 g 70%iger Polytetrafluoräthylen-Dispersion werden 8 g einer 40%igen wäSrigen Lösung des Natriumsalzes eines Sulfobernsteinsäurelauryläthoxyhalbesters und ό g Glycerin gegeben und, wie im Beispiel 1 beschrieben, verschäumt. Man erhält einen Schaum mit der Dichte 100 kg/m³.

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Schaunikörpern aus Dispersionen von Polytelrafluoräthylen, Polytetrafluoräthylen- Mischpolymerisat oder Gemischen derselben mit anderen Perfliiorolcfin-Polymerisaten, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Dispersion aus PoIyletrafluoräthylen mit einem Polytetrafluoräthylengehalt von wenigstens 50 Gewichtsprozent mit 3 bis 10 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsleile Polytetraflouräthylen-Dispersion, einer wenigstens 3 OH-Gruppen enthaltenden Substanz sowie 0.S bis 15 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile Polytetranuoräthylen-Dispersion, eines schaumbildenden Mittels und gegebenenfalls Zusatzstoffen versetzt, die Mischung nach an sich bekannten Verfahren durch mechanisches Einschlagen eines G^ses in einen Schaum überführt und diesen Schaum einer stufenweisen Wärmebehandlung bis 450 C aussetzt, wobei Wasser, die OH-Gruppen enthaltende Substanz sowie das schaumbildende Mittel wieder entfernt werden und das verbleibende Schaumgerüst aus Polytetrafluoräthylen gesintert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Polytetrafluoräthylen-Latex verwendet, der 60 bis 75 Gewichtsprozent Polytetrafluorethylen, Polytetrafluoräthylen-Mischpolymerisat oder Gemische derselben mit anderen Perfluorolefin-Polymerisaten enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß als schaumbildcnder Hilfsstoff eine wäßrige Lösung von siilfurierlem Laurylalkoholoxäthylat zugesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man der Mischung verstärkende Füllstoffe und/oder Verfestigungsstoffe zusetzt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Polytetrafluoräthylenschaum auf einer Unterlage gesintert wird, welche mit dem Schaummaterial verbunden bleibt.

6. Schaumkörper aus Polytetrafluoräthylen oder dessen Mischpolymerisaten oder Polymerisatgemischen mit einem Raumgewicht von 70 bis 130 kg/m³, welche aus Dispersionen dieser Polymerisate mit mindestens 50 Gewichtsprozent an Polymeren hergestellt worden sind, wobei 100 g dieser Dispersion 3 bis 10 Gewichtsteile einer wenigstens 3 OH-Gruppen enthaltenden Substanz und 0,8 bis 15 Gewichtsteile eines schaumbildenden Mittels bzw. entsprechende Mengen der wäßrigen Lösung enthalten.

7. Schaumkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Polytetrafluoräthylen, Hessen Mischpolymerisaten oder Polymerisatgemischen Füll- oder Verfestigungsstoffe beigemischt sind.

8. Schaumkörper nach Anspruch 6 und 7, welche ein- oder beidseitig beschichtet oder kaschiert sind.