DE1950239A1 - Verfahren zur teilweisen Expansion von verschaeumbaren Polymerisaten und Vorrichtung zur Durchfuehrung derselben - Google Patents

Description

PATENTANiWALTE

dr. W. Schalk · dipl.-ing. P. Wirth · dipl.-ing. G. Dan ν en berg

DR. V. SCHMIED-KOWARZiK · DR. P. WEINHOLD · DR. D. GUDEL

POSTSCHECK-KONTO. 15628 FRANKFURT(M) · BANK: DRESDNER BANK KONTO 152566 FRANKFURT(M) DRAHTANSCHrIFT₁ WIRPATENTE

6 FRANKFURT AM MAIN CR. ESCHENHEIMER STR.

FERNRUF (0611) 2Ql 134 2870U

Gase- 66:702 Wd/Bi

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Pittsburgh, Pa. 15219, USA

Verfahren zur teilweisen Expansion von verschäumbaren Polymerisaten und Vorrichtung zur Durchführung derselben.

Bei der herkömmlichen Herstellung von verschäumbarem oder expandierbarem Polystyrol werden expandierbare Teilchen der Einwirkung von atmosphärischem Dampf ausgesetzt, wie dies in der US-Patentschrift 3 o23 175 beschrieben ist. Der Dampf bewirkt, daß sich das Kohlenwasserstoff-Blähmittel teilweise verflüchtigt und unvollständig expandierte, aus Einzelteilchen bestehende Polymerisate erhalten werden. Sine solche Vorexpansion macht die Alterung der Perlen für eine längere Zeitdauer, etwa für 24 Stunden, notwendig, bevor sie zu Schaumstoffgegenständen verformt werden können, da sonst eine unregelmäßige Schaumbildung in der Form entsteht.

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Eine solche herkömmliche Vorexpansion .ist deshalb ungenügend, da die. Berührungszeit der.Perlen mit dem Dampf
in einem Vorexpander außerordentlich stark variiert und übermäßige. Dampfeinwirkung einen Verlust der flüchtigen Stoffe in.unterschiedlicher Menge bei. unterschiedlichen Mengen an Perlen führt. Ferner liegt die· geringste Dichte, die in einer einzigen Vorblähbehandlung praktisch erreichbar ist, im Bereich von etwa"0,016o2 g/cam .

Es wurde nun gefunden, daß durch die vorliegende Erfindung expandierbare Polymerisate in Abwesenheit "-von Dampf teilweise exapandiert werden können, wodurch wenig oder keine Trockenzeit-erforderlich-ist. Die'vorliegende Erfindung ermöglicht eino einfache Eegelung der Dichte der vorgoblähten Teilchen mit so erhaltenen verbesserten Dichtegradienten in den aus den vorgeblähten Teilchen hergestellten Gegenstanden und überraschenderweise eine verminderung der Kühlungszeit für Gegenstände, die aus
erfindun_ösgemäß frisch vorgeblähten Teilchen geformt
wurden. Die vorliegende Erfindung kann auch zur Herstellung von vorgeblähten Teilchen mit extrem-niedriger Dichte, im Bereich von "etwa 0,00.64 bis 0,012 g/ccm verwendet werden, was bisher mit einer einzigen Vorblähstufe durch herkömmliche Verfahren nicht erreichbar ge- -wesen ist.

Ein zerkleinertes, bzw. aus kleinen Sinzelteilchen bestehendes ("particulate"), verschäumbares Polymerisat,· das ein aliphatisches Blähmittel enthält,. wird auf eine
bestimmte Dichte vorexpandiert,intern die Teilchen in.
einem geschlossenen Ka3SeI₁. unter Bühren in einer im
wesentlichen trockenen Atmosphäre„ auf eine genügend hohe -Temperatur erhitzt werden, um die Polymer!sattellchen

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zu erweichen und eine teilweise Verflüchtigung des Kohlenwasserstoffs aus den Teilchen zu verursachen. Die erwärmten, gerührten Teilchen werden in dem geschlossenen Kessel einem Vakuum für eine Zeitdauer ausgesetzt, die ausreicht, um die Teilchen zu der gewünschten Dichte zu expandieren. Der Vakuum wird aufgehoben und die Teilchen aus dem Kessel entfernt. Um eine extrem-niedere Dichte zwischen etwa 0,0064 und 0,012 g/ccm herzustellen, »vird ein Kühlmittel, «ie z.B. Wasser nach der gewünschten Expansion, jedoch vor der Aufhebung des Vakuums in den Kessel eingeführt.

Eine geeignete Vorrichtung für die Vorexpandierung besteht aus einem geschlossenen Kessel, der das zerkleinerte Polymerisat in einer im wesentlichen trockenen Atmosphäre/7—er&iter Beschickungsvorrichtung zum Einführen der Polymerisatteiichen in den geschlossenen Kessel, eine Rühr- und Sr.varmungsTsorrichtung und eine Vakuumquelle, um die er.värmten, gerührten Teilchen dem Vakuum auszusetzen. Vorrichtungen zur Aufhebung des Vakuums und zur Entfernung der vorexpandierten Teilchen aus dem geschlossenen Kessel sind ebenfalls vorgesehen. Um Teilchen mit extrem-nieiriger Dichte herzustellen,'is eine Beschickungsvorrichtung not .vend ig, so daß die ge-.vünschte alenge an Kühlmittel in den Kessel eingeführt »'.erden kann, bevor das Vakuum aufgehoben »vird.

In den beiliegenden Zeichnurgen z.eigt

Pig. 1 eine schematische Sarstellung des neuen erfind ungs ■gemä2en Verfahrens; ·

Pig. 2 ein Pließdiagramm des neuen erfindungsgemäBeη Ver fahrens, das die Herstellung der vorgeblähten Teilchen extrem-niedriger Dichte veranschaulicht;

Pig. 3 eine graphische Darstellung der Sxpandierwirkung unter Verwendung von Vakuum, verglichen mit der Expand ie rvvirkung ohne Vakuum; 009832/1804

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Fig. 4 eine graphische Darstellung der Wirkung der Stärke des - Vakuums während des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Pig. 5'eine graphische Darstellung der Wirkung des vor der Aufhebung des Vakuums in den Kessel gegebenen Kühlmittels bei der Herstellung vorgeblähter Teilchen einer so extrem-niedrigen Dichte wie 0,0064 g/ccm.

■Fig. 6 eine graphische Darstellung der Wirkung der dem Kessel zugeführten Kühlmittelmenge (hier Wasser) bei der Herstellung vorgeblähter Teilchen extremniedriger Dichte;

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Wirkung von unterschiedlichen Eorerwärmungszeiten vor dem Vakuum auf die Produktendichte. - .·

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird in Fig. 1 schematisch veranschaulicht. Darin wird ein geschlossener Kessel 1 gezeigt, ,vorin horizontal ein zylindrischer Bandmischer mit einem Bührwerk 3 vorgesehen ist. Um zu verhindern, daß die vorexpandierten erweichten Perlen während der Erwärmungsstufe festkleben oder aneinanderhängen, kann der Kessel auf der Innenseite 5 mit einem geeigneten Material, v/ie z.B. Polytetrafluoräthylen, beschichtet sein. . ■-■-'·'.' -

An dem Kessel 1 ist für aie-Beschickung des zerteilten Polymerisats in den Kessel eine Zuführungsvorrichtung befestigt.· Die frische Perlenzuführung sollte so bestimmt werden, daß die Beschickung, .'jenn sie völlig zu der gewünschten Dichte expandiert ist, ein geringeres Volumen der vorgeblähten Teilchen (etwa 85$) als das innere Volumen der Expandiervorrichtung ergibt. Dies verhindert die Stiöglichkeit einer· Verstopfung der Expandiervorrichtung oder einer Perlenverschmelzung zu einer verschäümten Maße. Die Zuführungsvorrichtung ist mit einem Vorratstrichter für die Polymerisattelichen vorgesehen. Die Teilche. fließen

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vom Trichter 13 durch Leitung 15 und Ventil 1? zu einer volumetrisehen BeSchickungskammer 19, die die Teilchenmenge der Beschickung des Kessels 1 regelt. Von der Kammer 19 fließen die Perlen durch Leitung 21 und Ventil 23 zur Leitung 25 und,, gelangen durch Einlaß 29 in den Kessel. Bei der dargestellten Vorrichtung werden die Teilchen durch Gravitationswirkung zugeführt, jedoch sind auch andere Zuführungsmethoden anwendbar.

Die Teilchen werden in Kessel 1 mittels der Bührvorrichtung 3, hier ein Bandmischer, gerührt. Die Art der Rührvorrichtung ist nicht entscheidend, jedoch ist das

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Eühren für die Schaffung des zerteilten Polymerisats notwendig, da dadurch das Verklumpen oder Pestkleben der erweichten Perlen während der Vorexpansion vermieden wird.

Die Teilchen in Kessel T werden dann durch Wärmeübertragung von einem Dampfmantel 7 oder einem Wärmebad erhitzt, das die Außenseite des Kessels 1 und durch übertragung auch die gerührten Teilchen des expandierbaren Polymerisats erwärmt. Die Innenseite des Kessels wird so trocken gehalten, und die Teilchen in einer im wesentlichen trockenen Atmosphäre erhitzt.

Nachdem die gerührten Polymerisatteilchen auf die gewünschte Temperatur erhitzt worden sind, die im allgemeinen für expondierbares Polystyrol zwischen etwa 8o und 1o5°0 liegt, wird die Vakuumquelle 41 zur Errichtung eines Vakuums in Kessel 1 in Betrieb genommen. Die Vakuunquelle 41, z.B. eine herkömmliche Vakuumpumpe, ist über Leitung 35, die mit Ventilen 37 und 39 und dem Druckmesser 4ο zur besseren Eegelung des Vakuums versehen ist, mit dem Einlaß 33 des Kessels'verbunden.

Mis ob. en

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In Leitung 35 ist auch ein Plansch ("flange") 31 angebracht, der den Eintritt der'Perlen von Kessel 1 in Leitung 35 verhindert, wenn die Vakuumquelle in Betrieb ist. Es- wurde-gefunden, daß bei Verwendung einer einzigen leitung für den Vakuumsanschluß die Öffnung 33 zu verstopfen neigt. Es ist daher vorteilhaft, wenn mehr als eine Vakuumleitung für Kessel 1 vorhanden ist. Wie gezeigt, kann dafür eine zusätzliche Leitung 85 vorgesehen sein, die mit Leitung 25 des Zuführungssystems verbunden ist. Wenn der Vakuum angewendet werden soll, ist das Ventil 23 der Leitung 25 geschlossen und das Innere des Kessels 1 wird dem Vakuum über Einlaß 29, Leitung 25, Plansch 87 und Leitung 85 sowie durch Einlaß 33 ausgesetzt.

Nachdem das zerkleinerte Polymerisat unter Vakuum erhitzt worden ist, wobei ein wesentlicher Teil des aliphatischen Blähmittels aus dem Polymerisat entfernt worden ist, jedoch das Polymerisat seine zerkleinerte Form beibehalten hatte, wird das Vakuum durch Öffnen des Kessels zur Atmosphäre aufgehoben . Dies geschieht über Belüftungsöffnung 51 und Leitung 55, die das im allgemeinen geschlossene Ventil 53 aufweist. Zum Belüften wird Ventil 53 geöffnat und atmosphärische Luft tritt in das System ein. Uach der Belüftung des Kessels muß das zerteilte Polymerisat aus dem Kessel.1 entfernt werden. Dafür ist eine Druckluftquelle 71. vorgesehen, wobei die durch Leitung 73 geleitete Druckluft das zerteilte Material aus dem Kessel verdrängt. Das Ventil 37 zur Vakuumquelle 41 wird geschlossen und Druckluft durch Leitung 73, Leitung 75, das geöffnete Ventil 77 und Leitung 55 mit dem Druckmesser 57, au Plansch 59 und. durch Einlaß 61 In den Kessel 1 gepreßt. Luft wird ebenfalls sron Leitung 73 mit dem Messer 81 , durch das geöffnete Ventil 83, Leitung 83 zu Leitung 35 und von dort zu Plansch 31 und Einlaß 33 i^ <ien Kessel 1

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gepreßt. Zusätzlich wird Luft von Leitung ?3 zu Leitung 85 gepreßt, von wo sie teilweise zu Leitung 35 und teilweise durch Flansch 87 und Leitung 25 (Ventil 23 in Leitung 25 ist geschlossen) zu Einlaß 29 und in den Kessel 1 geleitet wird. Da die Druckluft durch die Flansche 59 und 31 einströmt, wird vermieden, daß die Flansche durch das Polymerisat verstopft werden. -

Nachdem die Druckluft in den Kessel T eingeführt wurde, ist das Ventil 1o3 geöff t, so daß der Luftstrom und das vorexpandierte zerteilte Polymerisat durch Leitung 1o1 und Ventil 1o3 in den Sammelbehälter 1o5 fließen kann, von jvo aus es durch Leitung 1o7, entweder zur Lagerung oder gegebenenfalls direkt zu e'iner Formungsvorrichtung geleitet jvird.

Aus Gründen der Sicherheit'ist am Kessel auch ein Sicherheitsventil 115 vorgesehen, das über Flansch 113 und Leitung 111 mit dem Kessel verbunden ist.

Bei der Herstellung von vorgeblähten Teilchen extremniedriger Dichte, bei dem ein Kühlmittel in den geschlossenen Kessel 1 vor dem Aufheben des Vakuums eingeführt wird, ist - wie nachfolgend näher beschrieben wird eine aifühxvocrichtung 91 vorgesehen, die über Leitung 93, die Ventil 97 und Messer 95trägt und inlaß 99, mit Kessel T verbunden ist. Die Vor richtung 91 ist geeignet, das Kühlmittel, wie z.B. Wasser oder ein anderes Kühlmittel, in den Kessel einzuleiten, während dieser unter Vakuum steht.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Herstellung von expandierbaren Polymerisat teilchen üblicher oder extsremniedriger Dichte ge ignet. Diese teilweise expandierten Perlen, üblicherweise vorgeblähte Teilchen genannt, sind Perlen die au tiner Dichte expandiert wurden, die im allge-

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meinen mit derjenigen von Formkörpern vergleichbar ist, bei deren Herstellung solche Perlen in einem herkömmlichen Formverfahren zu einem Gegenstand verschmolzen „ wurden. .

Das verschäumbare zerteilte Polymerisatmaterial, das erfindungsgemäß vorexpandiert werden kann, umfaßt '

beispielsweise Homo- und Mischpolymerisate, die sich von ' Viny !monomeren,, wie Styrol, Vinylchlorid, Di vinyl benzol, dj- Methyl styrol, ringsubstituierte DirnethylstyroIe , Vinyl- naphthaline üdgl.ableiten.Besonders geeignet sind Polystyrol und 'Mischpolymerisate von Polystyrol mit Monomeren wie c\,-Methylstyrol, Divinylbenzol, Butadien, "Isobutylen und Acrylnitril, die. etwa 5o$ oder mehr Styrol enthalten. Diese verschäumbaren Materialien besitzen als eingearbeitetes Expandiermittel einen flüchtigen aliphatischen oder cycloaliphatisehen Kohlenwasserstoff mit-"etwa 1-7 Kohlenstoffatomen im Molekül. «ie z.B. Methan, Äthan, Propan, Butan, Pentan, Hexan, Heptan, Petroläther, Gyclopentan, Cyclohexan, Cyclopentadien und deren halogenhaltige Derivate, die einen Siedepunkt unterhalb des Erweichungspunktes des PoIyjierisates aufweisen, wie z.B. Dichloräthylen, Isopro-™ pylchlorid, üethylchlorid, Dichloräthan, Dichlordifluor-

methan und dgl. Andere geeignete Blähmittel- sind Aceton, jiethylacetat, Äthylacetat, i&ethylformiat, Äthylformiat, Propionaldehyd, Dipropyläther und dgl.· und Mischungen davon, die einen Siedepunkt aufweisen, der niedriger ist als der Erweichungspunkt des Polymerisats. Das Expandiermittel ist im allgemeinen in einer Menge von etwa 3-15 Gewichtsteilen des Polymerisats anwesend.

Das ve rschäunibare ,-zerkleinerte Polymerisat wird in einen geschlossenen Kessel eingeführt, der durch eine Vakuumpumpe evakuiert -werden kann, und unter Eühren erhitzt« ·

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Es wird in solcher Stärke gerührt, daß die zerkleinerten Polymerisatteilehen zueinander bewegt werden, um ein Aneinanderkleben oder Agglomerieren der Teilchen, wenn diese sich in erhitztem und erweichtem Zustand befinden, zu verhindern.

Ein solches Rühren ist natürlich von der Menge der zugeführten Perlen, dem vorliegenden Polymerisat und anderen Verfahrensbedingungen abhängig. Die Atmosphäre in der. sich die Perlen befinden, sollte im wesentlichen trocken sein, d.h. frei von Wasserdampf oder anderen Dämpfen, wie z.B. jenen die bei herkömmlichen Expansionsverfahren verwendet werden, sein. - -

Die in dem Exp ansionsverfahren verwendete Temperatur ist ebenfalls von der Art des bei dem Verfahren verwendeten Polymerisats abhängig. Für expandierbare Homopolystyrolteilchen wird im allgemeinen eine Erhitzung auf eine Temperatur von etwa 79,4 bis 82,3 C die Erweichung des Polymerisats bewirken und Temperaturen "bis etwa- 98,8' bis 1o4,5°C oder höher könnenangewendet werden, solange'genügend stark gerührt wird und'andere Verfahrensvariableη vorge-. sehen sind. ·

Die Zeitdauer, während der das zerkleinerte Polymerisat vor Anwendung des Vakuums der Erhitzung ausgesetzt wird und die Zeitdauer, während der sie unter dem Einfluß des Vakuums stehen, hängen ebenfalls von der Temperatur,' Polymerisatart, dem flüchtigen Anteil der Perlen oder anderen Verfahrensvariablen ab. Eine Erhöhung der Vorerhitzungszeit vermindert im-allgemeinen die endgültige Dichte, der vor-expandierten Teilchen , vorausgesetzt, daß die anderen Verfahrens variablen konstant gehalten werden.

Nach der gewünschten Vorerhitzungsdauer, werden die gerührten,

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• - 1o - .

erhitzten Teilchen einem Vakuum ausgesetzt. Das für eine bestimmte Polymerisatdichte geeignete Ausmaß des Vakuums ist ebenfalls von.dem. Temperatur/Zeit-Verhältnis für die Polymerisatart abhängig. Es wurde gefunden, daß die Erhöhung des angewendeten Vakuums eine Verminderung der Dichte der vorgeblähten Teilchen bewirkt _t .venn andere Variablen konstant gehalten werden«, Als ein besonders geeignetes Vakuum hat sich ein solches von etwa 254 Ms 635 mm Hg erwiesen, obwohl auch etwas holiere oder niedrigere Werte angewendet werden können.

Um vorgeblähte Teilchen äusserst-niedriger Dichte, in der Größenordnung von etwa 0,0064 bis 0,012 g/ccn herstellen zu können, ist es notwendig, daß das Zusammenfallen der Perlen oder das Schrumpfen der vorgeblähten Teilchen ausgeschaltet wird . Dies wird erfindungsgeaäß dadurch erreicht, daß ein Kühlmittel zu dem vorexpandiert em Material gegeben wird, während man die erhitzten, expandierten Perlen einem Vakuum aussetzt, wenn die Perlen bereits oder •beinahe vollständig expandiert sind. Das auftretende physikalische Phänomen kann auf das Abkühlen der Oberfläche der vorgeblähten Teilchen zurückgeführt v/erden, wobei sich die Obej?flächenzellen vor der Schrumpfung verhärten. Das bevorzugte Kühlmittel ist \7asser (wegen seiner Verfügbarkeit und aus wirtschaftlichen Überlegungen) , obwohl ^uch andere Kühlmittel verwendet werden könnten, solange diese eine geeignete Kühlwirkung auf die erhitzten und unter Vakuum stehenden vorgeblähten Teilchen haben .-Die vorzugsweise aus Wasser bestehende Kühlmittelmenge, die dem ge- , schlossenen Kessel zugesetzt wird,, während die erhitzten Perlen noch dem Vakuum ausgesetzt dind, wird je nach der im Kessel befindlichen Perlenmenge, und der ffröße des Kessels variieren. Die Kühlmittelmenge sollte so hoch sein, daß im Dampf stadium genügend Kühlmittel -vorhanden ist, um 'das Volumen des Kessels bei der angewendeten Temperatur

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und dem Vakuum auszufüllen. Wenn V/asser verwendet wird, .vird diese durch Berechnung der Y/assermenge , die sich bei der bestimmten. Temperatur und dem Vakuumsgrad in Dampf umwandelt, bestimmt. Obwohl sie den Perlen zubegeben wird, ergibt diese Viassermenge keine feuchten vorgeblähten Teilchen, sondern diese werden sich trocken anfühlen, nachdem sie -aus dein Kessel entfernt wurden. Zu viel Wasser könnte feuchte vorgeblähte Teilchen ergeben, während zuwenig Aasser bev/irken würde, daß nicht alia Perlenoberflächen abgekühlt Aürden und man eine extrem-niedrige Dicht nicht erhält.

Die nachfolgenden Seispiele dienen zur näheren Erläuterung der vorliegenden Erfindung.

Beispiel T

Es Λ-urde ein et.va 9 5 1 fassenler Prototyp der erfir.dungsgemäßen Verrichtung zum Vorexpanaieren expandierbarer Polystyrolperlen verwendet. Die Vorrichtung umfaßte einen etwa 9 5 1 fassenden zylindrischen, horizontalen Bandmischer, der für Vakuum ausgelegt uni für Dampferhitzung bei Drücken bis zu 7 atü ummantelt .var, wie sie in Pig.

allgemein dargestellt ist. Ter 9 5 1-Xessel war auf der Innenseite mit Polytetrafluorethylen beschichtet, um das Festkleben der erhitzten Perlen ^n den Innenwänden zu verringern. Die bei diesem Prototyp verwendbaren BUhrgeschvjixidigkeiten liegen z.vischen 6ο UpLl und 280 Üplil. Vakuumiuelle war eine Pumpe (Nash Cl-203), die die Anwendung von etv.a 635 mm Hg Vakuum im Kessel in 5-7 Sekunden erlaubte. Dar Kessel war ebenfalls mit einer Beschickungsvorrichtung ausgestattet, die zur Regelung der Wasser menge als Kühlmittel zur Herstellung vorgeblähter Teilchen extrem-niedriger Dichte diente.

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Es wurden eine E ei he von Vorexpandierungen- in dem . 9 5 1-Prototyp durchgeführt, um die ..Wirkung von Vakuum auf die endgültige Dichte', im Vergleich zu dem ze/rklein&r- _f ten Polymerisat, welches ohne Vakuumanwendung expandiert worden ist, zu zeigen. Das zerkleinerte Polymerisat aus 'DyIite expandierbaren Polystyrolperlen (F-4O-B) enthielt-6,4 $n-Pentan als Expansionsmittel.. 0,454 kg Perlen wurden in den mit einem Dampfmantel versehenen Kessel gegeben und ein Dampfdruck von 0,91· atü (ca. 118⁰C) .angewendet. Diese Dampfmanteltemperatur ist ausreichend,, um eine Temperatur im Innern des Kessels zu schaffen, die etwa 11 - 17⁰G unterhalb der des Mantels liegt. In einer Keihe von Versuchen (A) wurden die Perlen für die gewünschte Zeitdauer im kessel ohne Vakuum erhitzt und dann aus dem. Kessel.entfernt. In einer zweiten Reihe von Versuchen (B) wurden die Perlen erhitzt und einem Vakuum von 635 mm Hg ausgesetzt. Dann wurde der.Vakuum innerhalb 10 Sekunden aufgehoben und die Perlen aus· dem Kessel entfernt. In einer dritten Eeihe von Versuchen (C) wurde wie 'unter (B) verfahren, jedoch wurde der Vakuum innerhalb von 15 Sekunden aufgehoben-.- Wie die Ergebnisse zeigen, ergibt die Anwendung von Vakuum während der Expansion des verschäumbaren zerkleinerten Materials bei der Herstellung vorgeblähter Teilchen'eine niedrigere Dichte, im Vergleich zu einem Arbeiten ohne Vakuum. Auch eine geringe Erhöhung der Zeit der Aufhebung des Vakuums hat ebenfalls einen Einfluß auf das Verhindern des Zusammenfaliens der vorgeblähten Teilchen, .vobei eine niedrigere Dichte des vorexp andierten Produkts erhalten wird. . ·."■■■

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Beispiel 2

Wie in Fig..4· graphisch gezeigt wird, hat die Stärke des Vakuums auch einen Einfluß auf die endgültige Dichte der vorexpandierten Teilchen, wobei andere Bedingungen konstant gehalten wurden. Die Vorrichtung, Qualität und Quantität der expandierbaren Perlen entsprechend Beispiel Γ,

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wurden unter den folgenden Bedingungen verwendet; Druck im Dampfmantel = 0,84 atü (ca. 118⁰C); Zeitdauer der Erhitzung vor der Vakuumseinwirkung = 60 Sekunden; Zeit der lüftung des Kessels = 25 Sekunden. Wie die in Pig. 4 dargestellten Ergebnisse zeigen, verringert sich die endgültige Dichte des teilweise expandierten vorgeblähten Materials linear mit der Erhöhung der Stärke des angewendeten Vakuums.

Wenn Vakuum bei der Expansion zur.Herstellung des teilweise expandierten zerkleinerten Polymerisats ausserstniedriger Dichte verwendet wird, sollte ein Kühlmittel, wie z.B. Wasser, in den geschlossenen Kessel zu einer Zeit gegeben werden, die nach der Erhitzung und dem gewünschten Ausmaß der Expansion, jedoch vor der Aufhebung des Vakuums liegt. Es scheint, daß - obwohl die zerkleinerten Teilchen in dem Kessel zu sehr niedrigen Dichten expandiert'werden können - durch atmosphärische Belüftung des Kessels ein Schrumpfen oder Zusammenfallen auftritt, was eine Erhöhung der Dichte zur Folge hat. Somit wäre die eigentliche Dichte des erhaltenen vorgeblähten Materials größer als etwa 0,016 g/ccm. Jedoch sind erfindungsgemäße Produkte mit so niedrigen Dichten wie 0,0064 g/ccm hergestellt worden, wobei ein Kühlmittel vor der Vakliumaufhebung zugegeben worden ist. Da die Dampf-Sättigungstemperatur bei 380 -635 mm Hg niedriger ist als unter atmos- phärischen Bedingungen und auch niedriger als die Vorblähtemperatur im Kessel, kühlt dar Wasser-dampf die Oberfläche des vorgeblähten Materials und verursacht wahrscheinlich eine Härtung der Zellen, bevor eine wesentliche Schrumpfung eintreten kann.

Beispiel 3 -

Die Wirkung der Zugabe des Wassers in den Kessel nach der Erhitzung des Vorexpandierungsmaterials und der Vakuumexpansion, ·

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jedoch vor der Vakuumaufhebung, wird in Pig, 5 veranschaulicht. In Fig. 5 werden graphisch zwei sonst identische Expansionseyelen verglichen, wobei jedoch der alleinige Unterschied darin besteht, daß "bei (A) Wasser zugegeben wird, um das Schrumpfen des vorgeblähten Materials zu vermindern, während die zweite Kurve (B) die sich ergebende Dichte der Expansion des vorgeblähten Materials^ ohne Wasserzugabe angibt. Es wurde die in Beispiel 1 beschriebene Vorrichtung unter folgenden Bedingungen verwendet: Erhitzung durch Dampf mit einem Druck· von etwa 1,26 atü im Dampfmantel (ca. 124⁰C); 0,454 kg Djrlite. expandierbare Polystyrolperlen (6,6$ Pentan); ein Vakuum von 559 mm. Hg und eine Vakuumaufrechterhaltungszeit von 3o Sekunden. Bei den Versuchen der Kurve B wurden 30 ml Wasser nach 30 Sekunden langer Vakuumsaufrechterhaltungsdauer (die Zeit zur Errichtung des Vakuums eingeschlossen) innerhalb 20 Sekunden zugegeben. Das'Kurvenbild zeigt, daß unter den gleichen Bedingungen durch geregelte Wasserzugabe, die Dichte des vorgeblähten Produkts bedeutend verringert werden kann; so wird mit 120 Sekunden Vorerhitzungszeit eine Dichte von 0,0168gegenüber einer Dichte von 0,02643 g/ccm erreicht.

Beispiel 4 . . ..".""

Eine Reihe von Versuchen wurde durchgeführt, um die Wirkung von verschiedenen Wassermengen, die dem erfindungsgemäßen Vakuum-Vorexpansionsverfahren, vor der Vakuumaufhebung zugegeben worden waren, festzustellen. Bei jedem Versuch wurde in die in Beispiel 3 verwendete Vorrichtung 0,454 kg DyIite expandierbare Polystyrolperlen (6,95$ Pentan) ge- , geben. D.er angewandte Druck im Dampfmantel betrug 1 ,19 atü (ca. 121⁰C), Bei jedem Versuch wurde die Beschickung 60 Sekunden lang vorerhitzt, ein Vakuum von 559 mm Hg errichtet und 30 Sekunden lang aufrechterhalten. Das Wasser (in unterschiedlichen Mengen) wurde innerhalb von 20 Sekunden

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zugegeben und dann der Kessel während 15 Sekunden belüftet. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, wirkt sich die dem vorexpandierten Material vor der Vakuumaufhebung zugeführte Wassermenge auf die endgültige Dichte des vorgeblähten Materials aus. Es scheint , daß die Wassermenge eher proportional zu dem Kesselvolumen (hier etwa 9 5 1) ist, als dem Volumen der dem Kessel zugegebenen Perlen, und daß eine obere Grenze erreicht wird, jenseits der das Wasser wenig oder keine Wirkung auf die Produktendichte ausübt. Bei Verwendung eines 9 5 1-Prototyps zum Beispiel hat die Zugabe von mehr als etwa 100 ml Wasser keine nennenswerte Wirkung auf das Produkt.

Beispiel 5

Durch Verlängerung der Vorerhitzungszeit bei konstanten anderen Bedingungen, kann die Dichte des vorgeblähten Produkte noch zusätzlich gesenkt werden. Dies wird in Fig. 7 durch eine Beihe von Versuchen mit gleicher Vorrichtung, expandierbarer Polystyrolbeschickung und Expansions temperatur wie in Beispiel 4, jedoch mit Variation der Vorerhitzungszeit graphisch dargestellt. Nach der Vorerhitzungszeit wird ein Vakuum von 559 mm Hg err/ichtet und 30 Sekunden lang aufrechterhalten, dann werden 4-0 ml Wasser innerhalb von 3ο Sekunden in den Kessel gegeben und der Kessel 2o Sekunden lang belüftet.

Beispiel 6

Es wurden eine Reihe von Formteilenunter Verwendung von frischen, vorgeblahten Teilchen eines Dampf-Expansionjverfahrens wie es in der US-Patentschrift 3 o23 175 beschrieben ist, und·frischen, vorgeblähten Teilchen, wie sie allgemein nach iem neuen Vakuumverfahren von Beispiel 1 erhalten worden sind, hergestellt. In allen Fällen wurden zum Vergleich identische, frisch hergestellte Perlenproben ver-

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-ID-

wendet. Es wurden etwa 10cm dicke Scheiben mit einem Durchmesser von etwa 20 cm unter gleichen Bedingungen in einer Presse geformt. .Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle I aufgeführt:

Tabelle I

Versuch Expansions- Dichte Verformungsbedingungen Kühlstufe verfahren g/ccm Kopfdruck Gegendruck Min.

A '	Dampf	1	0,032ο	30	2o	Tl ,0 .
	Beispiel		0,0320	30·	20	6,0
B	Dampf	1	0,0320	28	20	12,0
	Beispiel		0,0320	28	20	6,5
C	Dampf	1	0,0336	25	20·	15,0
	Beispiel	0,0336	25	20	5,5

Die Verschmelzung der entsprechend dem Beispiel 1 hergestellten vorgeblähten Teilchen war genau so gut oder besser als die mit Dampf expandierten Formteile, lie aus den Ergebnissen ersichtlich ist, ergibt das erfindungsgemäß hergestellte vorgeblähte Material bei baldiger Verformung eine 50 - 60$ige Verringerung in der Kühlstufe, verglichen mit frisch verformten, dampfexpandierten vorgeblähten Materialien dergleichen Dichte.

Beispiel 7

Es /.'urden Versuche unternommen, um den.Dicht«gradienten der geformten Blöcke hergestellt aus dem erfindungsgemäßen vorgeblähten Material im Vergleich zu Formblöcken, die aus dampfexpandiertem vorgeblähten Material nach der US-Patentschrift 3 023 175 hergestellt wurden , festzustellen. ' Zur Bestimmung des Dichtegradienten wurden P.uppen aus expandierbareiii Polystyrol (Dylite F-40B) unter den gleichen Verformungsbedingungen gebildet und ein Mittelschnitt mit . "

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den Abmessungen von etwa 50 χ 622 χ 434 mm hergestellt. Ein etwa 6,3 mm dicker Schnitt, der die Häute umfaßte, wurde vom oberen und unteren Teil des herausgeschnittenen Mittelstücks abgetrennt. Das Beststück wurde in etwa 25 mm dicke Probestücke geschnitten. Alle Teile wurden gewogen und dann in einen Meßzylinder mit Wasser getaucht. Die Wasserverdrängung wurde in ecm festgestellt und die Dichten· in g/ccm berechnet. Es wurde ein Formstück (A) mit einer Dichte von 0,01089 g/ccm, das erfindungsgemäß hergestellt worden war, mit einem Formstück (B) einer Dichte von 0,01714 (etwa die geringste erhältliche Dichte) aus dampfexpandiertem vorgeblähtem Material verglichen. Die Ergebnisse der Dichte-BeStimmungen sind in Tabelle II aufgeführt.

Tabelle ■ II

Dichte des vorgeblähten Materials (g/ccm)

A .
0,01089

B
O,O17H

Dichtegradient (g/ccm)

Obere Haut

10

12

Untere Haut

0,02499 0,01347 0,01202 0,01250 0,01234 0,01234 0,01282 0,01298 0,01202 0,01169 0,01169 0,01234 0,01490 0,02195

0,03156 0,02179 0,01826 0,01778 0,01778 0,01810 0,01842 0,01906 •0,01794 0,01714 0,01730 0,02066 0,01714 0,02451

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Wie aus den Ergebnissen ersichtlich ist, ist der Dichtegradient der Formstücke aus dem erfindungsgemäßen vorgeblähten Material viel einheitlicher als derjenige des
Formstüeks, das aus dem herkömmlichen dampfexpandierte» vorgeblähten Material hörgestellt worden ist.

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Claims (7)

1. Patentansprüche

   Verfahren, zur teilweisen Expansion von verschäumbar en, aus Einzelteilchen bestehenden Polymerisaten,, die ein aliphatisch.es Blähmittel mit einem Siedepunkt unterhalb des Polymerisatserweichungspunktes enthalten, auf eine vorbestimmte Dichte, wonach die Teilchen· weiter expandierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß man die Teilchen unter Rühren in einem geschlossenen Kessel und in einer im wesentlichen trockenen Atmosphäre auf eine Temperatur erhitzt, die die Polymerisatteilchen erweichen und die teilweise Verflüchtigung des aliphatischen Kohlenwasserstoffs aus den Teilchen bewirken kann; die gerührten, erhitzten Teilchen in dem geschlossenen Kessel einem Vakuum für eine bestimmte Zeit zur teilweisen Expansion der Teilchen bis zu der vorbestimmten Dichte aussetzt; und dann den Vakuum aufhebt und das teilweise expandierte Polymerisat aus dem Kessel entfernt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Aufhebung des Vakuums, nachdem die gerührten und erhitzten Teilchen in dem geschlossenen Kessel erhitzt worden sind, eine geregelte Kühlmittelmenge dem geschlossenen Kessel zuführt.
3. 3· Verfahren nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel Wasser verwendet wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß als Polymerisat Polystyrol eingesetzt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Anwendung von Wärme und Vakuum bis etwa unterhalb 0,012 g/ccm vornimmt. .

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6. 6. Vorrichtung zur teilweisen Expansion von verschäumbar en j aus Einzelteilchen bestehenden Polymerisaten zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß diese

   1. einen vorzugsweise praktisch horizontal angeordneten geschlossenen Kessel (1) zum Aufnehmen des verschäumbar en Polymerisats in einer im wesentlichen trockenen Atmosphäre;

   ' 2. Einrichtungen (13, 19) für die Zuführung einer vorbestimmten Teilchenmenge in den geschlossenen Kessel;

   3. Einrichtungen3) zum Rühren der Teilchen, während sich fc diese im geschlossenen Kessel befinden;

   4. Einrichtungen (7) zum Erhitzen der Teilchen in einer im wesentlichen trockenen Atmosphäre, vorzugsweise durch Wärmeübertragung, während-sich diese im geschlossenen Kessel befinden;

   5. eine Vakuumquelle (41) zur Behandlung der Teilchen in dem geschlossenen Kessel -mit verringertem Druck für eine bestimmte Zeit zur teilweisen Expansion der Teilchen auf eine "rorbsstimmte Dichte ;

   6. Einrichtungen (51, 53) zur Aufhebung des Vakuums;
7. 7. Einrichtungen (71, 105) zum Entfernen der teilweise expandierten, verschäumbaren Polymerisatteilchen aus dem geschlossenen Kessel;

   " 8. und vorzugsweise Einrichtungen (91, 95) zur Zuführung

   einer geregelten Kühlmittelmenge zu dem Kessel während die Teilchen im geschlossenen Kessel einem Vakuum ausgesetzt sind;
   umfaßt. '

   0098 3-2/180Ä

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