DE2132295A1

DE2132295A1 - Verfahren zur herstellung von schaumstoffen

Info

Publication number: DE2132295A1
Application number: DE19712132295
Authority: DE
Inventors: Herbert A Ehrenfreund
Original assignee: Polytech Systems Inc
Current assignee: Polytech Systems Inc
Priority date: 1971-06-29
Filing date: 1971-06-29
Publication date: 1973-01-11
Also published as: LU65440A1; FR2144983A5; US3810964A; IT958031B

Description

Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen Bei der Herstellung von Polyolefinschaumstoffen, zum Beispiel Schaumstoffen aus Polyäthylen niederer Dichte, wird ein normalerweise flüssiges oder gas förmi ges Treibmittel mit einer heißen Polymerschmelze unter Druck in einer Strangpresse gemischt, und das Material wird auf eine nahe beim Erstarrungspunkt des Polyolefins liegende Temperatur abgekühlt. Das Material tritt aus der Mündung der Strangpresse unter Aufhebung des auf das Blähmittel ausgeübten Drucks aus, wodurch Zellen entstehen und unter Bildung einer Zellstruktur des Polymeren wachsen. Die Steuerung der Extrudiertemperatur, der Kühlzeit und des Drucks, der von dem Treibmittel während der Schaumbildung erzeugt wird, sind kritische Faktoren, da kristallisierende Polymere, zum Beispiel Polyäthylen, während des Schaumbildungs- und Erstarrungsvorgangs stark exotherm sind. Solche Schaumstoffe sind außerdem durch eine geschlossen-zellige Struktur gekennzeichnet, in der die Zellwände unter dem t:influß der durch Kristallisation des. Polymeren freigesetzten Wärm für das sich rasch ausdehnende Gas durchlässiy sind. Infolgedessen tritt häufig ein Reißen und völliges Zusammenbrechen der Zellwände auf, wodurch die Zellstruktur des erhaltenen Schaumstoffs nur begrenzte technische Brauchbarkeit hat. Ein wichtiges Anwendungsgebiet dieser Schaumstoffe beruht beispielsweise auf ihrer Fähigkeit, Schocks auszuhalten, zum Beispiel bei Anwendungen zur -Pralldämp.fung. Das Zusammenbrechen der Zellen stellt offensichtlich einen ernsthaften Nachteil für die Verwendung von Polyolefinschaumstoffen zu solchen Zwecken dar.
Dieses Problem ist seit einigen Jahren erkannt worden, und zu seiner überwindung wurden verschiedene Lösungen vorgeschlagen. In diesem Zusammenhang ist in der US-PS 3 102 865 die Verwendung von Alkanolen als "Wärmesenke" zur Absorption überschüssiger Wärme, die während der Kristallisation von thermoplastischem Material erzeugt wird, beschrieben.
Die US-PS 3 344 221 bezieht sich ebenfalls auf die probleme, die bei der Herstellung von Polymerzellstrukturen mit geschlossenen Zellen auftreten, und betrifft insbesondere ein Verfahren zur Erzielung von Änderungen der-Dichte solcher Schaumstoffe. Als Mittel zur Verminderung-der Permeabilität des Polymeren für das Treibmittel Trichlortrifluoräthan wird die Verwendung von Polyäthylenterephthalat als Sperrmaterial vorgeschlagen.
Die Erfindung bezweckt ein verbessertes Verfahren zum Verschäumen von Polyolefinen, beispielsweise Polyäthylen.
Die Erfindung bezweckt ferner ein verbessertes Verfahren zum Extrudieren von Polyolefinschaumstoff unter Verwendung eines Sperrmaterials oder blockierenden Mittels, das den Gasdurchgang durch die Zellwände verhindert, wenn der Schaums-toff erzeugt wird.
Erfindungsgemäß werden Polyolefinschaumstoffe aus einer Mischung von thermoplastischem Material, zum Beispiel Polyäthylen und Polypropylen, und einem normalerweise gasförmigen Treib- oder-Blähmittel, zum Beispiel einer Mischung aus Dichlordifluormethan (CCl2F2, "Freon 12") und Monochlordifluormethan (CHClF2, "Freon 22"), mit beträchtlich verschiedenen Dampfdrucken und Löslichkeiten in der iolymermischung hergestellt. Beispielsweise hat bei einer Mündungstemperatur des zu erzeugenden Materials von etwa 93 Grad C (200 Grad F) Freon 12 eine Löslichkeit in Polyäthylen von etwa 26 Gew.-% und Freon 22 eine Löslichkeit von etwa 14 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Polymere.
Der Dampfdruck, den diese beiden Treibmittel bei der gleichen Temperatur von 93 Grad C (200 Grad F) entwickeln, liegt. für Freon 22 zwischen 6,0 und 14,8 kg/qcm (35 - 210 psi) bei 1 bis 3 Gew.-% und für Freon 12 zwischen 7,7 und 10,5 kg/qcm (110 - 150 psi) bei 1 bis 2 Gew. Co.
Erfindungsgemäß wird eine Mischung von 1 bis 2 Gew.-t Freon 22 mit 3 bis 4 Gew.-% Freon 12 verwendet. Es wurde gefunden, daß die Treibmittelkombination in einer Menge von weniger als 8 Gew.-- der verschäumbaren Mischung zur Anwendung beim Verschäumen von Polyäthylen ungewöhnlich gut geeignet ist, da ziemlich kleine Mengen Freon 22 zur Entwicklung eines ausreichenden Dampfdrucks für eine richtige Schaumbildung bei dem Erstarrungspunkt von Polyäthylen (95 Grad C; 203 Grad F) verwendet werden können.
Wegen seines anfänglich hohen Dampfdrucks ermöglicht die Verwendung von Freon 22 die Erzielung niedrigerer Schaumdichten und einer feinen Zellstruktur.
Freon 22 hat zwar eine verhältnismäßig niedere Löslichkeit in Polyäthylen1 es ist jedoch in Freon 12 löslich, das etwa die doppelte Löslichkeit in Polyäthylen wie Freon 22 aufweist. Wenn diese beiden Treibmittel kombiniert werden, wird daher das Problem der Treibmittellöslichkeit beseitigt. Ferner ergibt diese Treibmittelkombination ein System mit einem verhältnismäßig weiten Bereich von Dampfdrucken, so daß nur eine geringe Menge zur Erzielung eines angemessenen Dampfdrucks für die Erzeugung von überlegenen Schaumstrukturen erforderlich ist.
Dem Polyolefin werden 5 bis 20-Gewichtsprozent eines Materials zugesetzt, das aus einem Acrylmonomer oder -polymer, zum Beispiel äthylacrylat, schlagzähem Styrol, Sorbitantrioleat, Sorbitanmonostearat oder Glycolmonostearat oder Kombinationen dieser Polymeren oder Verbindungen besteht. Diese Stoffe werden als Polymerverstärker zur Erhöhunq der Zugfestigkeit und Gebrauchseigenschaften des Schaumstoffs und als Sperrmaterial zugesetzt, um ein Entweichen des sich rasch ausdehnenden Treibmittels beim Austritt der Polymermischung aus der Extrudermündung zu hemmen. Da in der Schmelze keine Kristalle vorliegen und da die Treibmittelkombination in der amorphen Phase und nicht in der kristallinen Phase des Polymeren gelöst ist, ist es günstig, die Bildung von Kristallen während des Strangpreßschäumens zu beschleunigen, um die Ausdehnung des Treibmittels mit entsprechendem raschem Wachstum von Schaumzellen herbeizuführen. Als Gleitmittel können kleine Mengen (0,1 bis 0,3 %) Monoamid (Alkylolamide) zugesetzt werden. Keimbildner wie Talkum, Kreidestaub oder andere geeignete chemisch inerte Stoffe können ebenfalls verwendet werden.
Bei der Polymerextrudiertemperatur von 93 bis 96 Grad C (200 bis 205 Grad F) fördert die exotherme Kristallisationswärme die rasche Ausdehnung der Mischung aus Freon 12 und Freon 22. Unter gewöhnlichen Umständen würde eine ausgeprägte Wanderung des Treibmittels durch die Zellwände stattfinden, das zugesetzte Sperrmaterial, zum Beispiel schlagzähes Styrol oder Äthylacrylat, verleiht der Zellwand bei diesen Temperaturen jedoch eine genügend hohe Festigkeit der Schmelze, um einen solchen Gasdurchtritt durch die sich bildenden Zellwände beträchtlich zu vermindern und dadurch ein Zusammenbrechen der Schaumzellen nach dem Extrudieren zu verhindern.
Wenn schlagzähes Styrol als Sperrmaterial verwendet wird, sollen 5 bis 20 % eines solchen Materials zugesetzt werden, das 5 bis 10 X eines Elastomeren, zum Beispiel Butadiens enthält Durch das hierin beschriebene Verfahren werden die Schwierigkeiten überwunden, die bisher bei Bestrahlung oder chemischer Addition zur Vernetzung des Polymeren und zur Verbesserung seiner Naß festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Treibmittelwanderung auftraten. Mit dem erg in dungsgemäßen Verfahren wird beispielsweise die kritische Steuerung oder Regelung beseitigt, die bei Vernetzung zur richtigen Verschäumung und Zellbildung erforderlich istt Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ferner das Polymere zurückgewonnen und durch Einschmelzen wiederverwendet werden während dies nicht möglich ist, wenn eine Vernetzung durchgeführt worden istt Erfindungsgemäß wird also durch Verwendung einer Polymermisachung mit einer Kombination von ausgewählten Treibmitteln mit verschiedenen Dampfdrucken eine verbesserte Verschäumung mit insgesamt guter Zellbildung und verbesserten Polymereigenschaften im Endprodukt erzielt. Beispielsweise hat das mit einer Polymermischung, wie sie hierin beschrieben wird, erzeugte Polymer verbesserte mechanische Eigenschaften, beispielsweise geringe bleibende Verformung, hohe Zugfestigkeit und Schlagzähigkeit und ausgezeichnete Kaltflußeigenschaften

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Extrudieren eines geschlossenzelligen Polymerschaums, dadurch gekennzeichnet, daß man mit einem Polyolefin 5 bis 20 Gew.-% schlagzähes Styrol, Acrylelastomeres, Acrylmonomeres, Sorbitantrioleat, Sorbitanmonos-tearat, Glycolmonostearat oder einer Kombination dieser Stoffe, ein teilchenförmiges Keimbildungssystem und eine Kombination aus wenigstens zwei normalerweise gasförmigen Treibmitteln mit beträchtlich verschiedenen Dampfdrucken und Löslichkeiten in der PoLymermischung vermischt und die Mischung extrudiert.
2. Verfahren-nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mischung, die ein Olefinpolymeres, einen chemisch inerten teilohenförmigen Keimbildner, 5 bis 20 Gewichtprozent schlagzähes Styrol oder Acrylelastomeeres als Sperrmaterial mit hoher Schmelzfestigkeit und eine Kombination aus wenigstens zwei Treibmitteln mit verschiedenen Dampfdrucken und Löslichkeiten in der Polymermischung enthält, extrudiert.
3 Verfah-ren nach Anspruch 2, dadurch-gekennzeichnett daß man eine Treibmittelkombination aus Dichlordifluormethan und WIonochLord}fluormethan verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polyo-lefin Polyäthylen und als Sperrmaterial schlagzähes Styrol, das 5 bis 10 R eines Elastomeren enthält, verwendet..
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man Polyäthylen als Polyolefin, Äthylacrylat als Sperrmaterial und Dichlordfluormethan in einer Menge von 3 bis 4 Gewichtsprozent und Monochlordifluormethan in einer Menge von 1 bis 2 Gewichts-l jeweils bezogen auf das Polymere, verwendet.