DE2542452C3

DE2542452C3 - Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern aus Olefinpolymerisaten

Info

Publication number: DE2542452C3
Application number: DE2542452A
Authority: DE
Inventors: Gerhard 6703 Limburgerhof Grab; Udo Ing.(Grad.) 6700 Ludwigshafen Haardt; Dieter Dipl.- Ing. 6836 Oftersheim Karau; Heinrich Dipl.-Chem. Dr. 6710 Frankenthal Wirth
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1975-09-24
Filing date: 1975-09-24
Publication date: 1980-09-04
Also published as: DE2542452A1; SE7610474L; CH598938A5; IT1077006B; FR2325489A1; AT352404B; BE846442A; ATA707576A; SE420840B; GB1560630A; FR2325489B1; DK429776A; DE2542452B2

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern aus Olefinpolymerisaten durch Zusammenpressen von schaumförmigen Teilen mit Gasen auf 20 bis 80% des ursprünglichen Schüttvolumens, Einfüllen der zusammengepreßten Teilchen in eine geschlossene Form gegen einen Staudruck von 1,5 bis 3,5 bar und Entspannen des Gasdrucks im Innenraum der Form, Erwärmen und Verschweißen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern aus Olefinpolymerisaten zu entwickeln, bei dem außer verkürzten Heizzeiten auch eine bessere Verschweißung der Schaumstoffteilchen und hervorragend formgetreue Schaumstoff-Formkörper erhalten werden.

Formkörper aus schaumförmigen Olefinpolymerisaten werden nach dem derzeitigen Stand der Technik hergestellt, indem man schaumförmige Teilchen in Formen lose einfüllt, sie mittels eines durch ihre Zwischenräume hindurchströmenden Heizmediums erhitzt und sie durch einen äußerlich aufgebrachten mechanischen Druck versintert (vgl. DE-AS 16 29 295 und DE-AS 16 29 281). Dieses Verfahren verlangt Formen mit einer aufwendigen Mechanik zur Bewegung eines Teils der Forminnenwand, um den erforderlichen Druck zu erzeugen. Es ist deshalb beschränkt auf Formkörper mit einfacher Geometrie.

Es ist auch bekannt, feinteilige schaumförmige Olefinpolymerisate mit Bindemitteln zu mischen, die Mischung zusammenzupressen und das Bindemittel unter Druck auszuhärten (vgl. DE-OS 16 69 648). Da das Bindemittel einen anderen chemischen Aufbau als das schaumförmige Material besitzt, ergeben sich nach diesem Verfahren Produkte mit veränderten mechanischen Eigenschaften, z. B. mit veränderter Beständigkeit gegenüber Chemikalien oder Umwelteinflüssen.

Aus der DE-OS 16 29 316 ist schließlich ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern durch Verbinden von schaumförmigen Teilchen aus Olefinpolymerisaten unter Druck und Wärme in einer Form bekannt, wobei man die geschäumten Teilchen in einer geschlossenen Form durch Einpressen von Gasen zusammenpreßt, das Volumen des Innenhohlraums der Form verringert oder die geschäumten Teilchen außerhalb der Form mit Gasen zusammenpreßt und in eine geschlossene Form füllt, und anschließend den Druck im Innenraum der Form durch Entspannen des Gases verringert Die Verschweißung der Teilchen erfolgt beim Entspannen des Gases. Die Oberflächen der geschäumten Teilchen werden vor dem Einbringen in die Form oder in der Form bei loser Schüttung der

ίο Teilchen mit Heißluft erwärmt Nach diesem Verfahren sind lange Heizzeiten notwendig und es ist sehr schwierig, gleichmäßig gut verschweißte Teilchen herzustellen.

In der DE-OS 17 78103 ist ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern aus Olefinpolymerisaten auf Basis von Polybuten beschrieben. Zwar wird hier die Verwendung von heißem Dampf als Alternative zu heißen Gasen erwähnt; das Erwärmen der Schaumstoffteilchen erfolgt aber auch bei diesem Verfahren drucklos.

Ein direkter Ersatz von Heißluft durch Wasserdampf bei dem Verfahren nach der DE-OS 16 29 316, wie es auf Seite 8 unten oder in Beispiel 3 beschrieben ist, führt nicht zu einem technisch praktikablen Verfahren: Um die für die Kompression der Schaumstoffteilchen notwendigen hohen Wasserdampfdrücke zu erhalten, müßte der Wasserdampf viel zu stark überhitzt werden, so daß das Gefüge der Schaumstoffteilchen zerstört werden würde. Ein nachträgliches Erhitzen von komprimierten und wieder entspannten Schaumstoffteilchen mit Wasserdampf ohne Anwendung eines Überdrucks, wie man es bei einer gezielten Kombination der DE-OS 16 29316 mit der DE-OS 1778103 konstruieren könnte, würde zu Schaumstoff-Formkörper führen, die eine sehr schlechte Verschweißung der Schaumstoffteilchen aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man zum Erwärmen und Verschweißen der Teilchen Wasserdampf einleitet und einen Wasserdampfdruck aufbaut, der gleich oder größer ist als der Staudruck, der beim Einfüllen der Schaumstoffteilchen in der Form wirksam war, und anschließend den Wasserdampf in der Form wieder entspannt, wobei die Zeitspanne zwischen dem Beginn des Einleitens von Wasserdampf und dem Entspannen höchstens 25 Sekunden beträgt.

Unter Olefinpolymerisaten sollen Polymerisate von Olefinen mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen verstanden werden. Für das Verfahren eignen sich insbesondere solche Olefinpolymerisate, deren Röntgenkristallinität bei 25°C über 20% liegt. So kommen z. B. Homopolymerisate des Äthylens bzw. Propylens oder Copolymerisate dieser Monomeren in Frage. Insbesondere eignen sich für das Verfahren Copolymerisate des

Äthylens mit anderen äthylenisch ungesättigten Monomeren, die mindestens 50 Gewichtsprozent des Olefins einpolymerisiert enthalten. Besonders geeignet sind Copolymerisate des Äthylens mit 5 bis 30 Gewichtsprozent Estern der Acryl- oder Methacrylsäure oder

W) Vinylcarbonsäureestern. Unter den Comonomeren haben die Ester der Acrylsäure des n-Butylalkohols und des t-Butylalkohols und das Vinylacetat eine besondere Bedeutung. Auch können Gemische der Oiefinpolymerisate untereinander oder mit anderen polymeren

ti^r> Verbindungen verwendet werden.

Die Polyolefin-Schaumstoffpartikeln, die teilweise vernetzt sein können und vorzugsweise 20 bis 80 Gcw.-% Gelanteilc enthalten werden in eine nicht

gasdicht schließende Form, die Perforationen enthält und von druckdichten Kammern umschlossen ist gegen einen Staudruck (A) pneumatisch eingefüllt Der Staudruck beträgt vorteilhaft 1,5 bis 3,5 bar. Dabei werden die Olefinpolymerisat-Teilchen in ihrem VoIumen auf 20 bis 80% des ursprünglichen Schüttvolumens verkleinert, so daß kleine Einfüllöffnungen und kleine Formteilquerschnitte möglich sind.

Nach dem vollständigen Füllen des Formenhohlraumes wird der Gasdruck auf Normaldruck entspannt Die Partikel dehnen sich infolge der Rückstellkräfte der eingeschlossenen komprimierten Luft aus und verdrängen dadurch weitgehend die zwischen den Schaumstoffpartikeln befindliche Luft, ohne daß sie miteinander verschweißen.

Beim nächsten Arbeitsschritt wird durch die Formkammern Wasserdampf mit einer Temperatur von 112 bis 145^C C bis zu einem vorgegebenen Staudruck (B), der gleich oder höher liegt als der Einfülldruck (A) von 1,5 bis 3,5 bar, eingeleitet Dieser Vorgang erfolgt in wenigen Sekunden, bevorzugt in weniger als 20 Sekunden, was zur Erzielung eines formgetreuen Schaumstoff-Fonnkörpers wichtig ist Nach Erreichen des eingestellten Staudrucks (B) kann nach Bedarf dieser Druck kurze Zeit vorzugsweise 0,5 bis 5 Sekunden, aufrechterhalten werden.

Als nächster Arbeitsschritt erfolgt die Entspannung der Formkammern vom Dampfdruck auf Normaldruck. Dadurch dehnen sich die Partikeln erneut aus, schmiegen sich eng aneinander und verschweißen an den erwärmten Oberflächen. Zum Zwecke der raschen Abkühlung kann man nun Wasser oder Kaltluft durch die Formkammern hindurchleiten oder Sprühdüsen in den Formkammern wirksam werden lassen.

Es kann auch von Vorteil sein, die Formkammern vor dem Druckaufbau mit Wasserdampf von der in ihnen enthaltenen Luft mit Dampf von 100°Cfreizuspülen.

Man erhält nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Schaumstoff-Formkörper, die dem vorgegebenen Formhohlraum entsprechen, wobei die Verschweißung der Schaumpartikeln nahezu vollständig ist. Bei einem Bruchversuch erfolgt zu mehr als 90% der Bruch durch den Schaumstoff, also nicht entlang der Partikelgrenzflächen.

Beispiel 1

In eine Form von 0,75 Liter Inhalt, die kleine schlitzförmige Perforationen enthält und von 2 Kammern umschlossen ist, wurden 1,5 Liter schaumförmiger Rundteilchen von 6 mm Durchmesser aus Polyäthylen mit einer Schüttdichte von 0,0123 g/cm³, die kein Treibmittel mehr enthielten, eingefüllt Die Schaumstoffteilchen hatten einen Gelgehalt von 48 Gew.-%. Das Einfüllen der Schaumstoffteilchen erfolgt aus einem Druckbehälter über eine Schlauchleitung durch eine verschließbare Öffnung in der Formwand. Der Behälter stand unter einem regelbaren Druck von 3,0 bar. Während des Einfüllvorganges stelltet: Überdruckventile in den Kammern einen Staudruck (A) von 2 bar ein. Nach dem Füllen der Form wurde die Einfüllöffnung gasdicht geschlossen und die Kammern entspannt Anschließend wurden die Dampfkammern bei geöffneten Ventilen mit strömenden Wasserdampf gespült Nach Schließen der Ventile baute sich ein Wasserdampfdruck in den Kammern von 23 bar auf. Nach Erreichen dieses Druckes wurde die Dampfzuführung abgestellt und die Kammern sofort entspannt In die Kammern wurde nun durch Sprühdüsen Wasser zur Kühlung eingeleitet Nachdem der Formkörper ausreichend gekühlt war, wurde er entnommen.

Der gesamte Arbeitszyklus setzt sich wie folgt zusammen:

Schließen der Form	Beispiel 2	3 see
Druckaufbau in den Formkammern	3 see
Füllen	12 see
Entspannen	4 see
Spülen der Formkammern	10 see
Dampfdruckaufbau	4 see
Entspannen	1 see
Wasserkühlung	120 see
öffnen der Form	3 see
Gesamtzyklus	160 see

In der Vorrichtung wie im Beispiel 1 beschrieben wurden 1,8 Liter Schaumstoffpartikeln aus Polyäthylen der Schüttdichte 0,0136 g/cm³ von 8 mm Durchmesser und einem Gelgehalt von 60 Gew.-% bei einem Staudruck (A) von 2,2 bar eingefüllt Nach dem Entspannen wurden die Kammern mit Wasserdampf gespült und ein Wasserdampfdruck (B) von 2,8 bar aufgebaut. Dieser Druck wurde über 5 see aufrechterhalten. Nach dem Entspannen wurde die Form unter Durchleiten von Luft durch die Kammern gekühlt. Das Formteil zeigte eine gut verschweißte Oberfläche. Beim Bruchversuch erfolgt zu mehr als 90% der Bruch durch die Zellen hindurch.

Vergleichsversuche

In eine Kastenform von 4,1 1 Inhalt wurden jeweils unter gleichen Bedingungen 9,01 PE-Scheumstoffkugeln mit einer Schüttdichte von 0,013 g/cm³ und 6 mm Durchmesser bei einem Staudruck in der Form von 2,0 bar und einem Fülldruck von 2,6 bar gefüllt.

Im ersten Versuch wurde das Verschweißen der Partikeln mit Hilfe von Wasserdampf, im zweiten Versuch mit Hilfe von Heißluft vorgenommen. Die dabei benötigten Zeiten (in see) für die einzelnen Schritte gliedern sich wie folgt:

Vergleichsversuche

Wasserdampf
max. 2,6 bar

Form schließen Druckaufbau mit Luft (2,0 bar) Füllen der Form Entspannen der Form Spülen der Formkammern mil Wasserdampft bzw. Vorheizen der Formkammern mit Lufi

Heißluft (35O⁰C),
Formwandtemperatur
(ca. 145"C)

400

Fortsetzung

Vergleichsversuche

1 2

Wasserdampf Heißluft (35O^CC),

max. 2.6 bar Fonnwandiemperatur

(ca. 145"C)

Dampfdruckaufbau bzw. Durchlehen von Heißluft	12	60
(2,6 bar)
Entspannen	20	20
Wasserkühlung	90	180
Wartezeit	10	10
Öffnen der Form	3	3
Gesamtzeit in see.	170	700

Die dabei erhaltenen Schaumstoff-Formteile sind bei pers festzustellen, so daß die Schaumstoff-Teilchen bei

Verwendung von Wasserdampf an allen Stellen sehr gut äußerer Berührung abbröckeln.

verschweißt und formgetreu. Bei Verwendung von Die verkürzte Heiz- und Kühlzeit bei Verwendung

Heißluft ist eine ungenügende Verschweißung der 20 von Wasserdampf ist technisch und wirtschaftlich sehr

Schaumstoff-Teilchen entlang der Kanten des Formkör- vorteilhaft.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern aus Olefinpolymerisaten durch Zusammenpressen von schaumförmigen Teilchen mit Gasen auf 20 bis 80% des ursprünglichen Schüttvolumens, Einfüllen der zusammengepreßten Teilchen in eine geschlossene Form gegen einen Staudruck von 1,5 bis 3,5 bar und Entspannen des Gasdrucks im Innen raum der Form, Erwärmen und Verschweißen, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Erwärmen und Verschweißen der Teilchen Wasserdampf einleitet und einen Wasserdampfdruck aufbaut, der gleich oder größer ist als der Staudruck, der beim Einfüllen der Schaumstoffteilchen in der Form wirksam war, und anschließend den Wasserdampf in der Form wieder entspannt, wobei die Zeitspanne zwischen dem Beginn des Einleitens von Wasserdampf und dem Entspannen höchstens 25 Sekunden beträgt