DE2818280C2 - Verfahren zur Herstellung geschäumter thermoplastischer Materialien - Google Patents

Verfahren zur Herstellung geschäumter thermoplastischer Materialien

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DE2818280C2 DE2818280A DE2818280A DE2818280C2 DE 2818280 C2 DE2818280 C2 DE 2818280C2 DE 2818280 A DE2818280 A DE 2818280A DE 2818280 A DE2818280 A DE 2818280A DE 2818280 C2 DE2818280 C2 DE 2818280C2
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Description

15 brachte Druck bei 0,6867 bis 13,8321 MPa Hegt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem geschmolzenen •thermoplastischen Material Luft dlsperglert und stabilisiert 3owle anschließend der Druck mittels einer Fluiddruck-Übertragungseln dichtung aufgebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß das oberflächenaktive Mittel in der Größen-Ordnung von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent enthalten Ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein In der Schmelze unlösliches oberflächenaktives Mittel verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das In der Schmelze unlösliche oberflächenaktive Mittel ein fein verteiltes inertes Material Ist.
8 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oberflächenaktive Mittel eine Mischung
aus einem In der Schmelze löslichen und einem In der Schmelze unlöslichen oberflächenaktiven Mittel 1st.
9 Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die löslichen und die unlöslichen oberflächenaktiven Mittel in einem solchen Verhältnis vorhanden sind, daß sie eine synergistische Stabilisierung der Dlspersl η bewirken.
JO 10 Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das lösliche oberflächenaktive Mittel
in einer Menge von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent und das unlösliche oberflächenaktive Mitte! in einer Menge von 0,01 bis 1 Gewichtsprozent snthalten Ist.
11 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oberflächenaktive Mittel aus der Gruppe der anionischen, kationischen und nicht-Ionischen oberflächenaktiven MIttel und deren Mischungen besteht.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Material ein Polymer
enthält, weiches Polymere aus mit Äthylen ungesättigten Monomeren, Polymere aus konjugierten Dienmonomeren, Polyester, Polyamide, Polyesteramide und Polyurethane und Copolymere dieser Monomere enthält.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen geschäumter thermoplastischer Materlallen, bei dem eine Gasdispersion In einem geschmolzenen thermoplastischen Material hergestellt wird, diese Dispersion unter Druck gesetzt wird, um eine heiße Lösung zu bilden, und diese heiße Lösung unter einem kleineren Druck abgegeben wird, wodurch das Gas aus der Lösung freigesetzt wird, um ein geschäumtes Material zu erzeugen.
Verfahren zum Herstellen zellförmlger thermoplastischer Erzeugnisse sind seit langem beispielsweise aus den US-PS 29 28 130. 32 68 636, 34 36 446 und 39 75 473 bekannt. Nach diesem Stand der Technik wird Gas unter hohem Druck In eine In einem Extruder oder Mischbehälter befindliche thermoplastische Schmelze eingeführt, In der Schmelze gelöst und die Schmelze dann unter reduziertem Druck abgegeben, wodurch ein geschäumtes Verfahrenserzeugnis entsteht. Ziel dieser Verfahren Ist es. dis Gas In der heißen Schmelze sofort In Lösung zu bringen.
Weiterhin Ist es bekannt, die bekannten Verfahren durch das Hinzufügen von Additiven wie Kelmblldungsmltteln zur Erzeugung von zellförmlgen thermoplastischen Körpern abzuwandeln.
In der älteren DE-OS 27 33 847 ist ein Verfahren zum Verschäumen von thermoplastischem Schmelzkleber vorgeschlagen worden Nach diesem Verfahren wird ein Gas mit dem geschmolzenen thermoplastischen Kleber
Innig vermischt, anschließend wird die Mischung unter Druck gesetzt, um das Gas In Lösung zu bringen, und
schließlich wird die Mischung bei einem niedrigeren Druck freigesetzt, wobei die Verschäumung stattfindet. Die
Praxis hat ^zelgt. Jaß das vorgeschlagene Verfahren helm kontinuierlichen Betrieb noch Qualltätswünsche offen Heß.
Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Gattung so welter zu
entwickeln, daß die erzeugte Dispersion des Gases In dem geschmolzenen thermoplastischen Material eine
größere Langzeltstabilität erhält.
Ausgehend von einem Verfahren zum Herstellen geschäumter thermoplastischer Materlallen, bei dem eine
Gasdispersion in einem geschmolzenen thermoplastischen Material hergestellt wird, diese Dispersion unter Druck gesetzt wird, um eine heiße Lösung zu bilden, und diese heiße Lösung unter einem kleineren Druck
abgegeben wird, wodurch das Gas aus der Lösung freigesetzt wird, um ein geschäumtes Material zu erzeugen,
besteht die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe darin, daß ein oberflächenaktives Mittel In das geschmolzene
Material In einer zur Stabilisierung der Gasdispersion ausreichenden Menge eingearbeitet wird und daß die Ober-
innenspannung der Schmelze innerhalb des Bereiches von 10-40 mN/m, die Viskosität Innerhalb des Bereiches von 500 bis 1 000 000 mPa ■ s und die GaslösHchkeit beim Abgabedruck Innerhalb des Bereiches von 1/2-20 cm1 Gas/g des thermoplastischen Materials Hegt.
Bevorzugte Verfahrensparameter und Weiterbildungen sind In den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Lösung bringt eine Reihe von zusätzlichen Vorteilen mit sich. So kann die Verwendung von Hochdruck-Gasquellen des Standes der Technik entfallen. Die unter Niederdruck stehende stabilisierte Dispersion kann mit einfachen mechanischen Mitteln ohne Qualitätseinbuße weiterverarbeitet werden. Der Bedarf arj Energie Ist geringer als bisher und die ProzeßstablUtät und die Schaumeigenschaften lassen sich während des Verfahrens kontinuierlich steuern. Beachtlich ist weiterhin, daß eine Fülle verschiedener thermoplastischer Materlallen verwendbar ist, die bisher nicht als zum Verschäumen geeignet angesehen wurden.
Es sei hervorgehoben, daß die verwendeten Begriffe »thermoplastisches Material«, »Schmelzkleber«, »Schmelze«, und unter Verwendung dieser Begriffe zusammengesetzte Wörter im vorliegenden Zusammenhang alle natürlichen oder synthetischen thermoplastischen Polymere oder Polvmer-Zusammensetzungen umfaßt.
In den folgenden Beispielen werden mehrere thermoplastische Materialien oder Schmelzkleber erwähnt, die durch Handelsnamen oder Warenzeichen bezeichnet sind. Einige der mit Handelsnamen erwähnten Materialien sind In dem Buch »The Condensed Chemical Dictionary«, 8. Ausgabe, Van Noestrand Relnhold Company, 1971 definiert. So stellt z. B. »ELVAX« ein Copolymer aus Äthylen-Vinylacetat (EVA) von Dul'ont dar. Eine herkömmliche Klebemittel-Zusammensetzung auf der Basis eines Polyäthylens stellt »Eastabond A-3« dar. das von der Eastman Chemical Company hergestellt 1st. Weiterhin stellt »AC 035« eine weitere Zusammensetzung auf deä· Basis von Polyäthylen dar, die von der Firma Allied Chemical hergestellt Ist. »Terre! m100« 1st eine Polyester-Zusammensetzung, und »A-FAX 500« Un Polypropylen-Poiymer von Hercules. Polyarr'de werden von der Firma General Mllis unter der Handelsmarke »Versalan 1138« verkauft.
Hervorgehoben werden soll die besondere Eignung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen eines Schmelzkleber-Schaumes. Hierbei Ist die Möglichkeit der Steuerung der wesentlichen Variablen der Oberflächenspannung, Viskosität und GaslösHchkeit von besonderer Bedeutung. Durch Formulierungszusätze aus festen und lösbaren oberflächenaktiven Mitteln, z. B. einem handelsüblichen Alkylphenyläther von Polyäthylenglykol und kolloidaler pyrogener Kieselsäure wurden Schäume verwirklicht, die gegenüber denjenigen ohne solche Zugaben verbessert sind. Die verbesserten Schäume besitzen kleinere Schaumdichten, gleichförmigere und feiner verteilte Zellen, und sie liefern eine hervorragende Durchdringung und Verbindung lter Substrate. Darüber hinaus kann durch Verwendung des erfindungsgemäßen Stabilisierungverfahrens mittels eines oberflächenaktlven Mittels eine unmittelbare Verschäumbarkelt verwirklicht und In einer bisher nicht erreichbaren Weise gesteuert werden. Es werden somit gemäß der Erfindung geschäumte, heiß schmelzende Klebemittel mit maximalen Verblndungselgenschafien dadurch verwirklicht, daß die Dispersion von Gas In der heißen Schmelze durch gleichförmige Verteilung von oberflächenaktiven Mitteln In der Schmelze gesteuert und stabilisiert wird, um anschließend eine Kompression der Schmelze und eine Freigabe der Schmelze durchzuführen. Es entstehen 'dadurch Schäume, die mit minimalen Mengen an Klebemittel eine größere Verbindungsfestigkeit besitzen.
Die Erfindung Ist nachstehend anhand der Zeichnung und verschiedener Ausführungsbelsplele erläutert. In den Zeichnungen zeigt
Flg. ! eine Schnittansicht einer Einrichtung zur Erzeugung thermoplastischer Schmelzen, die bei der Durchführung der Erfindung nützlich sind; <to
Flg. 2 eine 20fach vergrößerte fotografische Ansicht eines Querschnitts durch einen Polyäthylen-Klebemittelschaum, der ohne Oberflächenmittel erzeugt Ist;
Flg. 3 eine 20fach vergrößerte fotografische Aufnahme eines Querschnitts durch einen Polyäthylen-Khbemlttelschaum, der gemäß der Erfindung hergestellt Ist;
Fig 4 eine 20tach vergrößerte ictograilsche Aufnahme eines Querschnitts durch einen Äthylenvinylacetat-Klebemittelschaum ohne Oberfiächenmlitel;
Flg. 5 eine 20fach vergrößerte fotografische Aufnahme eines Querschnitts durch einen Äthylenvlnylacetat-Klebemlttelschaum, der mit einem stabilisierenden Oberflächenmlttel gemäß der Erfindung hergestellt wurde;
Flg. 6A bis 6D Diagramme von Stabilisierungsdaten, die den Stablllslerungseffekt des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutern.
In den nachfolgenden Beispielen wurde die Viskosität bei Anwendungstemperaturen gemäß ASTM D3236 (Thermosel Viskosität) gemessen. Die Oberflächenspannung wurde nach dem Verfahren von R. H. Dlttre, et al, J. Colloid and Interface ScI., 21 367-377 (1966) gemessen. Die Lösbarkelt des Gases zum Aufschäumen wurde gemäß dem Verfahren DD bonner. et al, J Polymer ScI., Polymer Letters F.d.. 13, 259 (1975) gemessen.
Flg. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung besitzt eine hin- und herlaufende Kolbenpumpe, und weitere Einzelheiten der Vorrichtung lassen sich der US-PS 35 85 361 entnehmen Die Anordnung 20 zur Zufuhr und zum Mischen des Gases In ein geschmolzenes thermoplastisches Material enthält einen rotierenden Gaszufuhr-Mischer 21, der ".τι Behälter oder Tank 22 angeordnet Ist, Die Kolbenpumpe 23 Ist auf der oberen Seite des Behälters 22 befestigt und wird durch einen iuftgetrlebenen oder elektrischen Motor 24 angetrieben. Das untere Ende der Pumpe 23 befindet sieh Im geschmolzenen thermoplastischen Material 25, das durch die Heizeinrichtungen 26 In der Bodenwand des Behälters 22 aufgewärmt wird. Der Zufuhrmischer besitzt eine hohle Antriebswelle 28, deren eines Ende am Motor 27 befestigt und von diesem angetrieben wird, ein becherförmiges Element 29 1st am anderen Ende der Welle angeordnet. Der Motor 27 versetzt die Welle 28 In Drehbewegung, während das aus eln^r Luftversorgungseinrichtung bei Umgebungsdruck oder bei einigen wenigen Atmosphärendruck nach unten durch die Hohlwelle 28 In das becherförmige Elemetu 29 gedrückt wird, und die Luft strömt durch eine Vielzahl von radialen Auslaßöffnungen 30 aus, die in der Seltenwand des Bechers 29 vorgesehen sind. Wenn das Gas gemäß der Erfindung aus den Öffnungen 30 in die heiße Schmelze 25 strömt, bildet sich eine stabile Dispersion von Gasblasen Im
gesamten geschmolzenen thermoplastischen Material 25. Diese Dispersion Ist nur schematisch durch die dargestellten Blasen gezeigt. Wenn die Pumpe sich hin- und herbewegt, wird das Gasblasen enthaltende thermoplastische Material In die Pumpeneinlaßöffnung 31 gezogen, komprimiert und durch die Auslaßöffnung 32 entsprechend der In der US-PS 35 85 361 beschriebenen Welse abgegeben.
< Das Verfahren wird dadurch durchgeführt, daß eine die Formullcrungskrlterlen erfüllende thermoplastische Materlaizusammensetzung In den Behälter 22 eingegeben wird. Die Leistungszufuhr zu den Heizeinrichtungen 26 wird eingeschaltet, und das thermoplastische Material bei der Schmelz- oder Verwendungstemperatur geschmolzen. Atmosphärische Luft von etwa 0-0,69 MPa i'berdruck wird in die hohle Antriebswelle 28 eingeleitet. Dann wird dem Drehmischer 21 Leistung zugeführt. Es werden dabei dann Luftblasen unterschiedlicher Größe dlsperglerl und vom Mischer In dem geschmolzenen thermoplastischen Material stabilisiert. Die Flüssigkeit mit den dispergieren Blasen wird In die Pumpeneinlaßöffnung 31 gezogen. In der Pumpe werden Flüssigkeit und Gasblasen zu einer einzigen Flüssigkeitsphase komprimiert und bei geregeltem Druck durch die Auslaßöffnung 32 abgegeben. In einem Klebemittel-Anwendungssystem würde das heiß geschmolzene Klebemittel durch einen erhitzten Schlauch abgegeben und dann einem Abgabeventll und einer Düse In einer nicht gezelgten Art und Welse zugeführt. Wenn das heiß geschmolzene Material von der Auslaßöffnung oder dem Abgabevpntii ahoeoehen wird, schäumt es sich aufgrund des stark verringerten Drucks, der auf die das gelöste Gas enthaltende Schmelzzusammensetzung wirkt, In sehr kurzer Zelt auf. Für den Fall, daß die erflndungsgemaße Schmelzzusammensetzung als Klebemittel verwendet wird, kann das Klebemittel z. B. als Streifen auf Wellpappe-Behälterlaschen aufgebracht werden. Der Streifen schwillt im Volumen an, und wenn die Behälterlaschen aufeinandergepreßt werden, fließt das Klebemittel einfach und vollständig dazwischen. Aufgrund der Eigenschaften des geschmolzenen thermoplastischen Materials dringt es In die Poren des Papiers ein, während es sich verbreitet, und verliert dabei den Gasgehalt des Schaums durch die Poren, bis die Klebstofflinie die Verfestlgungs- (keine Flleß-lTemperatur erreicht. Beim Verwenden der erfindungsgemäßen thermoplastischen Klebezusammensetzungen wird die resultierende Klebstoffzelle stärker und schneller ausgebildet, es wird weniger Klebstoff tinötlgt, und der Klebstoff Ist In seinem Endzustand Im wesenMlchen frei von Blasen.
Es lassen sich dem Behälter 22 zusätzliche formulierte thermoplastische Materlallen oder Klebemlttelzusammensetzungen hinzufügen, um das abgepumpte Material wieder aufzufüllen. Die Gaszufuhr durch den Mischer 21 läßt sich derat: einstellen, daß der Anteil des Gases bezüglich der thermoplastischen Zusammensetzung gesteuert wird Sollte das Verhältnis des Gases zum thermoplastischen Material die Lösbarkelt des Gases In dem Material bei dem durch einen Regler für die Verwendungstemperatur gesetzten Druck überschreiten, so kann die Gasmenge verringert werden. Anderenfalls strebt die Gasphase danach, sich in der Pumpe zu akkumulieren, den Betrieb der Pumpe und ebenfalls die Strömung des thermoplastischen Materials zu unterbrechen. Optimale Betriebsbedingungen existieren, wenn das Verhältnis von Gaszufuhr zu Klebemittel gleich der Gaslösllchkelt bei der Anwendungstemperatur und dem regulierten Drucksollwert Ist. Unter diesen Umständen kann das thermoplastische Klebemittel In Schaumform auf eine zum Verkleben vorgesehene Oberfläche oder ein Substrat mit der niedersten Dichte ohne Unterbrechung und mit der maximalen Wirksamkeit abgegeben werden.
Um die Stabilisierungswirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu ermitteln, wurde die Schaumlebensdauer einer Anzahl von heiß geschmolzenen thermoplastischen Materialien bestimmt, bei denen Oberfiächenmtttel gemäß der Erfindung verwendet wurden. Es wird für diesen Zweck auf die folgende Tabelle Bezug genommen, bei der eine Anzahl thermoplastischer Materlallen einschließlich Äthylenvlnylacetat, Polyäthylen, Polyester. Polypropylen und Polyamid verwendet wurde.
Tabelle
.Arides
Klebemittel»
Lösliches
Oberflächenmittel
Gew.-% Festes
Oberflächenmittel
Gew.-% Andere Gew;-% Temperatur Viskosität Oberflächen- Schaum/Flüssig- hydraulischer /1/2, Min. Schaum-Additive 0C mPa ■ s spannung keitsvcrhältnis Druck dichte
mN/m · 0,0981 MPa (g/cra3)
EVA
(Elvax 410) nicht ionisch
Polyäthylen
(AC-635)
nicht ionisch
nicht ionisch
kationisch
nicht ionisch
nicht ionisch
anionisch
kationisch
kationisch
Polyester
(Terrell 6100) nicht ionisch
0
0,25
0 0
1,0
1,0
1,0
1,0 1,0
1,0
1,0
1,0
0 1,0
kolloidale pyrogene 0,1 Kieselsäure
kolloidale pyrogene 0,1 Kieselsäure
kolloidale pyrogene 0,1 Kieselsäure
kolloidale pyrogene 0,1 Kieselsäure
kolloidale pyrogene 0,1 Kieselsäure
Kohlenruß 0,1
TiO2 0,1
kolloidale pyrogene 0,1 Kieselsäure
kolloidale pyrogene 0,1 Kieselsäure 0 0
Wachs 30 Wachs 30
Wachs 30 Wachs 30
Wachs 30 0 0
0 0
0 0 0 0 0
0' 0'
177 177
177 177
177 177
177 177 177
177 177
177 177 177 177 177
216 216
28 28
3 3
3 3
3
2 2
2 2
2 2 2 2 2
22,4
19,5
23,3
1,77 1,69
1,98 1,68
1,75
1,40 1,57
1,44 1,48
1,53 1,42 1,27 1,46 1,75
1,90 2,37
- - 0,37
- - 0,34
77- 84 5,9 -
77- 84 12,5 -
77- 84 5,1 -
77- 84 15,0 -
84- 91 3,6 -
91- 98 18,2 -
91- 98 28,1 -
91- 98 36,3 -
91- 98 97,5 -
63- 70 46,0 _
63- 70 77,5 -
63- 70 97,4 -
63- 70 105,0 -
63- 70 114,0 -
120-127 _ 0,43
120-127 _ 0,49
Fortsetzung
Art des
Klebemittels
Lösliches Oberflächenmittel
Gew.-% Festes
Oberflüchenmiitel
Gew.-% Andere Gew.-% Temperatur Viskosität Oberflächen- Schaum/Flüssig- hydraulischer Additive 0C mPa · s spannung keitsverhältnis Druck
mN/m · 0,0981 MPa
r 1/2. Min. Schaumdichte (g/cm5)
Polypropylen - * 0 - 0 DBPC 0,3 216 1900 20,2
(A-FAX-500) - nicht ionisch 0 kolloidale pyrogene 0,1 DBPC 0,3 216 1900 -
Kieselsäure (BHT)
nicht ionisch 1,0 - 0 DBPC 0,3 216 1900 -
nicht ionisch 1,0 kolloidale pyrogene 0,3 DBPC 0,1 216 1900 -
Kieselsäure
nicht ionisch 1,0 kolloide pyrogene 0,1 DBPC 0,3 204 3100 -
Kieselsäure
Polyamid - 0 - 0 - 0 216 2800 30,7
(Versalon nicht ionisch 1,0 - 0 - 0 216 2800 18,8
1138) — 0 kolloide pyrogene 0,1 - 0 216 2800 20,8
Kieselsäure
1,0 kolloide pyrogene 0,1 - 0 216 2800 18,3
Kieselsäure
1,61 63- 70
1,60 63- 70
1,69 63- 70
1,62 63- 70
1,68
1,54
1,48
1,50
1,54
70- 77
98-105
55,7 58,6
49,5 56,4
98-105 1,0
98-105 2,0
98-105 1,5
3,0
0,47
0,39
Das In der Tabelle verwendete nlchl-lonlsche Oberflächenmltiel war ein handelsüblicher Alkylphenyläther von Polyäthylenglykol. Als kationisches Oberflächenmlttel wurde Dlmethyldlkoko-Ammonlumchlorld und als anlonlsches Oberflächenmlttel Dloctylalkall-Metall-Su'fosucclnat verwendet. Die als festes OberflächenmltteJ verwendete kolloidale pyrogene Kieselsäure besaß eine Oberfläche von ungefähr 900 Quadratmeter pro Gramm. Die Bezeichnung DBPC (BHT) stellt eine Abkürzung für 2,6-Dl-tert-butyl-p-kresol (butyllertes Hydroxytoluol) dar. Die Tabelle liefert also eine Auflistung einer Zahl von Betriebsbeispielen unter Verwendung von thermoplastischen Klebemittel-Zusammensetzungen, die gemäß dem erfindungsgemäßen Stablllslerungsverfahren verarbeitet wurden. Die aufgellsteten Daten wurden mit einem Schmelzgerät erzielt, das dem In Flg. 1 dargestellten Gerät ähnlich Ist. Es 1st wichtig, darauf hinzuweisen, daß die In der Tabelle aufgeführten Ergebnisse nur unter Einhaltung aller Bedingungen gültig reproduziert werden können, unter denen sie erhalten wurden. Diese Bedingungen schließen das Gesamtverhältnis von Schaum zu Flüssigkeit während der Ausbildungszeit des Schaums ein. Diese Daten sind ebenso von der Luftmenge abhängig, die in der polymeren heißen Schmelze vor der Schaumereugung gelöst wurde, unabhängig davon, ob die heiße polymere Schmelze bei dem vor dem Schäumen vorhandenen Druck und der Temperatur mit gelöster Luft gesättigt oder nicht gesättigt war. Ebenfalls sollte der hydraulische Druck während der Abgabe der unter Druck stehenden polymeren, flüssigen heißen Schmelze beobachtet werden. Alle diese Untersuchungen zur Bestimmung der Lebensdauer des Schaums waren dynamischer Natur.
Die Daten der Tabelle wurden mit Kiebemiüei-Zusamfüenseizüngen erzielt, die Obcrf!2chenrn!ite! enthielten oder nicht enthielten, wie dies auf einer Gewichtsprozent-Basis angegeben 1st. Bei einigen der Äthylenvlnylacetat (EVA) und Polypropylen-Klebemittel wurde Wachs und DBPC als Additiv verwendet. Die Betriebstemperatür für eine spezielle Zusammensetzung, die durchweg Im Schmelzbehälter, den Transport- und Abgabeleitungen verarbeitet wurde. Ist In der Tabelle In 'C angegeben. Die Vlskosltäts- und Oberflächenspannungs-Messungen wurden gemäß dem oben genannten Verfahren durchgeführt. Die Schaumstabilitäten, d. h. die Halbwertszelten (/1/2) wurden gemäß den in Fig. 6 der Figuren dargestellten Kurvenverläufe bestimmt. Die Schaumlebensdauer wurde gemäß folgender Formel bestimmt:
Vc - V-
Prozent Schaum (Luft) = ( ') * 100
V0 ~ V,
VE = Gesamtvolumen an Schaum und Flüssigkeit bei jedem Zeitintervall aus den experimentellen Daten
V1 = Flüssigkeitsvolumen, das in einem Meßzylinder nach Luftentfernung enthalten ist V0 = Anfangsvolumen des Schaums vom ersten experimentellen Datenpunkt
Unter Bezugnahme auf die obige Formel und Fig. 6A der Zeichnung wurde die Halbwertszeit von geschäumtem Poiyäihyien bei 177°C erhalten und in die Taiseüe eingetragen. Fig.6A zeigt eine Darstellung, bei der der Schaum in Prozent über der Zelt für eine Schaumprobe aufgetragen lsi, die von einem Gerät gemäß Fig. 1 abgegeben wurde. Eine Schaumprobe wurde an der Auslaßöffnung, ähnlich der in F Ij. 1 gezeigten Öffnung an der Stelle 32, durch einen Abgabekopf In einen 250 ecm Meßzylinder mit einer anfänglichen Schaumdicke von etwa 15 cm (150ecm) entnommen. Dieser Probe wurde der 10096-Schaumwert In Fig. 6 zugeordnet. Anschlle- -io Bend wurde die Zeit In Minuten für das Gesamtvolumen des Schaums und der Flüssigkeit während jedes ZeIt-Invervalls beobachtet, bis das Flüssigkeitsvolumen In dem Meßzylinder entlüftet war. Unter Bezugnahme auf FI g. 6A läßt sich dann beobachten, daß das Polyäthylenpolymer ohne Irgendwelche Additive eine Stabilität (/1/2) von 18,2 Minuten besaß. Bei Hinzufügung eines festen Oberflächenmittels, z.B. eines geschmolzenen Slllkas in einer Menge von etwa 0,1%, wurde die Halbwertszelt auf etwa 28,1 Minuten erhöht. Bei getrenntem Zufügen des nicht-ionischen Oberfiächenmittels in einer Menge von etwa \% erhöhte sich die Halbwertszelt des Polyäthylenschaums auf etwa 36,3 Minuten. Bei Zugabe der Kombination der löslichen und festen Oberflächenmittel In denselben Mengen zur Polyäthylenschmelze erhöhte sich die Halbwertszeil auf 97,5 Minuten. Die Daten aus der Tabelle und F l g. 6A, welche ein thermoplastisches PolyUthylenmalerial betreffen, zeigen daher deutlich, daß entweder ein lösliches oder ein festes Oberflachen-Beelnflussungsmaterlal bei getrennter Zugabe die Gasdispersion in der thermoplastischen Schmelze vorteilhaft stabilisiert. Ferner zeigt das Ergebnis der kombinierten Zugabe von löslichen und festen Oberflächenmittein, daß die Stabilisierung der Kombination die erwartete algebraische Summe der Aktivität der einzelnen Komponenten well übertrifft. Derartige synergistische Ergebnisse sind tatsächlich bemerkenswert.
Die Eigenschaften der mit oder ohne Oberflächenmlttel gemäß der Erfindung erzeugten Schäume sind in den Flg. 2 bis 5 dargestellt. In Flg. 2 und 3 Ist eine Klebemittelzusammensetzung auf Polyäthylen-Basis, z. B. A-3, ohne bzw. mit Additiven verschäuml. Der mit Oberflächenmittel-Stablllslerung erzeugte Schaum ist gleichförmiger und besitzt eine feinere Verteilung der Zeligrößen als das ohne Oberflächenmlttel verschäumte Material, vgl. Flg. 2 und 3. Durch die Erfindung wird bezüglich der Zellgröße und der Gleichförmigkeit der Verteilung eine wesentliche Verbesserung erzielt, und es ergibt sich dabei eine resultierende verbesserte Klebeeigenschaft und Eindringung des Klebemittelschaums in poröse Substrate. Wie schon erläutert, kann die Steuerung der Schaumbildung bei der Schaumabgabe gemäß der Erfindung durchgeführt werden, während eine derartige Steuerung bei alleiniger Verwendung des A-3 Polyäthylens möglich Ist. Der Schaum 40 besitzt geschlossene Luftzellen 41, die über den gesamten Schaum verteilt sind und durch den Einschluß von Luftblasen, erzeugt werden, die von einer Gaslösung In dem flüssigen, geschmolzenen Klebemittel herrühren. Die Zellen 41 werden gebildet, nachdem die flüssige Klebemittel-Luftlösung von einer Klebemluel-Abgabeelnrlchtung der In Flg. 1 gezeigten Art abgegeben wurde, vgl. Flg. 2 und 3.
In den Flg. 4 und 5 ist eine Äthylenvinylacelat-Klebemittelzusammenselzung ohne und mit Schaumstablli-
sierung dargestellt. Fig. 5 zeigt, daß durch eine erfindungsgemäße Stabilisierung eine gleichförmige und feinere Verteilung der Schaumzellen erreicht wird.
Die in der Ts jelle für Polypropylen und Äthylenvinyiacetat (70% EVA, 30s Wachs) angegebenen Halbwertszeiten wurden gemäß den Flg. 6B und D bestimmt. Die EVA/Wachs und Polypropylen-Kurven stellen entgegengesetzte extreme Prototypen dar. Der Unterschied dieser beiden Beispiele läßt sich kurz durch die zwei grundlegenden Schaumverfali-Mechanlsmen erläutern, (1) durch Diffusion der Gasblase zu großen Blasen und (2) durch Abfluß der flüssigen Phase (aufgrund der Schwerkraft) nach unten, aus den Zwischenräumen der Blasen heraus. Es ist also erforderlich, die physikalischen Eigenschaften der Oberflächenspannung. Viskosität, Diffusionskoefflzleni und Gaslösllchkeit In der Flüssigkeit zu beachten. Polypropylen stellt ein vielfach besseres
in Barrlerenmaterial als Polyäthylen aufgrund des Molekularaufbaus dar, und es widersteht daher der Diffusion um ein Vielfaches besser als Polyäthylen oder EVA/Wachs-Systeme. Die Verzögerung im Diffusionsverfall erscheint daher In Flg. &B für Polypropylen-Materialien zu Beginn, und während dieser Zelt läuft die Flüssigkeit aus den Zwischenräumen zwischen den Blasen heraus und bringt die Blasen näher zusammen. Wenn die Blasen eine bestimmte Entfernung voneinander haben, wird die Diffusion erhöht, wenn der Abstand zwischen den Blasen abnimmt, und die Kurve des Polypropylens fällt daher mit der Zeit auf den Wert Null ab. Demgegenüber besitzt EVA/Wachs aufgrund des 30%igen Wachsverflüsslgers einen sehr kleinen Widerstand gegenüber Diffusion, und die Kurve startet und fällt daher ohne wahrgenommene Verzögerungen innerhalb der Grenze der experimentellen Halbwertsdauer. Es läßt sich jedoch beobachten, daß die Verbesserungen bezüglich der Stabilität im hinteren Teil dieser Kurven offensichtlich ist.
In den Flg. 6A-C zelt die durchgezogene in Flg. 6D dargestellte verallgemeinerte Kurve die beste Kenntnis der Gesamtsituation. Alle die in der Tabelle und den Fig. 6A-C dargestellten Daten sind, wie schon erwähnt, dynamisch. Die ausgezogene schwarze Kurve in Fig. 6D stellt das Schaumverhalter, von einer unter Druck gesetzten Probe vom Zeitpunkt der Druckwegnahme (100% Schaum, Zeit 0) bis zum totalen Verfall (0% Schaum. Zeit unendlich) dar Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens zerfällt ein derartiger Schaum.
wie durch die gestrichelten Kurven dargestellt 1st, in der Nähe Irgendeines Einlasses einer Druckeinrichtung oder einer Gasdispersionseinrichtung, unabhängig davon, ob diese Einrichtungen getrennt oder kombiniert sind. Wenn eine kombinierte Disperslons-Getrlebepumpenelnrichtung einen oder mehrere aufeinanderfolgende Dispersions-. Druck-, Dispersions-, Druck-Zyklen etc. durchführt, besitzt das Schaumblasen-System ebenfalls einen zyklischen Verlauf, wie in dem Diagramm durch die Kurven (Flg. 6D) dargestellt Ist. Je nach der Anord-
in nung der Einrichtung erfolgt der Zyklus entweder In den gestrichelten Kurven (hin- und herlaurende Elnweg-Pumpe). dazwischenliegend wie die punktierte Kurve (hin- und herlaufende Doppelweg-Pumpe) oder eben, wie die strlch-punktlerte Kurve (Getriebepumpe mit mehreren Zähnen begrenzter Tiefe oder elen rotierende Gleit-Pügeipumpe) (Fig 6D) Die Fläche zwischen den Kurven und der horizontalen Linie heim Wert von lOO'v. Schaum stellt ein umgekehrtes Maß für den Wirkungsgrad der Systemanordnung dar. Die ideale Anordnung verläuft parallel zur 100^-Llnle und wandelt die gesamte (100%) Blasenmischung In einem Zyklus In die unter Druck gese'zte Flüssigphase
Eine lotaie Störung tritt beispielsweise bei zwei Extremfällen auf:
1 Bei einem tiefen Zyklus ohne endliche Erholung, und
4i) 2 bei einer endlichen Erholzelt, aber einer unendlichen Anzahl an Zyklen (kein Durchsatz).
Die Halhwertzeiten der Tabelle für die Zusammensetzungen die 0,1% Kohienruß, 0,1% Titandioxid, 1% Dloctvl-alkallmetall-sulfosuccinat oder 1% Dlmethyl-dlkoko-Ammonlumchlorld enthalten, wurden in ähnlicher Welse wie diejenigen gemäß den Flg. 6A bis 6C bestimmt Jede dieser Halbwertzeltkurven zeigt eine sehr 4< bedeutsame Stabilisierung der betreffenden thermoplastischen Polymerzusammensetzung Es sei bemerkt, daß das angeführte Polyester-Beispiel durch Verwendung der Oberflächenbeelnflussungsmluel gemäß der Erfindung eine vergrößterte Stabilität zeigte. Nach etwa 80 Minuten Testzeil bildete sich jedoch eine Haut über den Meßprnben Im Meßzylinder, und das Experiment wurde beendet.
Fs »urden andere thermoplastische Polymere verwendet, um strukturierte Schaumkörper unter Verwendung «ι des erf'rkiungsgemäßer Verfahrens herzustellen So wurde z. B. Polystyrol geschmolzen und bei 271'C geschäumt, wobei ein Harz mit einem jchmelzln'Jex 15 und einer Viskosität von 86000 mPa s bei 304" C verwendet wurde Ferner wurde Polybutylenterephthalat mit einer Viskosität von 143 000 mPa ■ s bei 260" C geschmolzen und bei 260'C geschäumt Das Schäumverfahren wurde in ähnlicher Welse durchgeführt, wie das in Verbindung mit 0.1 t, kolloidale pyroxene Kieselsäure und \% Alkylphenyläther von Polyäthylenglykol geschildert wurde, ausgenommen, daß die Schäume in Becherformen abgegeben wurden, um die strukturierten Vper beim Abkühlen zu erzeugen, die Dichten (g/cm1) von 0.49 bzw. 0.57 besitzen
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

  1. Palentansprüche:
    1 Verfahren zum Herstellen geschäumter thermoplastischer Malerlallen, bei dem eine Gasdispersion In einem geschmolzenen thermoplastischen Material hergestellt wird, diese Dispersion unter Druck gesetzt wird,
    um eine heiße Lösung zu bilden, und diese heiße Lösung unier einem kleineren Druck abgegeben wlrd% wodurch das Gas aus der Lösung freigesetzt wird, um ein geschäumtes Material zu erzeugen, dadurch, gekennzeichnet, daß ein oberflächenaktives MIttel In das geschmolzene Maieria! In einer zur Stabilisierung der Gasdispersion ausreichenden Menge elngearbelt wird und daß die Oberflächenspannung der Schmelze Innerhalb des Bereiches von 10-40 mN/m, die Viskosität innerhalb des Bereiches von 500 bis
    !0 1 000 000 mPa ■ s und die Gaslöslichkeit beim Abgabedruck innerhalb des Bereiches von 1/2-20 cm Gas/g des thermoplastischen Materials Hegt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion bei Atmosphärendruck stabilisiert wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Bildung der heißen Lösung aufge-
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