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Verfahren zum Erhärten von polymerisierbaren
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Kunststoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhärten von
polymerisierbaren Kunststoffen, deren Erhärten Wärme erzeugt und durch Wärme beschleunigt
wird, wobei dem Kunststoff zum Anregen und/oder Beschleunigen des Erhärtens ein
Mittel (Katalysator, Aktivator) zugegeben wird.
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Viele Kunststoffarten, insbesondere Acrylate, erzeugen während des
Erhärtens Wärme. Wird diese Wärme nicht in einem ausreichenden Maße und schnell
genug abgeführt, so entsteht innerhalb des Kunststoffs eine erhebliche Wärme, die
die Erhärtungsreaktion weiter beschleunigt und damit die Wärme so weit steigert,
daß der Kunststoff in seinem Inneren Gas zu bilden beginnt und schäumt. Bei dem
Gießen dünner Acrylplatten kann die erzeugte Wärme in einem ausreichenden Maße abgeführt
werden, so daß hier das Problem von Bläschenbildungen und einem nicht gewollten
Schäumen nicht entsteht.
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Anders ist dies dagegen bei der Herstellung von Acrylplatten
größerer
Dicke als auch bei Acrylblöcken. Das einen schlechten Wärmeleiter darstellende Acryl
erhitzt sich im Inneren von Acrylplatten größerer Dicke und insbesondere innerhalb
von Acrylblöcken schneller als die Wärme abgeführt werden kann. Man hat deshalb
bisher zum Erhärten bzw. Polymerisieren dickerer Acrylschichten den Aushärtorgang
sehr langsam ablaufen lassen, um dadurch zu gewährleisten, daß die entstehende Wärme
ständig im ausreichenden Maße abgeführt wird. Dabei kommt man bei Platten von 15
cm Dicke auf Aushärtezeiten von etwa acht Wochen. Darüber hinaus führt dieses bekannte
Verfahren zu einem erheblichen Schrumpfen bzw. Schwinden des Materials während der
Polymerisation, wodurch es zu trichterförmigen Vertiefungen als auch Materialeinsohnürungen
kommt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten
Ar; derart zu verbessern, daß Platten und Blöcke größerer Dicke, insbesondere höher
als 5 cm, innerhalb kurzer Zeit und frei von Blasen und ungleichmäßigem Schwinden
erhärten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine erste,
unterste Schicht gegossen wird, in der ein erstes Initiator-, Anregungs- und/oder
Beschleunigungsmittel enthalten ist, das eine bestimmte Anspringtemperatur besitzt,
und daß darauf mindestens eine weitere Schicht gegossen wird, in der ein Initiator-,
Anregungs- und/oder Beschleunigungsrnittel enthalten ist, das aufgrund seiner Eigenschaften
und/oder Menge eine höhere Anspringtemperatur aufweist.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden mehrere Schichten zügig hintereinander
aufeinandergegossen, wobei die Anspringtemperatur der in den Schichten enthaltenen
Anregungs- und/oder Beschleunigungsmittel von Schicht zu Schicht von unten nach
oben steigt. Wird nun durch Energiezufuhr, z.B. durch Temperaturzuführung, die unterste
Schicht-zum Erhärten angeregt, so beginnt das Mittel der untersten Schicht zu wirken,
und die unterste Schicht beginnt zu erhärten.
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Hierbei erzeugt diese unterste Schicht Wärme, die sie an die darüber
liegende Schicht abgibt. Nachdem in der darüber liegenden Schicht die Temperatur
erreicht ist, die zu deren Erhärten erforderlich ist, und die höher ist als die
für die darunter liegende Schicht benötigte, beginnt die zweite Schicht zu erhärten.
Die zweite Schicht erzeugt wiederum Wärme und gibt diese an die darüber liegende
dritte Schicht ab, so daß die dritte Schicht angeregt wird. Inzwischen kann schon
die erste Schicht ausgehärtet sein. Die Aushärtung erfolgt somit schichtweise von
unten nach oben, ohne daß unerwünscht hohe Temperaturen entstehen. Durch die Menge
und/oder die Art der Anregungs- und/oder Beschleunigungsmittel kann der Erhärtungsvorgang
exakt von einer Schicht zur anderen zeitlich und in der Temperaturhöhe exakt innerhalb
der Platte oder des Blockes gesteuert bzw. vorherbestimmt werden.
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Der Erhärtungsvorgang kann auch von der obersten Schicht aus nach
unten hin erfolgen, so daß zuerst die oberste Schicht erhärtet und dann nacheinander
die darunter liegenden, aber dieses Verfahren hat gegenüber dem erstgenannten Nachteile,
da Wärme innerhalb einer Platte
und eines Blockes nach oben steigt
und dann leicht die oberste Schicht zu warm werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erbringt darüber hinaus den Vorteil,
daß ein ungleichmäßiges Schwinden nicht auftritt, da während des Erhärtens einer
Schicht diese sich aus der noch nicht erhärteten benachbarten Schicht Material nachziehen
kann.
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Vorzugsweise wird vorgeschlagen, daß drei, vier oder mehr Schichten
aufeinandergegossen werden, wobei das Anregungs- und/oder Beschleunigungsmittel
einer Schicht ein Erhärten erst bei höheren Temperaturen bewirkt als das Mittel
der darunter liegenden Schicht. Ferner wird vorgeschlagen, daß das Mittel einer
niedrigeren Schicht unter Bildung von Radikalen bei einer niedrigeren Temperatur
zerfällt als das in der darüber befindlichen Schicht vorhandene Mittel.
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Die Mittel können Peroxide oder Hydroperoxide sein. Besonders vorteilhaft
ist das Verfahren bei Polyestern oder Polymethacrylsäuremethylester anwendbar.
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Ein ungewolltes Vermischen der einzelnen Schichten miteinander während
des Gießens der Schichten aufeinander wird dadurch vermieden, daß die Schichten
in geliertem Zustand aufeinandergegossen werden. Hierbei wird vorgeschlagen, daß
die Schichten durch gießfähige gallertähnliche oder angelierte Kunststoffmassen
gegossen werden.
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Aufgrund dessen, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
die
chemische Reaktion der einzelnen Schichten kontinuierlich nacheinander erfolgt und
die Schichten sofort aufeinandergegossen werden, noch ehe der Erhärtungsvorgang
beginnt, liegen die Schichten homogen aneinander an, so daß nach dem Aushärten die
Grenzschichten insbesondere durch optische Unruhe oder optische Schlieren nicht
erkennbar sind.
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Ein Ausführungsbeispiel eines gegossenen Blockes ist in der Zeichnung
in einem senkrechten Schnitt dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
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Acrylglasperlen werden in einen Methacrylsäuremethylester in einer
solchen Menge eingerührt, daß eine fließfähige angelierte Masse entsteht. Der Methacrylsäuremethylester
enthält dabei als Katalysator ein Peroxid, z.B. Wasserstoffperoxid, das bei 30 OC
unter Bildung von Radikalen zerfällt. Diese Masse wird in einen Behälter B als unterste
Schicht 1 gegossen, wobei der Behälter 50 cm oder höher sein kann, je nach gewünschter
Platten- oder Blockdicke bzw. Höhe. Danach wird auf diese Schicht 1 eine zweite
angelierte Schicht 2 aus Methacrylsäuremethylester und Perlen gegossen, die sich
in der Zusammensetzung von der ersten nur dadurch unterscheidet, daß diese als Katalysator
ein Peroxid enthält, das bei einer höheren Temperatur, hier 50 OC, in seine Radikale
zerfällt. Sofort danach wird auf die zweite Schicht eine dritte Schicht 3 gleicher
Zusammensetzung gegossen mit einem Peroxid, das bei 70 OC zerfällt, und darauf folgt
eine Schicht 4 mit einem Peroxid, das bei 90 OC zerfällt, und schließlich eine Schicht
5, deren Peroxid bei 100 OC zerfällt.
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Darauf wird der Block durch Temperatur zufuhr oder durch Strahlung
auf 30 C erwärmt. Dies hat zur Folge, daß das Peroxid der untersten Schicht 1 zerfällt
und Radikale bildet, die die Polymerisation der untersten Schicht in Gang setzen.
Während des Polymerisierens erzeugt die unterste Schicht 1 Wärme, die die Temperatur
der darüber liegenden Schicht 2 nach einer bestimmten Zeit auf 50 CC erhöht, so
daß nach diesem bestimmten Zeitraum das Peroxid der Schicht 2 unter Bildung von
Radikalen zerfällt und die zweite Schicht zu polymerisieren beginnt. Dabei erzeugt
die zweite Schicht Wärme, die die dritte Schicht nach einem bestimmten Zeitraum
auf die Temperatur, hier 70 °C, erwärmt, die erforderlich ist, um das Peroxid der
dritten Schicht zum Zerfallen zu bringen. Während somit nacheinander jede Schicht
die darüber liegende zum Erhärten erwärmt, kann während des Erhärtens einer der
obersten Schichten schon die unterste Schicht im wesentlic-hen ausgehärtet sein.
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Während des Erhärtens einer Schicht schwindet diese und zieht dabei
Material von der darüber liegenden, noch nicht erhärteten Schicht nach. Durch dieses
Verfahren entsteht ein chemisch und optisch homogener Block beliebiger Größe und
Höhe, wobei die Schichtzahl von der Höhe des Blockes abhängt.