DE69025316T2 - Wiederimprägnierung von Plastikschaumpartikeln mit einem anorganischen Gas - Google Patents
Wiederimprägnierung von Plastikschaumpartikeln mit einem anorganischen GasInfo
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- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Imprägnierung und Wiederimprägnierung von Polystyrol, Styrolcopolymeren, Polymethylmethacrylat, Methylmethacrylatcopolymeren, deren quervernetzte Abwandlungen und deren einander durchdringende Netzwerke mit Kohlendioxid oder anderen anorganischen Gasen oder Kombinationen von Kohlenwasserstoff und Kohlendioxid.
- Die Herstellung von Schaumstoffgegenständen aus geformtem Kunststoff, bei dem Kunststoffgegenstände mit organischen Treibmitteln imprägniert werden, auf eine vorläufige niedrige Dichte expandiert, in eine Form gegeben und schließlich zu dem zum endgültig expandierten Gegenstand aufgetrieben werden, ist bestens bekannt. Das am häufigsten benutzte organische Treibmittel stellt das n-Pentan dar. Leider wird das n-Pentan jedoch inzwischen als gefährlich im Hinblick auf die Mengen angesehen, welche während des Formvorgangs entweichen. Ferner entweicht das noch in den Formteilen verbliebene Pentan während eines längeren Zeitraums nach der Entnahme des Teils aus der Form weiterhin in die Atmosphäre. Zur Überwindung dieses Problems wurden bislang verschiedene anorganische Treibmittel wie z.B. Kohlendioxid, Stickstoff, Luft und andere Gasbildner versucht.
- Das US-Patent Nr.2 531 665 offenbart die Imprägnierung von Polymeren bei 100 ºC bis 125 ºC mit einem inertgas unter Druck, dem sich das Abkühlen unter Erhitzen in einer Form zum Auftreiben anschließt.
- Das US-Patent 2 848 427 lehrt die Imprägnierung von Polystyrol, das mit 0,01 bis 0,25 % DVB quervernetzt wurde, mittels Kohlendioxid unter Druck bei einer Temperatur unterhalb des Tg-Punkt, bis mindestens 2 % CO&sub2; absorbiert sind.
- Das US-Patent Nr.3 243 485 offenbart die Imprägnierung von Filmen oder Folien aus Polystyrol in Trockeneis.
- Es ist auch die Herstellung aufgeschäumter Kunststoffgegenstände durch die Imprägnierung von Polymerteilchen mit einem Treibmittel bekannt, sowie das Teilexpandieren der imprägnierten Teilchen bis zu einer vorläufigen niedrigen Dichte und das Verbringen der teilexpandierten Teilchen in eine Form und Erhitzen der Teilchen in der Form zum Herbeiführen der weiteren Expansion und das Verschmelzen der Teilchen, wodurch das Ausformen der Formteile erfolgt. Die teilexpandierten Teilchen werden bisweilen auch als vorexpandierte Teilchen oder "pre-puff" bezeichnet.
- Das US-Patent 4 464 484 beschreibt die Bildung der vorexpandierten Teilchen unter Verwendung von Kohlendioxid als Treibmittel und Ausbildung eines Formteils aus den vorexpandierten Teilchen, indem sie in eine Form verbracht und heiß expandiert werden.
- Es wurde nunmehr festgestellt, daß in den Fällen, bei denen das Treibmittel durch den Vorexpandierschritt verbraucht wird, die Teilchen durch das Inkontaktbringen der Partikel mit Gas, flüssigem oder festem Kohlendioxid, Luft oder anderen anorganischen Treibmitteln solange wieder imprägniert werden können, daß die Imprägnierung vervollständigt wird.
- Das US-Patent Nr.4 420 448 betrifft die Herstellung einer Polystyrolschaumfolie durch das Extrudieren eines Gemisches aus geschmolzenem Polymer und organischem kohlenwasserstoff- oder einem Halogenkohlenwasserstofftreibmittel, worin die Alterung der extrudierten Schaumstoffolie durch deren Exposition gegenüber einer Kohlendioxidatmosphäre beschleunigt werden kann, wobei das Altern zum Vermindern des Problems des Ausstülpens oder Verdrehens der Folie während des nachfolgenden Vorgangs der Heißverformung aufgrund des Solvatisierungseffekts des Treibmittels auf das Polystyrol notwendig ist.
- Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Formen von geschäumten Kunststofformgegenständen geschaffen, bei dem man (a) Polymerteilchen mit einem Treibmittel imprägniert, (b) die imprägnierten Teilchen bei einer Temperatur oberhalb der Glasphasenübergangstemperatur der Polymer/Kohlendioxid-Mischung auf eine vorläufige niedrige Dichte teilexpandiert und (c) die teilexpandierten Teilchen in eine Form gibt und zum Bilden der Formgegenstände durch Erhitzen in einer Aufschäumungsformungsanlage weiter expandiert und verschmilzt, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffmaterial aus Styrolpolymeren und -copolymeren, Polymethylmethacrylat, Methylmethacrylatcopolymeren, deren vernetzten Varianten sowie deren einander durchdringenden Netzwerken ausgewählt wird.
- IIn Schritt (a) werden die Polymerteuchen mit Kohlendioxid bis zu einer 1 %igen bis 25 %igen Kohlendioxidabsorption imprägniert und die teilexpandierten Teilchen vor Schritt (c) mit gasförmigem flüssigem oder festem Kohlendioxid, Luft, Stickstoff oder einem anderen anorganischen Gas oder deren Gemischen oder mit Kombinationen aus Kohlenwasserstoff und Kohlendioxid nochmals imprägniert.
- Das Styrolcopolymer stellt vorzugsweise Polystyrol dar.
- Besonders geeignete Styrolcopolymere sind solche Copolymere, welche 5 bis 35 Mol% Maleinsäureanhydrid und deren Derivate aufweisen wie z.B. das Imid, N-Alkylimid, N-Phenylimid, Ester, Halbsäuren sowie Halbester. Andere geeignete Copolymere sind das Styrolacrylnitril, Acrylnitril/Butadienstyrol, Styrol/Ethylmethacrylat sowie gummimodifizierte Styrolcopolymere mit hoher Schlagzähigkeit.
- Im Falle der Verwendung von Kohlendioxid als Treibmittel zur Bildung vorexpandierter Copolymerteilchen entweicht dieses überaus schnell aus den Polymerteuchen, sogar bei Raumtemperatur, so daß die Teilchen nach der Vorexpandierung nicht mehr genügend Treibmittel für die weitere Expandierung der Teilchen während des Formungsprozesses enthalten. Erfindungsgemäß werden die Teilchen mit Kohlendioxid oder einem anderen Gas wieder imprägniert. Im Falle von Kohlendioxid genügt es, das Polymer lediglich in Anwesenheit von Trockeneispulver oder Trockeneiskörnern für eine Zeitdauer von einer Stunde bis zu zwei Tagen stehen zu lassen. Für die erneute Imprägnierung läßt sich auch erfolgreich Druckluft bei einem Druck von 207 kPa (30 psig) verwenden.
- Das erneute Imprägnieren läßt sich auch durch ein Gemisch aus Kohlendioxid und einer kleineren Menge an Wasserstoff als Treibmittel durchführen.
- Die Verwendung der oben definierten Gasbildner beseitigt die Nachteile, welche im Falle der Benutzung organischer Kohlenwasserstofftreibmittel festgestellt wurden. Somit entstehen auch keine giftigen Nebel während der Formungszyklen. Weiterhin gibt es keine Restdämpfe, die durch die Formteile nach dem Entfernen aus der Form abgegeben werden. Obschon die Verwendung von Kombinationen aus Kohlenwasserstoff und Kohlendioxid nicht völlig zufriedenstellend ist, lassen sich diese ebenso einsetzen.
- Die folgenden Beispiele sind zur weiteren Erläuterung der Erfindung gedacht, sollen aber die Ansprüche nicht beschränken.
- 300 g Kügelchen aus Polystyrol mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 300 000 (0,4 mm Durchmesser) wurden mit 1200 g Trockeneis mindestens 24 Stunden solange vermischt, bis die flüchtigen Stoffe in den Kügelchen 6 Gew.% oder mehr erreichten. Anschließend wurden die Kügelchen vom Trockeneis entfernt und unmittelbar darauf in einem Dampfautoklaven bei einem Druck von 138 kPa (20 psig) Außendruck und 172 kpa (25 psig) Innendruck 5 bis 10 Sekunden lang expandiert. Das so entstandene Bläh material wies eine Dichte von 9,6 bis 11,2 kg/m³ (6 bis 7 pcf) auf.
- Das obenstehend vorgeblähte Material (pre-puft) wurde nach verschiedenen Imprägnierungsbehandlungen zu Bechern verformt. Das Schmelzen der Formgegenstände wurde in Tabelle I bewertet und aufgelistet. Tabelle I Behandlung Schmelzen keine 1 Tag in Trockeneis 1 Tag in Luft 207 kPa (30 psig) schlecht gut
- Aus den Meßwerten in Tabelle I läßt sich entnehmen, daß dann, wenn die Kügelchen vorgebläht waren, das Kohlendioxid vollkommen entwichen war und die Formteile nicht schmolzen. Die erneute Imprägnierung der vorexpandierten Kügelchen ermöglichte es, daß die in Gegenstände zu verformenden emeut imprägnierten Kügelchen ein vernünftiges Schmelzverhalten zeigten. Die Verwendung von...
- Es wurden 300 g Kügelchen aus Polystyrol mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 200 000 (Durchmesser 0,8 mm) mit 1200 g Trockeneiskörnern mindestens 24 Stunden solange vermischt, bis die flüchtigen Stoffe in den Kügelchen 6 Gew.% oder mehr erreichten. Die Kügelchen wurden anschließend vom Trockeneis getrennt und unmittelbar darauf in einem Dampfautoklaven bei einem externen Druck von 138 kPa (20 psig) und einem internen Druck von 172 kpa (25 psig) 5 bis 10 Sekunden lang expandiert. Das so erhaltene Blähmaterial wies eine Dichte von 3,2 bis 4,8 kg/m³ (2 bis 3 pcf) auf.
- Das vorstehend vorgeblähte Material (pre-puff) wurde nach unterschiedlicher Zeitdauer in Trockeneis verformt. Die Dichte und prozentuales Schmelzen der Formgegenstände wurden in der Tabelle II gemessen und aufgelistet. Tabelle II Behandlung Dichte kg/m-³(pcf) prozentuales Schmelzen keine Std in Trockeneis Tage in Trockeneis
- Wie aus den Meßwerten in der Tabelle II ersichtlich ist, war das Kohlendioxid im Falle des Vorblähens der Kügelchens vollständig entwichen und die Formgegenstände nicht geschmolzen. Das erneute Imprägnieren der vorexpandierten Kügelchen ermöglichte es, daß die zu Formteuchen verschmelzenden erneut imprägnierten Kügelchen ein vernünftiges Schmelzverhalten zeigten.
Claims (8)
1. Verfahren zum Formen von geschäumten Kunststofformlingen, bei dem man
(a) Polymertelichen mit einem Treibmittel imprägniert,
(b) die imprägnierten Teilchen bei einer Temperatur oberhalb der
Glasphasenübergangstemperatur der Polymer/Kohlendioxid-Mischung auf eine
vorläufige niedrige Dichte teilexpandiert,
(c) die teilexpandierten Teilchen in eine Form gibt und zum Bilden der
Formartikel durch Erhitzen in einer Formschäumanlage weiter expandiert und
verschmilzt,
dadurch gekennzeichnet, daß
- das Kunststoffmaterial aus Styrolpolymeren und -copolymeren,
Polymethylmethacrylat, Methylmethacrylatcopolymeren, deren vernetzten Varianten
sowie deren einander durchdringenden Netzwerken ausgewählt wird,
- in Schritt (a) die Polymerteilchen mit Kohlendioxid bis zu einer 1 - 25 %igen
Kohlendioxidabsorption imprägniert werden und
- die teilexpandierten Teilchen vor Schritt (c) mit gasförmigem, flüssigem oder
festem Kohlendioxid, Luft, Stickstoff oder einem anderen anorganischen Gas
oder deren Mischungen oder mit Kombinationen aus Kohlenwasserstoff und
Kohlendioxid reimpragniert werden.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Styrolpolymer Polystyrol ist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Styrolpolymer ein 5 bis 35 Mol-%
Maleinsäureanhydrid enthaltendes Styrol/Maleinsäureanhydrid-Copolymer ist.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Styrolpolymer ein Styrol/Acrylnitril-
Copolymer ist.
5. Verfahren gemäß Auspruch 1, bei dem das Styrolpolymer ein
Acrylnitril/Butadien/Styrol-Copolymer ist.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Styrolpolymer ein
Styrol/Methylmethacrylat-Copolymer ist.
7. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Styrolpolymer mit Kautschuk
modifiziertes Polystyrol hoher Stoßfestigkeit ist.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Reimpragnieren mit
einem Gemisch aus Kohlendioxid und einer kleinerem Menge eines
Kohlenwasserstoffs als Treibmittel ausgeführt wird.
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| DE69025316D1 (de) | 1996-03-21 |
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