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Verfahren zur Herstellung von Formgebilden, insbesondere blasenfreien
Flächengebilden auf der Grundlage von Polymerisaten
Die Herstellung von Formgel,ilden,
insbesondere Flächengebilden aus ungesättigten, flüssigen, polymerisierl,aren Substanzen,
wie Methakryl- und Akrylverbindungen, insonderheit ihren Estern, Styrol, anderen
Vinyl- und Allylverbindungen allein oder in Mischung miteinander oder mit anderen
Stoffen, wie Polymerisaten, Weichmachern, Celluloseverbindungen, Füll- und Farbstoffen,
künstlichem und natürlichem Kautschuk usw., durch Polymerisation bereitet wegen
der hierbei auftretenden zum Teil sehr beachtlichen Schrumpfung erhei)! iche Schwierigkeiten,
die durch die auftretende heträchtliche Polymerisationswärme noch erhöht werden.
I)urch anwendung des Verfahrens der Kammern mit den wandernden Wandungen wurde bisher
eine bedingt brauchbare Lösung dieser Schwierigkeiten gefunden. Bei diesem Verfahren
werden Flachkammern, vorzugsweise aus Glas verwendet deren Hauptwandungen während
des Polymerisationsvorganges gegeneinander wandern können. Da die Kanten der Hauptwandungen
aber flüssigkeitsdicht zur Füllung miteinander verbunden und auf die gewiinsellte
genaue Entfernung eingestellt werden mußten, ergaben sich außerordentliche Schwierigkeiten
für den Bau der Formen. Zunächst wurde eine Innendistanzierung angewandt, indem
Distanzierstückchen an den Kanten angebracht und die Kanten durch Papier verklel)t
und
dadurch +-erschlossen wurden. Die Distanzierstückehen wurden
aus den verschiedensten Materialien hergestellt, an die aber sämtlich die Forderung
gestellt wurde, daß sie zusammendrückbar sein mußten, um das Gegeneinanderwandern
der Kammerwandungen nicht zu stören. Alle geprüften Stoffe haben aber den Anforderungen
nicht entsprochen, und zwar aus den verschiedensten Gründen. Vor allem war die Nachgiebigkeit
nicht ausreichend, so daß sich seenartige Vertiefungen an der Oberfläche der Formgebilde
ergaben, die meist an den Rändern auftraten. Dies war ein Hinweis, daß die Beweglichkeit
der Kanten nicht genügend groß war. Die Innendistanzierung der Kammern wurde deshalb
ganz aufgegeben und nur eine Außendistanzierung angewendet. Diese Außendistanzierung
hat der Form aber keinen ausreichenden Halt gegeben.
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Auch bei vorsichtiger Handhabung der fertigen Form, die auf genaue
Distanz eingestellt ist, läßt sich eine nachträgliche Deformation der Kammer schwer
vermeiden. Wird weiterhin die Form anschließend in senkrechter oder nahezu senkrechter
Stellung gefüllt, so tritt eine Ausbauchung ein, die zwar beim Umlegen der Kammer
wieder verschwindet, aber Anlaß zu Deformation der Kammer ist.
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Eine nachträgliche planparallele Einstellung der Formwände hat sich
als undurchführbar erwiesen, weil die Kammern nicht flüssigkeitsdicht blieben.
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Ein Füllen der Form in horizontaler Lage ist wegen des Durchhängens
der oberen Formwand nicht möglich, da hierdurch die Planparallelität der Formwände
verlorengeht und ebenfalls nachträglich nicht wiederhergestellt werden kann, auch
wenn heim Füllen die durchhängende obere Formwand durch die Flüssigkeit wieder etwas
gehoben wird.
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Um dennoch planparallele Scheiben herstellen zu können, wurde eine
Richtmaschine entwickelt, die es gestattet, die Füllung der Form sowohl in senkrechter
wie waagerechter Form vorzunehmen, weil sie verhindert, daß die Formwände sich nach
außen oder innen durchbiegen. Aus wirtschaftlichen Gründen kann eine solche Richtmaschine
nur für den Füllvorgang eingesetzt werden. Die Polymerisation muß also außerhalb
durchgeführt werden, so daß neue Ungenauigkeiten auftreten und nur ein bedingter
Erfolg erzielt werden kann. Dieser Erfolg wird mit einer komplizierten und teueren
Maschine erzielt, die eine technische Überkonstruktion zu sein scheint und sich
praktisch schwerlich durchsetzen dürfte. Augenscheinlich werden zur Zeit lieber
die bisher vorhandenen Mängel in Kauf genommen.
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Es wurde gefunden, daß man die vorhandenen Schwierigkeiten überwinden
kann, wenn man von <!em Verfahren der Kammern mit den wandernden Wandungen mit
ihren nicht ausreichend festgelegten Kanten abgeht und zu Kammern übergeht, die
entweder allein oder unter einem gewissen Druck genau festgelegte Kanten besitzen
und die unter gewollter Ausbauchung mit einem Übermaß an monomerem Material versehen
werden. Dabei wird das Übermaß so eingestellt, daß nach erfolgter Polymerisation
die Ausbauchung verschwindet und die Kammer ihren genauen polymeren Inhalt mit den
gewünschten Abmessungen besitzt. Die erforderliche Verlagerung des Materials wird,
soweit die Federkraft der Formwand nicht ausreicht, durch einen Druck bewirkt, der
zweckmäßig mit einer Gegenform auf die Formwände so lange ausgeübt wird, bis die
Gegenform praktisch anliegt und die Polymerisation genügend weit durchgeführt ist.
Der erforderliche Druck ist im allgemeinen nur gering und kann mit einfachen Mitteln
wie Belastung mit entsprechend schweren Gegenformwänden ausgeübt werden. Dabei ist
es zweckmäßig. den Druck erst dann anzuwenden, wenn sich die monomere Füllung durch
Polymerisation genügend verdickt hat, jedoch noch nicht so weit, daß das Material
schon praktisch verfestigt ist, weil sonst ein Reißen der Oberfläche der Formgebilde
eintritt. Durch Dosierung der Füllung und Ausrichtung der durch Ausbauchung deformierten
Hauptformwände im Laufe der Polymerisation unter Federung und Gegendruck wird bei
diesem Verfahren die einzelne Formwand genau festgelegt. Die Nehenwände der Form,
vor allem bei Flachformen, können vollkommen starr ausgebildet werden oder höchstens
eine geringe und bekannte Nachgiebigkeit besitzen, so daß sie unter dem gewählten
Druck eine bestimmte Abmessung besitzen und so ebenfalls in ihrer Dickenabmessung
genau festgelegt sind. Als brauchbare Druckhöhe seien beispielsweise 0,05 bis 0,2
kg/cm2 angegeben, berechnet auf die Gesamtformfläche. Solange die Ausl>aucbung
vorhanden ist, ist die spezifische Belastung daselbst wesentlich größer, auch empfiehlt
es sich, auf die Ausbauchung selbst, besonders gegen Ende der Belastung, einen etwas
stärkeren Druck auszuüben. Sowie die Verlagerung des hlaterials aus der Ausbauchung
unter weitgehender Polymerisation erfolgt ist, ist es zweckmäßig, im Fall von Flachformen
die mehr oder minder starre Distanzierung zu entfernen und die Polymerisation durch
entsprechende Maßnahmen, wie stärkeres Erhitzen. gegebenenfalls auf Temperaturen
über IooO, oder durch starke Belichtung, zu hcenden. Für das Verfahren sind nur
solche Formen brauchbar, die so weit ausbauchfähig sind, daß sie mit annähernd der
Mehrfüllung an monomerem Material versehen werden können, die in Ansehen des Ausmaßes
der bei der Polymerisation eintretenden Kontraktion erforderlich ist. Dies ist bei
Kammern, die aus Glas oder ähnlichem Material hergestellt sind, also auch aus dünnen
Metallplatten, und die beispielsweise mit Papier verklebt und mit starren Distanzierungsstücken,
wie Glas, Pertinaxstreifen usw., an den Kanten distanziert sind, ohne weiteres der
Fall.
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Bei dieser Arbeitsweise hat überraschenderweise das Ausrichten der
Formkammer unter Polymerisationsbedingungen praktisch nie zu einem Undichtwerden
der Kammer geführt. Dies steht im Gegensatz zu den oben angegebenen, bekannten Erfahrungen
mit den bisherigen Kammern mit den wandernden Wandungen. Bei dem Ausbauchunaverfahren
können mehrere Platten übereinander angeordnet werden, auch kann am laufenden Band
bearbeitet werden, indem das Verfahren so ausgeführt wird,
daß laufend
neue Formkammern vorzugsweise am unteren Ende eines in Polymerisation befindlichen
Stoßes übereinanderliegender Kammern angefügt und die fertigen Kammern oben entfernt
werden.
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Die Kammern können auch nebeneinander angeordnet werden in ähnlicher
Weise, wie dies bei den Kammern einer Filterpresse der Fall ist. Die einzelnen Kammern
werden vorteilhaft durch Metallfolien getrennt, die auf der Oberseite der Kammern
aufgeklebt sein können und so gleichzeitig die Stabilität der Kammern besonders
im Fall der Anwendung von Glas erhöhen. Durch Verbindung der an den Außenseiten
der Kammern befindlichen Folien mit Hilfe metallischer Leiter kann derWärmedurchfluß
günstig beeinflußt werden. Die Wärmepolymerisation kann mit den verschiedensten
Hilfsmitteln durchgeführt werden. Es können Luft- oder Flüssigkeitsbäder zur Anwendung
kommen, letztere insbesondere zur Durchführung der Endpolymerisation. e i 5 p i
e 1 Zwei Glasplatten von etwa 3 mm Dicke und 75OX95o mm Breite und Länge werden
an den Kanten durch 3,7 mm dicke Glasstreifen distanziert (Innendistanzierung),
mit Papier flüssigkeitsdicht verklel)t und mit 2900 g leicht unter Verwendung von
nenzoylperoxyd aiipolymerisiertem Methakrylsäuremethylester beschickt. Statt der
Glasstreifen können auch Pertinaxstreifen, Metallstreifen. Metalldrähte usw. verwendet
werden.
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Es wird zunächst etwa 2 Stunden auf etwa 50 bis 650 erhitzt. Nach
dieser Zeit wird auf die auf einer ebenen Unterlage liegenden Formkammer eine 80
kg schwere helle Ei senl)latte aufgelegt und weiterpolymerisiert. Nach insgesamt
etwa 7 Stunden ist die Polymerisation so weit fortgeschritten, daß die belastung
entfernt werden kann ebenso wie die festen nistanzierungsstrei fen bzw. -drähte.
Es wird noch einige Stunden steigend auf loo bis 1200 ZU Ende polymerisiert und
die gebildete organische Glasplatte aus der Form entfernt.