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Verfahren zur Herstellung poröser Formkörper aus thermoplastischen
Kunststoffen
Gegenstand des Patents 94I 389 ist ein Verfahren zur Herstellung von
porösen Formkörpern, bei welchem man feinkörnige thermoplastische Kunststoffe, die
den Kunststoff nicht lösende oder nur quellende Flüssigkeiten von Siedepunkten,
die niedriger als der Erweichungspunkt des Kunststoffes liegen, in homogener Verteilung
enthalten, in verschließbaren Formen auf Temperaturen. oberhalb des Siedepunktes
der zugesetzten Flüssigkeit erwärmt. Durch dieses Verfahren gelingt es, die einzelnen
Kunststoffteilchen zu homogenen, porösen Formkörpern zu verbinden. So erhält man
z. B. aus zerkleinertem Polystyrol, das 6% Petroläther von den Siedegrenzen 35 bis
600 in homogener Verteilung enthält, poröse Formkörper mit sehr niedrigem spezifischem
Gewicht.
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In dem Patent 953 835 wird vorgeschlagen, zur Herstellung der porösen
Formkörper kleinteilige, poröse, aber unvollständig aufgeschäumte thermoplastische
Kunststoffe, die noch die Kunststoffe nicht lösende oder nur quellende Flüssigkeiten
enthalten, zu verwenden. Diese kleinteiligen porösen Kunststoffe werden ebenfalls
in verschließbaren Formen auf Temperaturen oberhalb des Siedepunktes der in ihnen
noch enthaltenen flüssigen Treibmittel erwärmt.
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Es wurde nun gefunden, daß man auch aus feinkörnigen Styrolpolymerisaten,
die in nichthomo-
gener Verteilung sie nicht lösende oder höchstens
quellende organische Flüssigkeiten als Treibmittel enthalten, deren Siedepunkte
niedriger liegen als die Erweichungspunkte der Styrolpolymerisate, technisch wertvolle
Formkörper erhalten kann, wenn man diese feinkörnigen Styrolpolymerisate in verschließbaren
Formen auf Temperaturen oberhalb des Siedepunktes der flüssigen Treibmittel un<I
des Erweichungspunktes der Styrolpolymerisate erwärmt.
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Die bei diesem Verfahren verwendeten feinkörnigen Styrolpolymerisate
enthalten die flüssigen Treibmittel in der Regel in den äußeren Schichten in höheren
Konzentrationen als in den inneren Zonen. Im allgemeinen. soll in den feinkörnigen
Styrolpolymerisaten etwa 3 bis 15 0/o flüssiges Treibmittel, bezogen auf Styrolpolymerisate,
vorhanden sein. Je n.ach der Art des Einbringens kann die Verteilung des Treibmittels
in den Styrolpolymensaten mehr oder weniger inhomogen sein. Besonders geeignet für
dieses Verfahren sind feinkörnige Styrolpolymerisate, bei denen kein sehr großer
Unterschied in der Konzentration des Treibmittels innerhalb der verschiedenen Zonen
des Einzelkornes vorhanden ist. Es lassen sich jedoch auch feinkörnige Styrolpolymerisate
verwenden, deren innere Zonen treibmittelfrei sind. Beim Aufschäumen derartiger
Materialien in den Formen entstehen Formkörp er, bei welchen Ein z elkörner mit
kompaktem Kern durch poröse Zwischenschichten versintert sind. Die Poren der Zwischenschichten
sind hierbei geschlossen.
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Als flüssige Treibmittel für das Verfahren sind vorzugsweise aLiphatische
oder cycloaliphatische leichtflüchtige Kolenwas serstoffe, zweckmäßig mit einem
Siedepunkt zwischen 30 und 800, geeignet. Derartige Treibmittel sind z. B. Petroläther,
Hexan, Cyclohexan u. dgl. Die Treibmittel können z. B. in die feinkörnigen Styrolpolymerisate
durch Lagern von zerkleinerten Polymerisaten, gegebenenfalls bei mäßig erhöhter
Temperatur und unter erhöhtem Druck, eingebracht werden. Um dasEinbringen der Treibmittel
in diePolymeri sate zu beschleunigen, kann man den nicht lösenden oder höchstens
quellenden Treibmitteln noch geringe Mengen von Lösungsmitteln für die Polymerisate
zusetzen. Man muß dabei aber dafür Sorge tragen, daß die Menge des zugesetzten Lösungsmittels
und die Behandlungstemperatur derartig gewählt wird, daß die feinkörnigen Polymerisate
nicht verkleben oder zu einer mehr oder weniger gleichförmigen Masse aufquellen.
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Von besonderem Interesse ist die Herstellung von porösen Formkörpern
aus Polystyrol nach dem vorliegenden Verfahren; aber auch Mischpolymerisate des
Styrols, z. B. mit a-Methylstyrol, Acrylnitril u. dgl., sind brauchbar.
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Die Korngröße der in die Formen einzubringenden Styrolpolymerisate
soll zweckmäßig etwa 0,5 bis 5 mm betragen. Die Menge des treibmittelhaltigen Polymerisates,
das in eine Form von gegebener Größe eingebracht wird, hängt von dem Treibmittelgehalt,
der Korngröße des Polymerisates und der gewünschten Dichte des Formkörpers ab. Sie
ist so zu bemessen, daß bei dem nachherigen Aufschäumen das Volumen der Form vollständig
ausgefüllt wird, und daß hierbei ein geringer Überdruck in der Form entsteht. Im
allgemeinen sollen die feinkörnigen Styrolpolymerisate vor dem Aufschäumen die Form
zu etwa 10 bis 90% ausfüllen.
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Das Aufschäumen in der Form kann durch Erwärmen, gegebenenfalls unter
erhöhtem Druck, z. B. mit heißem Wasser, Dampf oder Heißluft, erfolgen. Zweckmäßig
werden perforierte Formen verwendet, durch deren Perforierungen das Heizmedium eindringt.
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Auch bei diesem Verfahren ist es nach einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform möglich. die feinkörnigen Styrolpolymerisate vor dem Einbringen
in die Formen teilweise aufzuschäumen.
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Durch diese Maßnahme gelingt es, die Erwärmungsdauer in den Formen
wesentlich abzukürzen.
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Das Vorschäumen wird z. B. in heißem Wasser oder in Heißdampf durchgeführt.
Bei petrolätherhaltigem Polystyrol kann man dabei je nach dem Siedepunkt des Petroläthers
und dem Erweichungspunkt des Styrols etwa 3 bis 10 Minuten auf Temperaturen zwischen
75 und I00° erwärmen.. Die Formen sollen bei Verwendung von vorgeschäumtem Material
möglichst vollständig mit diesem Material ausgefüllt sein. Die Erwärmungstemperatur
in den Formen soll vorteilhafterweise 10 bis 400 höher liegen als die Vorschäumungstemperatur.
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Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens hat sich insbesondere das
Einblasen von Dampf oder Eindrücken von heißem Was.ser in die perforierte Form bewährt.
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Die nach diesem Verfahren hergestellten Formkörper können für die
verschiedensten technischen Gebiete verwendet werden, insbesondere in der Isoliertechnik
als Umhüllung von Kälte leitungen, als Isoliermaterial im Kühlschrankbau, für Kühlhäuser,
Kühlschiffe, als. Austausch für Kork allgemain, für schwimmfähige Körper, z. B.
als Netzschwimmer, zur Herstellung von Wandplatten, Rettungsringen, Schwimmwesten,
Fußbodenbelag oder -unterlagen, Bojen u. dgl. Außerdem kommt die Herstellung von
Formkörpern aller Art in beliebiger Gestalt, wie sie ganz allgemein aus Kunststoffen,
Holz und Metall üblich sind, in Frage.
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Man kann die porösen Formkörper auch miteinander verkleben, mit einer
harten Oberfläche beliebiger Art versehen, lackieren und sie schneiden bohren oder
spanabhebend behandeln.
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Die in den nachstehenden Beispielen angegebenen Teile sind Gewichtsteile.
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Beispiel I 500 Teile Polystyrol in Form kleiner, zylindrischer Teilchen
von 3 mm Durchmesser und 4 mm Höhe werden mit einer Mischung aus 40 Telilen Hexan
und 60 Teilen Methanol übergossen und unter zeitweisem Durchrühren 24 Stunden bei
250 gelagert. 70 Teile des so behandelten Polystyrols werden in eine teilweise perforierte
viereckige MetaLlform, die einen Hohlraum von 250 ccm hat,
eingebracht
und 20 Minuten in Wasser von 950 gelagert. Nach dem Abkühlen erhält man einen Formkörper
vom spezifischen Gewicht von etwa 0,3, der sehr druckfest ist und als schwimmfähiger
Körper mannigfaltige Verwendung finden kann, z. B. als Netzschwimmer im Austausch
gegen Korkschwimmer. Der Formkörper enthält in verhältnismäß ig gleichmäßiger Verteilung
unporöse und poröse Stellen aus Polystyrol.
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Beispiel 2 200 Teile Polystyrol in Form unregelmäßiger Teilchen von
etwa 3 bis 5 mm Höhe bzw. Breite werden in einem gasdichten Rollfaß mit 10 Teilen
Pentan und 5 Teilen Methanol übergossen. Nach 48stündigem Einwirken der Flüssigkeiten
in bewegtem, gasdicht verschlossenem Rollfaß wird das Polystyrol entnommen und 3
Minuten bei 950 in Wasser gelagert. Es entsteht ein überwiegend poröses Material
in Form kleiner Teilchen, das bei weiterer Erwärmung noch blähfähig ist.
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In eine geschlossene Metallform von 100 ccm Inhalt, die an einigen
Stellen Perforierungen aufweist, wird nun das Material eingebracht, so daß der Hohlraum
ganz ausgefüllt ist. Die Form wird gesch.lossen und 8 Minuten in einem Wasserdampfkessel
bei 115° gelagert. Nach dem Abkühlen und Entformen erhält man einen Formkörper vom
spezifischen Gewicht 0,07, der sehr druckfest ist und allgemein als Austauschmaterial
für Kork in Frage kommt, z. B. auf dem Gebiete der Rettungsgeräte zur Herstellung
von Schwimmwesten, Schwimmgürteln, Rettungsringen u. dgl. Wenn das Matenal zu Platten
verformt wird, können diese zur Herstellung von Wandplatten, als Estrich, als schalldämpfende
Zwischenschicht im Häuserbau, zur Anfertigung von Figuren, Säureschwimmern u. dgl.
verwendet werden.
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Beispiel 3 250 Teile eines Mischpolymerisates aus 85% Monostyrol
und I50/o Vinylcarbazol, das in Form kleiner Teilchen von etwa 5 bis 8 mm Höhe bzw.
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Breite vorliegt, werden in einer Schale mit einem Gemisch aus go Teilen
Petroläther von den Siedegrenzen 45 bis 500 und 10 Teilen Benzol übergossen und
in diesem Zustand etwa go Minuten belassen. Der Überschuß an Flüssigkeit wird dwrch
Abfiltrieren entfernt und das Material 30 Minuten an der Luft gelagert, um die an
der Oberfläche noch befindlichell Flüssigkeitsreste zu entfernen.
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In eine verschließbare teilweise perforierte Metalliorm, die einen
Hohlraum in Form einer Tierfigur aufweist, wird so viel von dem Material eingebracht,
daß etwa die Hälfte des Hohl raumes gefüllt ist. Nach dem Schließen der Form wird
diese für 20 Minuten in Wasser von 950 gelagert.
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Es entsteht dabei nach dem Abkühlen und Entformen ein den Konturen
der Form genau angepaßter Formkörper, der teilweise poröse Struktur hat und ein
spezifisches Gewicht von 0,5 aufweist.
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Er kann eventuell nach dem Lackieren als selir schlagfestes Spielzeug
verwendet werde.