EP3999302A2 - Verfahren zur herstellung von formteilen aus partikelschäumen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von formteilen aus partikelschäumen

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EP3999302A2
EP3999302A2 EP20757953.3A EP20757953A EP3999302A2 EP 3999302 A2 EP3999302 A2 EP 3999302A2 EP 20757953 A EP20757953 A EP 20757953A EP 3999302 A2 EP3999302 A2 EP 3999302A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
particle foam
foam particles
particle
polyolefin
modified
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20757953.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerd Niemeyer
Hans Wörthwein
Wolfgang TEUBERT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niemeyer Teubert Woerthwein GbR
Original Assignee
Niemeyer Teubert Woerthwein GbR
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Niemeyer Teubert Woerthwein GbR filed Critical Niemeyer Teubert Woerthwein GbR
Publication of EP3999302A2 publication Critical patent/EP3999302A2/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
    • B29C44/34—Auxiliary operations
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    • B29C44/44—Feeding the material to be shaped into a closed space, i.e. to make articles of definite length in solid form
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08J2451/08—Characterised by the use of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Derivatives of such polymers grafted on to macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
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    • C08L51/08—Compositions of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers grafted on to macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving unsaturated carbon-to-carbon bonds

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing molded parts from particle foams and to particle foam molded parts themselves.
  • molded parts made from particle foams and their manufacturing processes are known per se.
  • molded parts made of EPP expanded polypropylene
  • the tools have to be more stable than comparable tools, for example for the production of molded parts from expanded polystyrene (EPS).
  • EPS expanded polystyrene
  • the production itself can be described as a kind of sintering process in which the individual EPP particles, after filling a mold, are heated and softened by means of water vapor, as a result of which the air trapped in the particles develops a foam pressure, which ultimately turns the particles into a molded part be sintered.
  • the present inventors had already developed a method for the production of EPP molded parts which is described in EP 2 937 379 B1. This process manages with moderate process conditions, i.e. essentially without pressure and at temperatures below the melting range of EPP.
  • the EPP particles are wetted with an aqueous emulsion of at least one polyolefin modified with chlorine and maleic anhydride and thus functionalized so that they are shaped and bonded to one another (but not sintered or welded) by moderate heating.
  • particle foams can continue to be used increasingly for special areas of application. Examples of this are the areas of sport, logistics (storage and transport of mechanical sensitive components), furniture and design (prototype construction) or model construction (custom-made products). Therefore, in addition to an increased need for small series of particle foam molded parts or individual pieces, there is also a need for composite materials made of particle foams and other materials that can be produced easily and quickly in large series, but which do not have the aforementioned disadvantages of the chlorine-containing activator. These processes and products are also of great interest to the automotive sector (keyword e-mobility), particularly with regard to insulation and weight savings.
  • the present invention is based on the object of specifying an improved method with which, on the one hand, small series and individual pieces of particle foam molded parts and, on the other hand, large series of composite materials from particle foams and other materials can be produced simply and inexpensively .
  • Another goal is simple and inexpensive particle foam moldings and particle foam composite moldings themselves.
  • the aqueous emulsion of the at least one polyolefin is an aqueous emulsion which comprises at least one polyolefin converted into the liquid state with an anhydride of an unsaturated carboxylic acid and modified with methacrylic acid ester copolymers.
  • the above-mentioned object is achieved by a particle foam molded part which can be obtained by the method according to the invention.
  • the present invention generally has the advantage over the prior art that the particle foam particles are added under moderate process conditions Molded parts can be processed which are free of chlorine and its products such as chloroform.
  • the first aspect of the present invention relates to a method for producing molded parts from particle foams.
  • particle foam refers to thermoplastics which have already been processed by the manufacturer to form individual particles by foaming. These particle foams are in the form of foam beads or foam beads. In their raw state they form free-flowing materials.
  • the particle foams have densities in the range from 15 kg / m 3 to 300 kg / m 3 , some special foams also have densities over 300 kg / m 3 , and are characterized by very good specific mechanical properties, high thermal insulation properties and enormous potential for lightweight construction.
  • the particle foam particles used in the present invention are essentially finished intermediate products, for example commercially available materials.
  • Examples of commercially available materials are for EPP (expanded polypropylene) Neopolen® P from BASF SE and Eperan® ⁇ PP from Kaneka, for EPS (expanded polystyrene) Styropor®, Neopor® and Peripor® from BASF SE, for EPE (expanded polystyrene) Polyethylene) Eperan®-EP from Kaneka or for EPET (expanded polyethylene terephthalate) ArmaShape® from armacell.
  • EPC expanded polycarbonate
  • ETPU expanded thermoplastic polyurethane
  • EPMI expanded polymethacrylimide
  • EPBT expanded polybutylene terephthalate
  • particle foam can also be used to denote renewable raw materials which are foamed into individual particles by thermal treatment.
  • a process analogous to the production of popcorn (“popcorn”) is used for this purpose.
  • Water is bound in the starchy tissue of the renewable raw materials used. When these raw materials are heated up quickly, the water changes its physical state very quickly from liquid to gaseous, so that the starch liquefied by the heat and pressure is transformed into the The foamy structure of the tissue expands rapidly and then immediately cools and solidifies.
  • the wetting in step b) is preferably carried out by spraying, in particular metered spraying, of the particle foam particles in a closed or in a partially open container.
  • aqueous emulsion used according to the invention of at least one polyolefin converted into the liquid state with an anhydride of an unsaturated carboxylic acid and modified with methacrylic acid ester copolymers is referred to below as “aqueous AMP emulsion” for the sake of easier readability.
  • the polyolefin which is present as a solid at room temperature under normal conditions, is converted according to the invention into the liquid state of the aqueous AMP emulsion by the anhydride of an unsaturated carboxylic acid, so that it can easily be applied to the particle foam particles.
  • aqueous AMP emulsion developed by the present inventors within the scope of the present invention is currently being prepared for commercial sale as a finished activator, for which a safety data sheet has already been created.
  • a finished activator for which a safety data sheet has already been created.
  • the offer and commercial sale of the finished activator will only be started after the publication of the present application.
  • the anhydride of an unsaturated carboxylic acid is particularly preferably maleic anhydride.
  • polyolefin according to the Geneva nomenclature, more correctly describes a “polyalkene”.
  • the modified polyolefin in the aqueous AMP emulsion can preferably be selected to match or at least materially related to the particle foam material.
  • the modified polyolefin in EPP as a particle foam material is especially polypropylene (PP).
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • PE polyethylene
  • the particle foam particles for wetting in step b) can be mixed in a closed container in which the particle foam particles are moved in the aqueous AMP emulsion.
  • the particle foam particles and the aqueous AMP emulsion are pumped together between separate containers.
  • the particle foam particles can be filled into a container with a sieve bottom and flooded with the aqueous AMP emulsion without pressure.
  • the aim of wetting in step b) is, on the one hand, to completely wet the particle foam particles and, on the other hand, to collect and reuse the aqueous AMP emulsion that is not required.
  • the particle foam particles are made up of a very thin solid layer from the aqueous AMP emulsion coated. Despite this solid layer, the particle foam particles remain optically unchanged, but their surface can be functionalized.
  • the drying has a particularly positive effect on the physical properties of the functionalizable particle foam particles.
  • the drying process can mean that the functionalizable particle foam particles can be packed (e.g. bagged) and made up in a timely manner in order to send them as an intermediate product.
  • “functionalizable” is understood to mean that the thin solid layer of the aqueous AMP emulsion on the particle foam particles behaves inertly under ambient conditions (normal pressure of approx. 1 bar, standard temperature of approx. 25 ° C), ie the physical properties (eg the flowability) of the particle foam particles are not significantly changed.
  • the thin solid layer of the aqueous AMP emulsion is functionalized in the manner described below only at an elevated temperature, as is specified in more detail below.
  • the functionalizable particle foam particles pretreated in this way can be stored for an almost unlimited time before being shaped in step d).
  • the functionalizable particle foam particles can be introduced into a simple, suitable shape and, if necessary, compacted. Despite the fact that the particle foam particles can be functionalized according to the invention, their flowability is retained, so that a mold can be filled without any problems.
  • step e) the functionalizable particle foam particles are heated at a temperature below this melting range that of the actual material depends, whereby the shaped, functionalizable particle foam particles are functionalized.
  • the hitherto non-polar surfaces of the particle foam particles are polarized in that heteroatoms are deposited on them from the functionalizing layer (solid layer from the aqueous AMP emulsion).
  • the adhesion of the particle foam particles to one another is no longer brought about by a substitution of hydrogen by chlorine, as is explicitly described in patent EP 2 937 379 B1 granted to the present inventor. Rather, the required adhesion of the particle foam particles to one another is achieved by an adhesion caused by the aqueous AMP emulsion.
  • the aqueous AMP emulsion according to the invention as such envelops the particle foam particles and, after drying, forms an extremely thin, mechanically adhering film.
  • the anhydride of this unsaturated carboxylic acid which hydrolyzes in water to form the carboxylic acid easily enters into addition reactions because of its unsaturated compounds. As a result, this leads to electrochemical interactions and bonds between the surfaces of the particle foam particles and thus to a stable and permanent connection of the individual particle foam particles to a ready-to-use particle foam molding.
  • the heating in step e) can take place in different ways. It can be done quite conventionally in an oven or a corresponding heating device. However, heating between two heating plates is also provided without the need for a completely closed tool. This variant can be used when, for example, continuous production of profiles, semi-finished products or the production of very long molded parts is required. With the methods known today, this can only be done to a very limited extent, if at all.
  • energy sources based on radiation laser, infrared
  • step f) can take place quite simply after the particle foam molded part has been removed from the mold at ambient temperature. However, the mold as such can also be cooled before the particle foam molded part is removed.
  • the inventive method has the advantage over the prior art that the particle foam particles under moderate process conditions, ie at a low pressure of 1 bar to 5 bar, preferably at 2 bar to 3 bar, and at temperatures below the melting range of Particle foam particles are connected to one another (but not sintered or welded).
  • a major advantage is that the activating aqueous AMP emulsion does not contain any chlorine or chlorine compounds. This is an important step forward in terms of environmental aspects and health risks. In addition, chlorine is problematic if particle foam moldings that are no longer used are recycled later.
  • chlorine-containing activators such as the aqueous emulsion previously used by the present inventors, of at least one polyolefin modified with chlorine and maleic anhydride ("aqueous CMP emulsion”) always contains an amount, albeit a small amount, of chloroform (in the range of ⁇ 0 , 5%). However, even such a small amount must be mentioned in a safety data sheet, which significantly reduces the acceptance of such an activator.
  • the present inventors are not aware of any manufacturer or supplier of chlorinated polyolefins who do not also contain a certain amount of chloroform in these chlorinated polyolefins.
  • the particle foam moldings produced with the aqueous AMP emulsion according to the invention are qualitatively equivalent to those parts which the present inventors have described in EP 2 937 379 B1.
  • aqueous AMP emulsion according to the invention leads to a significant expansion of the application possibilities of the method according to the invention compared to the methods known from the prior art, which is explained further below.
  • the aqueous emulsion is a chlorine-free aqueous emulsion of at least one polyolefin which has been converted into the liquid state with maleic anhydride and modified with an acrylate resin.
  • a polypropylene modified with the chlorine-free emulsion of an acrylate resin and maleic anhydride is used as the aqueous AMP emulsion.
  • the epoxy-terminated silane leads to improved adhesion of the functionalizing layer to the particle foam particles, a high-boiling ester alcohol also being able to serve as a coalescing agent.
  • the at least one epoxy-terminated silane is preferably added to the aqueous emulsion of the at least one polyolefin (aqueous AMP emulsion) which has been converted into the liquid state with an anhydride of an unsaturated carboxylic acid and modified with methacrylic acid ester copolymers immediately before step b).
  • the epoxy-terminated silane can be added to the aqueous AMP emulsion by simply stirring.
  • At least one epoxy resin can be added to the aqueous emulsion of the at least one polyolefin (aqueous AMP emulsion) which has been converted into the liquid state with an anhydride of an unsaturated carboxylic acid and modified with methacrylic acid ester copolymers.
  • the epoxy resin is in particular a difunctional bisphenol A / epichlorohydrin derivative, which is preferably undiluted and / or liquid and / or colorless and / or clear.
  • the epoxy resin stabilizes the emulsion. Since it is not - as is common with paints, casting resins and the like - with amines or Isocyanates is crosslinked, the epoxy resin acts on the other hand as an elasticizing component in the functionalizing layer.
  • a preferred embodiment of the present invention provides that the particle foam particles provided in step a) comprise two or more different particle foam materials.
  • Particle foam materials here refer in particular to different plastics such as EPP, EPE, EPC, EPS, EPET, ETPU, EPMI or EPBT and the like.
  • the particle foam particles provided in step a) can be a mixture of at least two different types of the respective particle foam material, which makes it possible, for example, to produce porous or partially porous density distributions and gradients.
  • the method further includes, before step d), the step dO) providing a foreign material that comprises forming a composite molding with the particle foam particles, wherein in step d) the functionalizable particle foam particles are shaped in direct contact with the foreign material.
  • foreign material is initially understood to mean materials that have no chemical and / or physical relationship to particle foam materials, such as textiles, metals, high-density plastics, natural materials (wood, etc.).
  • Functional components represent another type of foreign material, for example electrical connection cables or sensors for recording mechanical or physical states (e.g. pressure, temperature, humidity, etc.)
  • the particle foam molded parts to be produced can be provided with a lamination, mechanical reinforcement, physical sealing or optical finishing.
  • the molded particle foam parts to be produced can also be provided with a functional component.
  • some combinations of particle foam materials and foreign materials are shown as examples.
  • step dO) can in particular take place in that a mold for the particle foam molded part to be produced is at least partially equipped or lined with a foreign material before the mold is filled with the particle foam particles.
  • a Reinforcing material can be provided before particle foam particles are filled around this reinforcing material.
  • step dO can also take place alternately, for example by first inserting a foreign material (e.g. a film), then a first pouring of the functionalizable particle foam particles takes place, on which a further foreign material (e.g. in the form of a reinforcing rib) is placed before a final pouring with functionalizable particle foam particles takes place.
  • a foreign material e.g. a film
  • a further foreign material e.g. in the form of a reinforcing rib
  • Another foreign material can also be placed on the final fill before the shaping takes place in step d).
  • in direct contact means that the particle foam particles are filled onto, into or around the foreign material without further pretreatment of the foreign material, so that the particle foam particles come into direct contact with the surface of the foreign material.
  • the method according to the invention according to this development can be used to produce permanent connections from a wide variety of particle foam materials to a wide variety of foreign materials in order to provide the particle foam moldings obtained in combination with one or more foreign materials. This is particularly possible without subjecting the foreign materials to a special pretreatment, for example with adhesion promoters or the like.
  • laminate is understood to mean the joining of several layers of the same or different materials, in particular in order to protect and / or decorate the particle foam molded parts obtained and / or to achieve an addition of favorable material properties.
  • reinforcement is familiar to the person skilled in the art. Reinforcements serve in particular to improve the mechanical properties of a molded part.
  • Laminations or similar foreign materials are usually implemented in a second work step that is separate from the manufacturing process of the molded part, by first applying a lamination agent (e.g. paint, glue, wax) to the finished molded part before the actual lamination is applied.
  • a lamination agent e.g. paint, glue, wax
  • a particle foam molding can now be produced with foreign material in a single operation.
  • an already finished particle foam molded part is also connected to a further particle foam molded part or provided with a foreign material.
  • step b the aqueous emulsion of the at least one which has been converted into the liquid state with an anhydride of an unsaturated carboxylic acid and modified with methacrylic acid ester copolymers
  • Polyolefins are applied to the relevant surfaces of the parts to be joined together, dried according to step c) and then joined analogously to step d) before the composite to be created is heated for joining according to the method according to the invention.
  • these finished particle foam molded parts do not necessarily have to be produced by the method according to the invention; they can also be commercially available molded parts which, according to the prior art, can only be produced with difficulty or only with great effort.
  • This embodiment also enables the production of more complex particle foam molded parts, which according to the invention can be composed of geometrically simple particle foam elements.
  • the shaping in step d) takes place at least temporarily under mechanical pressure, which has proven to be advantageous for the stability of the particle foam molded part to be produced.
  • the pressure to be applied at least temporarily can be between 1 bar and 5 bar, in particular between 2 bar and 3 bar, depending on the intended use of the particle foam molded part.
  • the resulting porous structure offers additional areas of application.
  • the mechanical pressure in step d) is only applied temporarily. This means that pressure is only applied to shape or compress the bed of particle foam particles, for example with a stamp, which is then relaxed again. According to the invention, a degree of compression between 1, 5 and 2 is preferred.
  • the heating in step e) takes place without pressure.
  • “without pressure” means that no (additional) pressure is applied from the outside during the heating, as is customary according to the prior art. Since, according to the present invention, it is preferable not to use any pressure-stable molds, there is also essentially no high pressure to build up during heating.
  • “pressureless” also means that the in step d) for shaping the functionalizable particle foam particles can still be maintained at least at the beginning of the heating in step e).
  • the pressure applied can be completely relaxed and the method according to the invention can also be carried out.
  • a particle foam molded part with a very loose and open structure is obtained from a relatively loose bed of the particle foam particles.
  • Such special particle foam moldings are desirable for use as ventilation or drainage.
  • these special particle foam molded parts can be used in sandwich structures, where the main concern is to keep the supporting surfaces apart.
  • step e heat in step e) at a temperature of 80.degree. C. to 220.degree. C., in particular at 110.degree 160 ° C. This means that the heating can take place “dry”, i.e. without a potentially disruptive liquid phase.
  • functional components in particular sensors
  • a special embodiment of the present invention provides for the method that in a modified step d) the shaping takes place in individual layers and / or structures of functionalizable particle foam particles.
  • desired geometries can first be specified with the functionalizable particle foam particles.
  • the heating takes place with a locally focusable energy source, so that the functionalizable particle foam particles are connected to one another in the individual layers or structures.
  • This energy source can be, for example, a laser or an infrared source.
  • the focusable energy source can heat individual areas of the functionalizable particle foam particles in lines, grids or punctually and only connect there with the method according to the invention.
  • the cooling takes place by deactivating the locally focusable energy source, so that initially a partial particle foam molding is obtained. This partial particle foam molding essentially reproduces the geometry specified in modified step d).
  • step g at least one further layer and / or one further structure of functionalizable particle foam particles is provided in contact with the partial particle foam molding. In this way, the geometries generated above can be further built up.
  • step g) are repeated until the finished particle foam molding is reached.
  • This particular embodiment provides a type of 3D printing with the means of the present invention. According to the invention, it is also possible to produce more complex geometries with cavities, undercuts or the like from particle foam particles. It is also possible to insert foreign materials and combine them with those made of particle foam particles or a partial particle foam molding.
  • the aim of the present invention is achieved in a second aspect by a particle foam molded part that can be obtained by the method according to the invention.
  • Such a particle foam molded part has the advantage that it can be produced more simply and cost-effectively than comparable molded parts from the prior art. In addition, it does not contain any residues of chlorine or chlorine compounds such as chloroform, since the aqueous AMP emulsion according to the invention, which is chlorine-free, is used for production.
  • Composites can also be produced in a single process step (“in mold”).
  • the particle foam moldings according to the invention can also have a porous or partially porous density distribution in order to obtain tailor-made properties.
  • the molded part densities to be achieved can be varied to a greater extent by the method according to the invention. In this way it is not only possible to produce molded parts of different densities, but also partially porous structures, since even small contact areas between the individual particle foam particles lead to a connection and enable the formation of a molded part.
  • a further, third aspect of the present invention forms the use of a chlorine-free aqueous emulsion of at least one polyolefin which contains at least one an anhydride of an unsaturated carboxylic acid converted into the liquid state and modified with methacrylic acid ester copolymers, for the production of particle foam moldings, the particle foam being selected from thermoplastics.
  • the inventive use of this aspect now enables the production of molded particle foam parts without any residual chlorine content.
  • the AMP emulsion used has the advantage over the emulsion used in the present inventors' earlier invention of not only functioning essentially with expanded polypropylene as the polyolefin, but of being applicable to a wide range of polyolefins such as those listed above .
  • the fourth aspect of the present invention extends the use of a chlorine-free aqueous emulsion of at least one polyolefin, which comprises at least one polyolefin converted into the liquid state with an anhydride of an unsaturated carboxylic acid and modified with methacrylic acid ester copolymers, to the production of particle foam molded parts, the Particle foam is selected from natural renewable raw materials.
  • Naturalally renewable raw materials are used here to describe all natural substances that can be converted into particle foams or foam particles. These include, among other things, starchy natural substances that foam up by themselves when exposed to temperature. Natural substances that can be foamed by external blowing agents are also included.
  • the AMP emulsion according to the invention can also be used to combine particle foams made from renewable raw materials to form molded parts.
  • a simple example is a type of “popcorn” in which particle foams based on corn starch are processed into molded parts.
  • the particle foams based on renewable raw materials are not used in a mixing station like particle foams based on plastic Treated with the AMP emulsion, because depending on the specific material, there is the possibility that these particle foams absorb too much water and thereby swell. It is therefore preferred to apply the AMP emulsion undiluted and by means of a spraying process to the particle foams made from renewable raw materials. After subsequent air drying, the particle foams made from renewable raw materials are just as free-flowing as their plastic-based equivalents and can be processed into molded parts using the same process as these.
  • a further, fifth aspect of the present invention consists in the use of a chlorine-free aqueous emulsion of at least one polyolefin, which comprises at least one polyolefin converted into the liquid state with an anhydride of an unsaturated carboxylic acid and modified with methacrylic acid ester copolymers, for the permanent connection of metallic surfaces.
  • the AMP emulsion according to the invention is not only suitable for the production of molded parts from particle foams on an artificial or natural basis, but also for the permanent connection of metallic surfaces, i.e. for connecting metal objects to one another.
  • the metals that can be used are not restricted as long as the objects produced from them have a smooth or flat surface for connection to a similarly opposite smooth or flat surface.
  • pairings made of the same metals can also be connected, the pairings made of different metals, without being subject to particular restrictions.
  • contact surfaces are preferably provided with a thin layer of the AMP emulsion according to the invention by dabbing or wiping. After complete drying, the treated parts are then joined together with the maximum possible contact area, tempered at an elevated temperature and held together in a stable manner until they cool. In practice, a time of one to 5 minutes, in particular one to two minutes, and at a temperature of 100 ° C. to 140 ° C. has proven to be particularly suitable.
  • the chlorine-free aqueous emulsion is in particular an aqueous emulsion of at least one polyolefin which has been converted into the liquid state with maleic anhydride and modified with an acrylate resin.
  • FIG. 1 shows a photographic illustration of a particle foam molded part made of EPP using the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a photographic illustration of a particle foam molded part made of EPP with an applied textile material, produced using the method according to the invention
  • FIG. 3 shows a photographic illustration of a particle foam molded part made of EPP with an applied aluminum foil, produced using the method according to the invention
  • FIG. 4 shows a photographic illustration of a particle foam molded part made of EPP with an aluminum sheet applied using the method according to the invention
  • FIG. 5 shows a photographic illustration of a particle foam molded part made of EPP using the method according to the invention with an applied GRP plate
  • FIG. 6 shows a photographic illustration of a particle foam molded part made of EPP using the method according to the invention with an applied steel sheet
  • FIG. 7 shows a photographic illustration of a particle foam molded part made of EPP with an applied wood decor using the method according to the invention
  • FIG. 8 shows a photographic illustration of a particle foam molded part made of EPC with an applied wood decor using the method according to the invention
  • FIG. 9 shows a photographic illustration of a particle foam molded part made of EPC with an organic sheet applied using the method according to the invention
  • FIG. 10 shows a photographic illustration of a particle foam molded part made of EPS with an applied GRP plate, produced using the method according to the invention
  • 11 shows a photographic illustration of a particle foam molded part made of EPS with a steel sheet applied using the method according to the invention
  • FIG. 12 shows a photographic illustration of a particle foam molded part made of ETPU with an applied textile material, produced using the method according to the invention
  • FIG. 13 shows a photographic illustration of a particle foam molded part made from EPP and ETPU using the method according to the invention
  • 16 is a photographic illustration of a semi-automatic mixing device
  • 17 is a photographic illustration of a semi-automatic mixing device
  • 21 is a photographic illustration of a closed mold
  • FIG. 24 shows a photographic illustration of a particle foam molded part made from foamed corn granulate using the method according to the invention, in a top view;
  • FIG. 25 shows a photographic illustration of the particle foam molding shown in FIG. 24 made of foamed corn granulate in a sectional view
  • 26 shows a photographic illustration of a particle foam molded part made from foamed corn granules with an embedded power cable in a sectional view, produced using the method according to the invention
  • FIG. 27 is a photographic illustration of aluminum blocks connected with the aqueous AMP emulsion according to the invention.
  • 29 is a photographic illustration of brass rings connected to the aqueous AMP emulsion according to the invention.
  • FIG. 30 is a photographic illustration of steel bolts connected with the aqueous AMP emulsion according to the invention.
  • FIG. 31 shows a photographic illustration of metal parts made of steel and aluminum and bonded with the aqueous AMP emulsion according to the invention
  • FIGS. 1 to 13 show the large bandwidth of possible combinations of particle foam particles with foreign materials for the formation of particle foam molded parts. These photographic images are self-explanatory in themselves, but cannot exhaustively portray the possible combinations. Successful trials have been carried out with EPE. All of the particle foam materials shown in FIGS. 1 to 13 can be combined with all of the foreign materials shown there.
  • the particle foam molded parts shown in FIGS. 1 to 13 were each produced in a single operation, using what is known as an in-mold process.
  • the foreign materials can preferably be selected from foils, textiles, plates, solid bodies and combinations thereof.
  • the foils can be both polymer foils and metal foils.
  • the textiles can be natural fibers, polymeric fibers, metallic fibers and combinations thereof and be present as woven fabrics, scrims, rovings, knitted fabrics, braids, knitted fabrics and combinations thereof. Plates are understood to mean bodies whose area is a multiple of their thickness.
  • the panels can also be made from natural materials, polymeric materials, metallic materials, and combinations thereof.
  • Solid bodies mean bodies whose three dimensions are essentially of the same order of magnitude. These bodies can also include natural materials, polymeric materials, metallic materials, and combinations thereof.
  • EPP expanded polypropylene
  • EPC expanded polycarbonate
  • EPS expanded polystyrene
  • ETPU expanded thermoplastic polyurethane
  • EPE expanded polyethylene
  • GTK glass fiber reinforced plastic.
  • organic sheet describes a fiber composite material in which fibers such as glass, aramid (aromatic polyamides) or carbon are placed in a thermoplastic matrix.
  • a finely divided aqueous emulsion of a polyolefin modified with maleic anhydride is mixed with 1% to 2% (based on the polyolefin solids) of an epoxy-terminated silane.
  • This silane can be added to the aqueous AMP emulsion simply by stirring.
  • the desired reactions should not take place in the storage container, but only when the particle foam particles are functionalized.
  • aqueous AMP emulsion to a pH of 8.3 to 8.4 by adding diethylethanolamine.
  • diethylethanolamine At the Application of the following film formation increases the pH to 8.8 to 9.2 and the following reactions occur:
  • Step 1 preparing the particles
  • Particle foam based on PP e.g. under the brand name ARPRO from JSP, Neopolen P from BASF or Eperan P from Kaneka
  • Particle foam based on PS is known, among other things, under the name Styropor from BASF.
  • Other processable particle foams are e.g. Piocelan from Sekisui, Infinergy from BASF, ArmaShape from Armacell, to name just a small selection.
  • the particle foam particles are mixed with a small amount of the activator (i.e. the aqueous AMP emulsion according to the invention) in a suitable plant / device / vessel. It is important to ensure that the particle foam particles have a film that is as uniform as possible on the surface. Overdosing does not damage the production process, but can extend it if necessary, which is uneconomical. After uniform mixing, the particle foam particles that can now be functionalized are dried again in the mixing device until they are free-flowing. The activator is now firmly attached to the surface of the functionalizable particle foam particles.
  • the activator i.e. the aqueous AMP emulsion according to the invention
  • Step 2 Intermediate storage or drying of the particle foam particles
  • Step 3 preparing the mold and machine
  • the general basic structure is very similar to an injection molding tool. It is important that the intended mold can reproduce fast and absolutely dry cycles over a large temperature curve, whereby the temperature window can be between 60 ° C and 220 ° C, depending on the particle foam used.
  • the use of external temperature control devices, such as those also known from classic injection molding, has proven itself here. Variothermal controls can also be used to advantage.
  • the mold intended for use must be provided with a suitable non-stick coating, e.g. with PTFE (polytetrafluoroethylene / Teflon®), so that a bond between the particle foam and the mold surface that cannot be detached is avoided.
  • the mold is built on a correspondingly modified particle foam press. The modifications largely relate to the integration of the temperature control unit and the adaptation of the process software to the steam- and water-free process.
  • Step 4 filling the mold
  • the functionalizable particle foam particles are then filled into the molding tool by means of a conventional filling device for particle foam, pressure hoses and filling injectors.
  • the filling device enables the functionalizable particle foam particles to be compressed in the molding tool (pneumatic, mechanical or in combination), the compression rate being up to 50% of the original bulk density.
  • the compression in the molding tool significantly influences the subsequent density of the molded part.
  • the materials to be connected i.e. foreign materials
  • the positions of the fill injectors remain free or are arranged in such a way that the inflow of the functionalizable particle foam particles is not hindered.
  • Step 5 process flow
  • the mold filled with the functionalizable particle foam particles is now brought to the required process temperature by means of the temperature control device already described.
  • the duration of the heating depends largely on the particle foam used and the maximum wall thickness of the molded part.
  • the mold is cooled to a demolding temperature of approx. 40 ° C to 80 ° C.
  • the mold After reaching the demolding temperature, the mold is opened and the formed part usually remains in the so-called hood part of the mold.
  • the molded part is then removed either manually or with the aid of suction cups and removal devices such as handling robots. Mechanical demolding using a special ejector function of the filling injectors is also possible.
  • the formed part can be processed further immediately. Further process steps are not required.
  • a general production sequence is shown in FIGS. 15 to 23.
  • FIG. 15 shows a schematic representation of a suitable, fully automatic mixing device.
  • FIG. 16 shows a photographic image of a semi-automatic mixing device in which particle foam particles and activator have already been mixed but not yet dried. The photographic image of the semi-automatic mixing device is then shown in FIG. 17, in which particle foam particles and activator are mixed and dried. The free-flowing, functionalizable particle foam particles can now be removed.
  • FIG. 18 shows a photographic image of an opened molding tool which is installed on the prepared machine.
  • the (green) tool surface is created by the non-stick coating with Teflon.
  • Teflon On the right half of the mold, the closed deep-hole bores for the indirect temperature control are clearly visible.
  • FIG. 19 shows a photographic image of the hood side of the molding tool. The two filling injectors and the completely closed mold surface can be seen.
  • FIG. 20 A filling device is shown in FIG. 20 on the basis of a photographic image.
  • the functionalizable particle foam particles are located in the pressure vessel.
  • the functionalizable particle foam particles are fed to the filling injectors during the process via the partially transparent pressure hoses.
  • FIG. 21 shows a photographic image of the closed mold.
  • FIG. 22 shows a photographic image in which the particle foam molded part formed is, for example, a black EPP that is still in the side of the hood.
  • FIG. 23 shows a photographic image in which the particle foam molding formed is, for example, white EPS that is still in the side of the hood.
  • FIGS. 24 to 26 show the further bandwidth for the use of the aqueous AMP emulsion according to the invention, in which in this embodiment a foamed corn granulate can be processed into particle foam molded parts.
  • the procedure is essentially the same as for particle foams made of plastics.
  • dimensionally stable and mechanically solid particle foam molded parts are obtained, as can be seen from FIGS. 24 and 25.
  • a power cable was embedded in the foamed corn granulate and subjected to shaping together with it.
  • FIGS. 27 to 32 examples are given for very special embodiments and uses in which metals are bonded to one another by means of the aqueous AMP emulsion according to the invention. It can be seen in FIG. 27 that two aluminum blocks were connected to one another in a manner which was not to be expected from the aqueous AMP emulsion according to the invention. The right of the two aluminum blocks rests partially on a table top and is held there by hand, while the left aluminum block is free in the air and is only held by the connection according to the method according to the invention.
  • FIG. 30 shows two steel bolts connected to one another by the connection according to the method according to the invention, the left of the steel bolts partially resting on a table top and being held there by hand, while the right steel bolt is free in the air.
  • What is remarkable here is the small connection area between the two steel bolts in comparison to the other examples against the background of the high density (high weight) of the two parts.
  • FIGS. 31 and 32 show that, according to the method according to the invention, pairs of different metals can also be firmly connected to one another, in FIG. 31 the pairing of steel and aluminum, in FIG. 32 the pairing of steel and brass, with the heavier steel bolt in the latter hangs freely and is only held by the connection according to the method according to the invention on the brass part.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Partikelschäumen, umfassend das Bereitstellen von Partikelschaum-Teilchen, das Benetzen der Partikelschaum-Teilchen mit einer wässrigen Emulsion zumindest eines Polyolefins und dadurch Erhalten von funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen, das Trocknen der benetzten und funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen, das Formgeben der funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen, das Erhitzen der formgegebenen, funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzbereichs der Partikelschaum-Teilchen und dadurch Funktionalisieren der formgegebenen, funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen, wobei die Partikelschaum-Teilchen miteinander verbunden werden, und das Abkühlen und dadurch Erhalten des Partikelschaum-Formteils, wobei die wässrige Emulsion des zumindest einen Polyolefins eine wässrige Emulsion ist, die zumindest ein mit einem Anhydrid einer ungesättigten Carbonsäure in den flüssigen Zustand überführtes und mit Methacrylsäureester-Copolymeren modifiziertes Polyolefin umfasst.

Description

Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Partikelschäumen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Partikelschäumen und auf Partikelschaum-Formteile selbst.
Formteile aus Partikelschäumen und deren Herstellungsverfahren sind an sich bekannt. So werden beispielsweise Formteile aus EPP (expandiertes Polypropylen) nach den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren mittels Wasserdampf bei einer Temperatur von ca. 160 °C in Aluminiumwerkzeugen hergestellt. Die Werkzeuge müssen hierbei stabiler sein als vergleichbare Werkzeuge beispielsweise für die Herstellung von Formteilen aus expandiertem Polystyrol (EPS). Die Herstellung selbst kann als eine Art Sinterprozess beschrieben werden, bei dem die einzelnen EPP-Partikel, nach dem Befüllen einer Form, mittels Wasserdampf erhitzt und erweicht werden, dadurch die in den Partikeln eingeschlossene Luft einen Schaumdruck entwickelt, wodurch schließlich die Partikel zu einem Formteil versintert werden.
Für solche und vergleichbare Verfahren sind folglich durch die Handhabung von Wasserdampf und dem damit verbundenen hohen Druck sowie der Notwendigkeit von Kavitäten zur Einbringung des Wasserdampfs aufwändigere Anlagen zur Formteilherstellung notwendig, die größere Investitionen erfordern. Daher eignen sich die bekannten Verfahren aus wirtschaftlicher Sicht nur für Großserien. Eine Kleinserie von Formteilen aus Partikelschäumen oder gar eine Fertigung von Einzelstücken ist wirtschaftlich nicht sinnvoll realisierbar. Ebenso können mit dieser Technologie Verbundwerkstoffe (Sandwiches) nicht in einem Arbeitsgang hergestellt werden.
Die gegenwärtigen Erfinder hatten für die Herstellung von EPP-Formteilen bereits ein Verfahren entwickelt, das in EP 2 937 379 B1 beschrieben ist. Dieses Verfahren kommt mit moderaten Verfahrensbedingungen aus, d.h. im Wesentlichen drucklos und bei Temperaturen unter dem Schmelzbereich von EPP. Die EPP-Teilchen werden dabei mit einer wässrigen Emulsion zumindest eines mit Chlor und Maleinsäureanhydrid modifizierten Polyolefins benetzt und dadurch funktionalisiert, so dass sie in Form gegeben und durch moderates Erhitzen miteinander verbunden (aber nicht versintert oder verschweißt) werden.
Das von den gegenwärtigen Erfindern entwickelte und in EP 2 937 379 B1 beschriebene Verfahren hat sich in der Praxis als grundsätzlich vorteilhaft herausgestellt. Inzwischen wurde jedoch ein Nachteil darin erkannt, dass die dort verwendete wässrige Emulsion eines Polyolefins chlorhaltig ist, was zu Problemen beispielsweise bei der Rezyklierbarkeit oder durch Vorhandensein geringer Mengen an Chloroform führt.
Abseits der großtechnischen Anwendungen, bei denen der Einsatz herkömmlicher Verfahren unter Anwendung von heißem Wasserdampf sinnvoll ist, beispielsweise im Automobilbau und für hochwertige Mehrwegverpackungen, können Partikelschäume aber weiterhin zunehmend für spezielle Einsatzgebiete genutzt werden. Beispiele hierfür sind die Bereiche Sport, Logistik (Lagerung und Transport von mechanisch empfindlichen Bauteilen), Möbel und Design (Prototypenbau) oder Modellbau (Einzelanfertigungen). Daher besteht neben einem gesteigerten Bedarf für kleine Serien von Partikelschaum-Formteilen oder Einzelstücken auch ein Bedarf an in großer Serie einfach und schnell herzustellenden Verbundwerkstoffen aus Partikelschäumen und anderen Materialien, welche jedoch die vorstehend erwähnten Nachteile des chlorhaltigen Aktivators nicht aufweisen. Diese Verfahren und Produkte sind ebenfalls für den Sektor des Automobilbaus (Stichwort e-Mobilität) insbesondere hinsichtlich Isolierung und Gewichtseinsparung hoch interessant.
Ausgehend von diesen speziellen Nachteilen des Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren anzugeben, mit dem einfach und kostengünstig einerseits kleine Serien und Einzelstücke von Partikelschaum-Formteilen und andererseits in großer Serie Verbundwerkstoffe aus Partikelschäumen und anderen Materialien hergestellt werden können. Ein weiteres Ziel sind einfache und kostengünstige Partikelschaum-Formteile und Partikelschaum- Verbundformteile selbst.
Diese Aufgabe wird in einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Partikelschäumen gelöst, das die Schritte umfasst:
a) Bereitstellen von Partikelschaum-Teilchen,
b) Benetzen der Partikelschaum-Teilchen mit einer wässrigen Emulsion zumindest eines Polyolefins und dadurch Erhalten von funktionalisierbaren Partikelschaum- Teilchen,
c) Trocknen der benetzten und funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen, d) Formgeben der funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen,
e) Erhitzen der formgegebenen, funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzbereichs der Partikelschaum-Teilchen und dadurch Funktionalisieren der formgegebenen, funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen, wobei die Partikelschaum-Teilchen miteinander verbunden werden, und
f) Abkühlen und dadurch Erhalten des Partikelschaum-Formteils,
dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Emulsion des zumindest einen Polyolefins eine wässrige Emulsion ist, die zumindest ein mit einem Anhydrid einer ungesättigten Carbonsäure in den flüssigen Zustand überführtes und mit Methacrylsäureester- Copolymeren modifiziertes Polyolefin umfasst.
In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die vorstehend genannte Aufgabe durch ein Partikelschaum-Formteil gelöst, das erhältlich ist durch das erfindungsgemäße Verfahren.
Die vorliegende Erfindung weist allgemein den Vorteil gegenüber dem Stand der T echnik auf, dass die Partikelschaum-Teilchen bei moderaten Verfahrensbedingungen zu Formteilen verarbeitet werden können, welche frei von Chlor und dessen Produkten wie Chloroform sind.
Nachstehend wird die Erfindung im Detail beschrieben. Wenn in der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenständliche Merkmale genannt werden, so beziehen sich diese insbesondere auf das erfindungsgemäße Partikelschaum-Formteil. Ebenso beziehen sich Verfahrensmerkmale, die in der Beschreibung des erfindungsgemäßen Partikelschaum-Formteil angeführt werden, auf das erfindungsgemäße Verfahren.
Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Partikelschäumen.
In Schritt a) werden Partikelschaum-Teilchen für das herzustellende Partikelschaum- Formteil bereitgestellt.
Als „Partikelschaum“ werden erfindungsgemäß thermoplastische Kunststoffe bezeichnet, welche bereits herstellerseitig durch Aufschäumen zu einzelnen Partikeln verarbeitet wurden. Diese Partikelschäume haben die Form von Schaumperlen oder Schaumkügelchen. Sie bilden im Rohzustand rieselfähige Materialien. Die Partikelschäume besitzen Dichten im Bereich von 15 kg/m3 bis 300 kg/m3, einige spezielle Schäume auch Dichten über 300 kg/m3, und zeichnen sich durch sehr gute spezifische mechanische Eigenschaften, hohe thermische Isolierfähigkeit und ein enormes Leichtbaupotenzial aus.
Bei den in der vorliegenden Erfindung verwendeten Partikelschaum-Teilchen handelt es sich im Wesentlichen um fertige Zwischenprodukte, beispielsweise um handelsübliche Materialien. Beispiele für handelsübliche Materialien sind für EPP (expandiertes Polypropylen) Neopolen® P der Firma BASF SE und Eperan®^PP der Firma Kaneka, für EPS (expandiertes Polystyrol) Styropor®, Neopor® und Peripor® der Firma BASF SE, für EPE (expandiertes Polyethylen) Eperan®-EP der Firma Kaneka oder für EPET (expandiertes Polyethylenterephthalat) ArmaShape® der Firma armacell. Darüber hinaus sind weitere Partikelschäume aus EPC (expandiertes Polycarbonat), ETPU (expandiertes thermoplastisches Polyurethan), EPMI (expandiertes Polymethacrylimid) oder EPBT (expandiertes Polybutylenterephthalat) erhältlich. Alle diese und weitere Partikelschaum-Materialien sind in der vorliegenden Erfindung einsetzbar.
Als„Partikelschaum“ können ferner erfindungsgemäß auch nachwachsende Rohstoffe bezeichnet werden, welche durch thermische Behandlung zu einzelnen Partikeln aufgeschäumt werden. Hierzu wird ein der Herstellung von Popcorn („Puffmais“) analoges Verfahren angewendet. In dem stärkehaltigen Gewebe der verwendeten nachwachsenden Rohstoffe ist Wasser gebunden. Bei schnellem Erhitzen diese Rohstoffe ändert das Wasser seinen Aggregatzustand sehr schnell von flüssig zu gasförmig, so dass die durch die Hitze und den Druck verflüssigte Stärke sich in der schaumigen Struktur des Gewebes rapide ausdehnt und dann unmittelbar abkühlt und erstarrt.
Das Benetzen in Schritt b) wird vorzugsweise durch Besprühen, insbesondere dosiertes Besprühen, der Partikelschaum-Teilchen in einem geschlossenen oder in einem teilweise offenen Behälter ausgeführt. Die erfindungsgemäß verwendete wässrige Emulsion mindestens eines mit einem Anhydrid einer ungesättigten Carbonsäure in den flüssigen Zustand überführten und mit Methacrylsäureester-Copolymeren modifizierten Polyolefins wird im Folgenden der einfacheren Lesbarkeit halber als„wässrige AMP- Emulsion“ bezeichnet.
Das Polyolefin, welches bei Raumtemperatur unter Normalbedingungen als Feststoff vorliegt, wird erfindungsgemäß durch das Anhydrid einer ungesättigten Carbonsäure in den flüssigen Zustand der wässrigen AMP-Emulsion überführt, so dass es einfach auf die Partikelschaum-Teilchen aufgebracht werden kann.
Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung von den gegenwärtigen Erfindern entwickelte wässrige AMP-Emulsion wird derzeit für den kommerziellen Vertrieb als fertiger Aktivator vorbereitet, wofür bereits ein Sicherheitsdatenblatt erstellt wurde. Angebot und kommerzieller Vertrieb des fertigen Aktivators werden aus Gründen des patentrechtlichen Neuheitsschutzes erst nach der Veröffentlichung der vorliegenden Anmeldung aufgenommen.
Das Anhydrid einer ungesättigten Carbonsäure ist insbesondere bevorzugt Maleinsäureanhydrid. Ferner bezeichnet der Begriff „Polyolefin“ nach der Genfer Nomenklatur korrekter ein „Polyalken“. Das modifizierte Polyolefin in der wässrigen AMP-Emulsion kann vorzugsweise stofflich passend oder zumindest stofflich verwandt zum Partikelschaum-Werkstoff ausgewählt werden. Beispielsweise ist das modifizierte Polyolefin bei EPP als Partikelschaum-Werkstoff insbesondere Polypropylen (PP). Neben Polypropylen hat sich als Polyolefin zum Modifizieren Polyethylen (PE) als sehr geeignet herausgestellt.
Alternativ können die Partikelschaum-Teilchen zum Benetzen in Schritt b) in einem geschlossenen Behälter gemischt werden, in dem die Partikelschaum-Teilchen in der wässrigen AMP-Emulsion bewegt werden. Eine weitere erfindungsgemäße Variante ist, dass die Partikelschaum-Teilchen und die wässrige AMP-Emulsion gemeinsam zwischen getrennten Behältern gepumpt werden. In einer anderen Abwandlung der Erfindung können die Partikelschaum-Teilchen in einen Behälter mit Siebboden gefüllt und mit der wässrigen AMP-Emulsion drucklos überflutet werden.
In jedem Fall ist es das Ziel des Benetzens in Schritt b), einerseits die Partikelschaum- Teilchen vollständig zu benetzen und andererseits die nicht benötigte wässrige AMP- Emulsion aufzufangen und wieder zu verwenden.
Nach dem Benetzen in Schritt b) und dem Trocknen in Schritt c) werden die Partikelschaum-Teilchen von einer sehr dünnen Feststoffschicht aus der wässrigen AMP-Emulsion umhüllt. Trotz dieser Feststoffschicht bleiben die Partikelschaum- Teilchen optisch unverändert, sind aber an ihrer Oberfläche funktionalisierbar.
Durch das Trocknen werden insbesondere die physikalischen Eigenschaften der funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen positiv beeinflusst. So kann die Trocknung dazu führen, dass die funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen zeitnah verpackt (z.B. abgesackt) und konfektioniert werden können, um sie als Zwischenprodukt zu verschicken.
Unter„funktionalisierbar“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die dünne Feststoffschicht aus der wässrigen AMP-Emulsion auf den Partikelschaum- Teilchen sich unter Umgebungsbedingungen (Normaldruck von ca. 1 bar, Standardtemperatur von ca. 25 °C) inert verhält, d.h. die physikalischen Eigenschaften (z.B. die Rieselfähigkeit) der Partikelschaum-Teilchen nicht wesentlich verändert. Erst bei erhöhter Temperatur, wie sie nachstehend noch genauer angegeben ist, wird die dünne Feststoffschicht aus der wässrigen AMP-Emulsion in der nachstehend beschriebenen Weise funktionalisiert.
Die solchermaßen vorbehandelten funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen können vor dem Formgeben in Schritt d) zeitlich nahezu unbegrenzt gelagert werden.
Zum Formgeben in Schritt d) können die funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen in eine einfache, passende Form eingebracht und ggf. verdichtet werden. Trotz der erfindungsgemäßen Funktionalisierbarkeit der Partikelschaum-Teilchen bleibt ihre Rieselfähigkeit erhalten, so dass das Befüllen einer Form problemlos möglich ist.
Da die Partikelschaum-Teilchen, abhängig von ihrem tatsächlichen Werkstoff, einen Schmelzbereich zwischen 100 °C und 220 °C aufweisen, wird in Schritt e) das Erhitzen der formgegebenen, funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen bei einer Temperatur unterhalb dieses Schmelzbereichs durchgeführt, die vom tatsächlichen Werkstoff abhängig ist, wodurch die formgegebenen, funktionalisierbaren Partikelschaum- Teilchen funktionalisiert werden.
Bei Erreichen der erforderlichen Temperatur werden die bis dahin unpolaren Oberflächen der Partikelschaum-Teilchen polarisiert, indem aus der funktionalisierenden Schicht (Feststoffschicht aus der wässrigen AMP-Emulsion) heraus Heteroatome auf ihnen deponiert werden.
Die Haftung der Partikelschaum-Teilchen untereinander wird erfindungsgemäß jedoch nicht mehr durch eine Substitution von Wasserstoff durch Chlor herbeigeführt, wie das in dem für die gegenwärtigen Erfinder erteilten Patent EP 2 937 379 B1 explizit beschrieben wird. Vielmehr wird die erforderliche Haftung der Partikelschaum-Teilchen untereinander durch eine mittels der wässrigen AMP-Emulsion verursachte Adhäsion erreicht. Konkret umhüllt die erfindungsgemäße wässrige AMP-Emulsion als solche die Partikelschaum-Teilchen und bildet nach der Trocknung einen extrem dünnen, mechanisch haftenden Film. Das in Wasser zur Carbonsäure hydrolysierende Anhydrid dieser ungesättigten Carbonsäure geht aufgrund seiner ungesättigten Verbindungen leicht Additionsreaktionen ein. In der Folge führt das zu elektrochemischen Wechselwirkungen und Bindungen zwischen den Oberflächen der Partikelschaum- Teilchen und somit zu einer stabilen und dauerhaften Verbindung der einzelnen Partikelschaum-Teilchen zu einem gebrauchsfertigen Partikelschaum-Formteil.
Das Erhitzen in Schritt e) kann auf verschiedene Arten erfolgen. Ganz herkömmlich kann es in einem Ofen oder einer entsprechenden Heizvorrichtung geschehen. Aber auch ein Erhitzen zwischen zwei Heizplatten ist vorgesehen, ohne dass hierbei ein rundum komplett geschlossenes Werkzeug erforderlich ist. Zur Anwendung kann diese Variante dann kommen, wenn beispielsweise eine kontinuierliche Produktion von Profilen, Halbzeugen oder die Herstellung sehr langer Formteile erforderlich ist. Dies ist mit den heute bekannten Verfahren, wenn überhaupt, nur äußerst eingeschränkt machbar. In weiteren Ausführungsformen können auf Strahlung beruhende Energiequellen (Laser, Infrarot) zum Erhitzen eingesetzt werden.
Das Abkühlen in Schritt f) kann ganz einfach nach dem Entformen des Partikelschaum- Formteils unter Umgebungstemperatur stattfinden. Es kann aber auch die Form als solche gekühlt werden, bevor das Partikelschaum-Formteil entnommen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist gegenüber dem Stand der Technik zunächst den Vorteil auf, dass die Partikelschaum-Teilchen bei moderaten Verfahrensbedingungen, d.h. bei einem geringen Druck von 1 bar bis 5 bar, bevorzugt bei 2 bar bis 3 bar, und bei Temperaturen unter dem Schmelzbereich der Partikelschaum-T eilchen miteinander verbunden (aber nicht versintert oder verschweißt) werden.
Ein wesentlicher Vorteil ist, dass die aktivierende wässrige AMP-Emulsion kein Chlor oder Chlorverbindungen enthält. Das ist zunächst im Hinblick auf Umweltaspekte und Gesundheitsbelastungen ein bedeutender Fortschritt. Zudem ist Chlor bei einer späteren Rezyklierung nicht mehr gebrauchter Partikelschaum-Formteile problematisch. Hinzu kommt, dass chlorhaltige Aktivatoren, wie die von den gegenwärtigen Erfindern früher verwendete wässrige Emulsion zumindest eines mit Chlor und Maleinsäureanhydrid modifizierten Polyolefins („wässrige CMP-Emulsion“) immer eine, wenn auch geringe, Menge an Chloroform enthält (im Bereich von < 0,5 %). Bereits eine solch geringe Menge muss jedoch in einem Sicherheitsdatenblatt erwähnt werden, was die Akzeptanz eines solchen Aktivators deutlich verringert. Den gegenwärtigen Erfindern ist kein Hersteller oder Anbieter von chlorierten Polyolefinen bekannt, bei dem diese chlorierten Polyolefine nicht auch eine gewisse Menge an Chloroform enthalten. Die mit der erfindungsgemäßen wässrigen AMP-Emulsion hergestellten Partikelschaum- Formteile sind qualitativ gleichwertig mit denjenigen Teilen, welche die gegenwärtigen Erfinder in EP 2 937 379 B1 beschrieben haben.
Schließlich führt die Verwendung der erfindungsgemäßen wässrigen AMP-Emulsion zu einer deutlichen Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, was nachstehend noch weiter ausgeführt wird.
Es ist insbesondere bevorzugt, wenn die wässrige Emulsion eine chlorfreie wässrige Emulsion zumindest eines mit Maleinsäureanhydrid in den flüssigen Zustand überführten und mit einem Acrylatharz modifizierten Polyolefins ist.
In einer ganz speziellen Ausführungsform wird als wässrige AMP-Emulsion ein mit der chlorfreien Emulsion eines Acrylatharzes und Maleinsäureanhydrid modifiziertes Polypropylen verwendet.
Um die Haftung der funktionalisierenden Schicht auf den Partikelschaum-Teilchen zu verbessern und zu erhöhen, wird in einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens der wässrigen Emulsion des zumindest einen mit einem Anhydrid einer ungesättigten Carbonsäure in den flüssigen Zustand überführten und mit Methacrylsäureester-Copolymeren modifizierten Polyolefins zumindest ein epoxyterminiertes Silan zugesetzt, beispielsweise auf Basis eines Epoxycyclohexyl.
Das epoxyterminierte Silan führt nach vorangegangener Hydrolyse in der wässrigen AMP-Emulsion und anschließender Kondensation durch Bildung von carboxylierten Polymeren zu einer verbesserten Haftung der funktionalisierenden Schicht auf den Partikelschaum-Teilchen, wobei ferner ein hochsiedender Esteralkohol als Koaleszenzmittel dienen kann.
Vorzugsweise erfolgt das Zusetzen des zumindest einen epoxyterminierten Silans zu der wässrigen Emulsion des zumindest einen mit einem Anhydrid einer ungesättigten Carbonsäure in den flüssigen Zustand überführten und mit Methacrylsäureester- Copolymeren modifizierten Polyolefins (wässrige AMP-Emulsion) unmittelbar vor Schritt b). Das epoxyterminierte Silan kann der wässrigen AMP-Emulsion durch einfaches Rühren zugesetzt werden.
Nach einer alternativen Weiterbildung der Erfindung kann der wässrigen Emulsion des zumindest einen mit einem Anhydrid einer ungesättigten Carbonsäure in den flüssigen Zustand überführten und mit Methacrylsäureester-Copolymeren modifizierten Polyolefins (wässrige AMP-Emulsion) zumindest ein Epoxidharz zugesetzt werden.
Bei dem Epoxidharz handelt es sich insbesondere um ein difunktionelles Bisphenol A / Epichlorhydrin-Derivat, das vorzugsweise unverdünnt und/oder flüssig und/oder farblos und/oder klar ist. Das Epoxidharz stabilisiert einerseits die Emulsion. Da es nicht - wie es beispielsweise bei Lacken, Gießharzen und dergleichen üblich ist - mit Aminen oder Isocyanaten vernetzt wird, wirkt das Epoxidharz andererseits als elastifizierende Komponente in der funktionalisierenden Schicht.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die in Schritt a) bereitgestellten Partikelschaum-Teilchen zwei oder mehr unterschiedliche Partikelschaum-Werkstoffe umfassen. Mit Partikelschaum-Werkstoffen werden hier insbesondere unterschiedliche Kunststoffe wie EPP, EPE, EPC, EPS, EPET, ETPU, EPMI oder EPBT und dergleichen bezeichnet. Mit dem Einsatz der erfindungsgemäßen wässrigen AMP-Emulsion wird auf diese Weise eine große Bandbreite möglicher Partikelschaum-Formteile erschlossen, da sich unterschiedliche Werkstoffe - und damit deren spezifische Eigenschaften - in einfacher Weise miteinander kombinieren lassen.
Ebenso können die in Schritt a) bereitgestellten Partikelschaum-Teilchen in einer anderen Weiterbildung der Erfindung eine Mischung aus zumindest zwei verschiedenen Typen des jeweiligen Partikelschaum-Werkstoffs sein, wodurch es beispielsweise möglich wird, poröse oder teilporöse Dichteverteilungen sowie Gradienten herzustellen.
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen wässrigen AMP-Emulsion ist es, wie vorstehend beschrieben, möglich, die Anwendungsmöglichkeiten zu erweitern, was in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass das Verfahren ferner vor Schritt d) den Schritt dO) Bereitstellen eines Fremdmaterials, das mit den Partikelschaum-Teilchen ein Verbundformteil ausbildet umfasst, wobei in Schritt d) das Formgeben der funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen in direktem Kontakt mit dem Fremdmaterial durchgeführt wird.
Unter„Fremdmaterial“ werden im Sinne der vorliegenden Erfindung zunächst solche Materialien verstanden, welche keine chemische und/oder physikalische Verwandtschaft zu den Partikelschaum-Werkstoffen aufweisen, wie beispielsweise Textilien, Metalle, hochdichte Kunststoffe, natürliche Materialien (Holz, etc.). Eine weitere Art von Fremdmaterialien stellen funktionelle Komponenten dar, beispielsweise elektrische Anschlusskabel oder Sensoren zur Erfassung von mechanischen oder physikalischen Zuständen (z.B. Druck, Temperatur, Feuchte, etc.)
Mit diesen Fremdmaterialien können die herzustellenden Partikelschaum-Formteile mit einer Kaschierung, einer mechanischen Verstärkung, einer physikalischen Versiegelung oder einer optischen Veredelung versehen werden. Ebenso können die herzustellenden Partikelschaum-Formteile mit einer funktionellen Komponente versehen werden. In den nachstehend näher beschriebenen Ausführungsbeispielen werden einige Kombinationen von Partikelschaum-Werkstoffen und Fremdmaterialien exemplarisch dargestellt.
Das Bereitstellen in Schritt dO) kann insbesondere dadurch erfolgen, dass eine Form für das herzustellende Partikelschaum-Formteil zumindest teilweise mit einem Fremdmaterial bestückt oder ausgekleidet wird, bevor die Befüllung der Form mit den Partikelschaum-Teilchen erfolgt. Ebenso kann in der Form zunächst ein Verstärkungsmaterial vorgesehen werden, bevor Partikelschaum-Teilchen um dieses Verstärkungsmaterial herum eingefüllt werden.
Das Bereitstellen in Schritt dO) kann ferner auch abwechselnd erfolgen, indem beispielsweise zuerst ein Fremdmaterial (z.B. eine Folie) eingelegt wird, dann eine erste Schüttung der funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen erfolgt, auf welcher ein weiteres Fremdmaterial (z.B. in Form einer Verstärkungsrippe) platziert wird, bevor eine abschließende Schüttung mit funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen erfolgt. Ebenso kann auf die abschließende Schüttung noch ein anderes Fremdmaterial aufgelegt werden, bevor in Schritt d) die Formgebung erfolgt.
Die Formulierung „in direktem Kontakt“ bedeutet, dass die Partikelschaum-Teilchen ohne weitere Vorbehandlung des Fremdmaterials an dieses, in dieses oder um dieses herum gefüllt werden, so dass die Partikelschaum-Teilchen in direkten Kontakt mit der Oberfläche des Fremdmaterials kommen.
Es wurde überraschenderweise gefunden, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß dieser Weiterbildung dauerfeste Verbindungen von den unterschiedlichsten Partikelschaum-Werkstoffen zu verschiedensten Fremdmaterialien hergestellt werden können, um so die erhaltenen Partikelschaum-Formteile in Kombination mit einem oder mehreren Fremdmaterialien zu versehen. Dies ist insbesondere möglich, ohne die Fremdmaterialien einer speziellen Vorbehandlung, beispielsweise mit Haftvermittlern o.ä. zu unterziehen.
Unter„Kaschierung“ wird in diesem Zusammenhang das Verbinden mehrerer Lagen gleicher oder verschiedener Materialien verstanden, um insbesondere die erhaltenen Partikelschaum-Formteile zu schützen und/oder zu dekorieren und/oder eine Addition günstiger Materialeigenschaften zu erzielen. Der Begriff „Verstärkung“ ist dem Fachmann geläufig. Verstärkungen dienen insbesondere dazu, die mechanischen Eigenschaften eines Formteils zu verbessern.
Üblicherweise werden Kaschierungen oder dergleichen Fremdmaterialien in einem vom Herstellungsprozess des Formteils getrennten zweiten Arbeitsgang realisiert, indem auf das fertige Formteil zunächst ein Kaschiermittel (z.B. Lack, Leim, Wachs) aufgetragen wird, bevor die eigentliche Kaschierung aufgebracht wird. Erfindungsgemäß kann nun in einem einzigen Arbeitsgang ein Partikelschaum-Formteil mit Fremdmaterial hergestellt werden. Ein großer Vorteil besteht in der breiten Auswahl möglicher Fremdmaterial in Kombination mit den Partikelschaum-Werkstoffen, die im Wesentlichen ohne Vorbehandlung im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass auch ein bereits fertiges Partikelschaum- Formteil mit einem weiteren Partikelschaum-Formteil verbunden oder mit einem Fremdmaterial versehen wird. Hierzu wird analog zu Schritt b) die wässrige Emulsion des zumindest einen mit einem Anhydrid einer ungesättigten Carbonsäure in den flüssigen Zustand überführten und mit Methacrylsäureester-Copolymeren modifizierten Polyolefins auf die betreffenden Flächen der miteinander zu verbindenden Teile aufgetragen, diese gemäß Schritt c) getrocknet und anschließend analog zu Schritt d) gefügt, bevor der zu erstellende Verbund zum Verbinden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhitzt wird.
Mit dieser Ausführungsform ist es möglich, auch nachträglich bereits fertige Partikelschaum-Formteile weiter zu bearbeiten oder zu verarbeiten. Dafür müssen diese fertigen Partikelschaum-Formteile nicht zwingend nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden sein, es kann sich auch um handelsübliche Formteile handeln, die nach dem Stand der Technik nur schwer oder nur mit hohem Aufwand herstellbar sind. Diese Ausführungsform ermöglicht ferner die Herstellung von komplizierteren Partikelschaum-Formteilen, die erfindungsgemäß aus geometrisch einfachen Partikelschaum-Elementen zusammengesetzt werden können.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Formgeben in Schritt d) zumindest zeitweise unter mechanischem Druck, was sich für die Stabilität des herzustellenden Partikelschaum-Formteils als vorteilhaft erwiesen hat.
Der zumindest zeitweise aufzubringende Druck kann dabei je nach vorgesehener Anwendung des Partikelschaum-Formteils zwischen 1 bar und 5 bar, insbesondere zwischen 2 bar und 3 bar, liegen. Über den in Schritt d) aufgebrachten Druck kann insbesondere die Dichte des fertigen Partikelschaum-Formteils in weiten Bereichen eingestellt werden. Dadurch ist es auch möglich, Dichtegradienten einzustellen, da die einzelnen Partikel nicht vollständig miteinander verbunden sein müssen. Die dadurch gebildete poröse Struktur bietet zusätzliche Anwendungsgebiete.
Von dem aufzubringenden Druck hängt maßgeblich das spätere Ergebnis, das heißt, die Eigenschaften und Güte des hergestellten Partikelschaum-Formteils ab. Diese Druckabhängigkeit bedeutet aber nicht, dass ein gutes Ergebnis nur mit einem ausreichend hohen Druck darstellbar ist. Vielmehr spiegelt der Druck beim Befüllen der Form in Schritt d) die Variabilität des erfindungsgemäßen Verfahrens wider.
In einer alternativen Ausführungsform wird der mechanische Druck in Schritt d) nur zeitweise aufgebracht. Das bedeutet, dass nur zum Formgeben, bzw. Verdichten der Schüttung aus Partikelschaum-Teilchen ein Druck aufgebracht wird, beispielsweise mit einem Stempel, der anschließend wieder entspannt wird. Erfindungsgemäß wird ein Verdichtungsgrad zwischen 1 ,5 und 2 bevorzugt.
In einer anderen bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Erhitzen in Schritt e) drucklos.„Drucklos“ heißt in diesem Zusammenhang, dass während des Erhitzens von außen kein (zusätzlicher) Druck aufgebracht wird, wie es nach dem Stand der Technik üblich ist. Da nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise keine druckstabilen Formen verwendet werden müssen, kann sich beim Erhitzen auch im Wesentlichen kein hoher Druck aufbauen. „Drucklos“ bedeutet im Sinne der Erfindung ferner, dass der in Schritt d) zum Formgeben der funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen aufgebrachte Druck zumindest zu Beginn des Erhitzens in Schritt e) noch aufrecht erhalten werden kann.
Beim klassischen Versintern nach dem Stand der Technik werden Partikelschaum- Teilchen zuerst beim Befüllen der noch kalten Form verdichtet (Füllinjektor). Dieser Druck reicht aber noch nicht für den späteren Sinterprozess aus. Erst durch das Erhitzen mit Wasserdampf dehnt sich die in den Partikelschaum-Teilchen eingeschlossene Luft aus und lässt den Druck weiter ansteigen. Erst dann erfolgt die Versinterung. Demgegenüber steigt der Druck beim erfindungsgemäßen Verfahren nach dem Befüllen der Form und dem Formgeben in Schritt d) nicht weiter an, sondern nimmt in den nachfolgenden Verfahrensschritten ab.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann nach dem Formgeben in Schritt d) der aufgebrachte Druck völlig entspannt und das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls durchgeführt werden. In diesem Fall wird aus einer relativ losen Schüttung der Partikelschaum-Teilchen ein Partikelschaum-Formteil mit einer sehr lockeren und offenen Struktur erhalten. Solche speziellen Partikelschaum-Formteile sind wünschenswert für die Anwendung als Entlüftung oder Drainage. Ferner können diese speziellen Partikelschaum-Formteile bei Sandwichstrukturen eingesetzt werden, bei denen es hauptsächlich um die Distanzierung der tragenden Flächen zueinander geht.
Da die unterschiedlichen Partikelschaum-Werkstoffe unterschiedliche Schmelzbereiche zwischen 100 °C und 250 °C aufweisen, hat es sich erfindungsgemäß als vorteilhaft herausgestellt, das Erhitzen in Schritt e) bei einer Temperatur von 80 °C bis 220 °C, insbesondere bei 110 °C bis 160 °C, durchzuführen. Hierdurch kann die Aufheizung „trocken“ erfolgen, d.h. ohne eine möglicherweise störende flüssige Phase. Zudem ist bei diesen Temperaturen sichergestellt, dass funktionelle Komponenten (insbesondere Sensoren) nicht zerstört werden und auch nach dem erfindungsgemäßen Formgebungsprozess weiterhin funktionsfähig bleiben.
Eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht für das Verfahren vor, dass in einem modifizierten Schritt d) das Formgeben in einzelnen Lagen und/oder Strukturen von funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen erfolgt. Mit anderen Worten können gewünschte Geometrien zunächst mit den funktionalisierbaren Partikelschaum- Teilchen vorgegeben werden.
In dem anschließenden modifizierten Schritt e) erfolgt das Erhitzen mit einer örtlich fokussierbaren Energiequelle, so dass die funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen in den einzelnen Lagen oder Strukturen miteinander verbunden werden. Diese Energiequelle kann beispielsweise ein Laser oder eine Infrarot-Quelle sein. Die fokussierbare Energiequelle kann in Zeilen, Rastern oder punktuell einzelne Bereiche der funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen erhitzen und nur dort mit dem erfindungsgemäßen Verfahren miteinander verbinden. In einem modifizierten Schritt f) erfolgt das Abkühlen durch Deaktivieren der örtlich fokussierbaren Energiequelle, so dass zunächst ein partielles Partikelschaum-Formteil erhalten wird. Dieses partielle Partikelschaum-Formteil bildet im Wesentlichen die im modifizierten Schritt d) vorgegebene Geometrie ab.
Anschließend an den modifizierten Schritt f) wird in einem Schritt g) zumindest eine weitere Lage und/oder eine weitere Struktur von funktionalisierbaren Partikelschaum- Teilchen in Kontakt mit dem partiellen Partikelschaum-Formteil bereitgestellt. Auf diese Weise können die vorstehend erzeugten Geometrien weiter aufgebaut werden.
Um die abschließende, gewünschte Geometrie zu erhalten, werden die modifizierten Schritte d), e) und f) sowie Schritt g) wiederholt, bis das fertige Partikelschaum-Formteil erreicht ist.
Diese spezielle Ausführungsform stellt eine Art 3D-Druck mit den Mitteln der vorliegenden Erfindung bereit. Dabei ist es erfindungsgemäß möglich, auch komplexere Geometrien mit Hohlräumen, Hinterschnitten oder dergleichen aus Partikelschaum- Teilchen herzustellen. Auch das Einfügen von Fremdmaterialien und deren Verbindung mit den aus Partikelschaum-Teilchen oder einem partiellen Partikelschaum-Formteil sind möglich.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung wird in einem zweiten Aspekt durch ein Partikelschaum-Formteil erreicht, das durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlich ist.
Ein solches Partikelschaum-Formteil weist den Vorteil auf, dass es einfacher und kostengünstiger herstellbar ist als vergleichbare Formteile aus dem Stand der Technik. Zudem enthält es keine Reste von Chlor oder Chlorverbindungen wir Chloroform, da zur Herstellung die erfindungsgemäße wässrige AMP-Emulsion verwendet wird, welche chlorfrei ist.
Auch kleine Serien und sogar Einzelteile sind mit vertretbarem Aufwand realisierbar. Ebenso können Verbünde in einem einzigen Verfahrensschritt („in mould“) hergestellt werden. Die erfindungsgemäßen Partikelschaum-Formteile können zudem eine poröse oder teilporöse Dichteverteilung aufweisen, um maßgeschneiderte Eigenschaften zu erhalten.
Bei den erfindungsgemäßen Partikelschaum-Formteilen können durch das erfindungsgemäße Verfahren die zu erreichenden Formteildichten in einem größeren Umfang variiert werden. Auf diese Weise sind nicht nur unterschiedlich dichte Formteile herstellbar, sondern auch teilporöse Strukturen, da bereits kleine Kontaktflächen zwischen den einzelnen Partikelschaum-Teilchen zu einer Verbindung führen und die Bildung eines Formteiles ermöglichen.
Einen weiteren, dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung bildet die Verwendung einer chlorfreien wässrigen Emulsion zumindest eines Polyolefins, die zumindest ein mit einem Anhydrid einer ungesättigten Carbonsäure in den flüssigen Zustand überführtes und mit Methacrylsäureester-Copolymeren modifiziertes Polyolefin umfasst, zur Herstellung von Partikelschaum-Formteilen, wobei der Partikelschaum aus thermoplastischen Kunststoffen ausgewählt ist.
In der früheren Erfindung der gegenwärtigen Erfinder beruhten alle Ausführungsbeispiele auf einer Emulsion, die Chlor enthielt. Praktisch waren mit dieser früheren Erfindung keine Formteile ohne die Anwesenheit von Chlor möglich. Zudem erforderte die Anwesenheit von Chlor die Anwendung aufwendiger Schutzvorkehrungen. In der Praxis hat sich herausgestellt, dass immer ein Rest an Chlor in Form von Trichlormethan („Chloroform“) in den Formteilen verblieb, was sowohl für die Rezyklierung als auch für die Entsorgung gebrauchter Teile Probleme aufwarf. Das Verfahren gemäß der früheren Erfindung der gegenwärtigen Erfinder stieß aus diesem Grund auf mangelnde Akzeptanz der Anwender. Auch zeigten im die von der Automotive-Industrie geforderten sog. Fog-Test (gesundheitsrelevante Ausdünstungen bei Erwärmung der Formteile) erhaltenen Ergebnisse nur völlig unbefriedigende Werte. Das erforderte eine völlige Neuentwicklung, die zur vorliegenden Erfindung führte.
Die erfindungsgemäße Verwendung dieses Aspekts ermöglicht nun die Herstellung von Partikelschaum-Formteilen ohne jeglichen verbleibenden Chlorgehalt. Zudem hat die verwendete AMP-Emulsion gegenüber der in der früheren Erfindung der gegenwärtigen Erfinder verwendeten Emulsion den Vorteil, nicht nur im Wesentlichen mit expandiertem Polypropylen als Polyolefin zu funktionieren, sondern für eine breite Palette von Polyolefinen, wie sie vorstehend aufgeführt wurden, anwendbar zu sein.
Der vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung erweitert die Verwendung einer chlorfreien wässrigen Emulsion zumindest eines Polyolefins, die zumindest ein mit einem Anhydrid einer ungesättigten Carbonsäure in den flüssigen Zustand überführtes und mit Methacrylsäureester-Copolymeren modifiziertes Polyolefin umfasst, auf die Herstellung von Partikelschaum-Formteilen, wobei der Partikelschaum aus natürlichen nachwachsenden Rohstoffen ausgewählt ist.
Mit „natürlich nachwachsenden Rohstoffen“ werden hier alle natürlichen Stoffe bezeichnet, die sich in Partikelschäume bzw. Schaumpartikel überführen lassen. Hierzu gehören u.a. stärkehaltige natürliche Stoffe, die unter Einwirkung von Temperatur von selbst aufschäumen. Ebenso umfasst sind natürlichen Stoffe, die durch externe Treibmittel aufgeschäumt werden können.
Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäße AMP-Emulsion auch dazu verwendet werden kann, Partikelschäume aus nachwachsenden Rohstoffen zu Formteilen zu verbinden. Ein einfaches Beispiel ist eine Art„Popcorn“, bei dem Partikelschäume auf Basis von Maisstärke zu Formteilen verarbeitet werden.
Als eine Besonderheit werden die auf nachwachsenden Rohstoffen basierenden Partikelschäume nicht wie Partikelschäume auf Kunststoff-Basis in einer Mischstation mit der AMP-Emulsion behandelt, da hierbei abhängig vom konkreten Material die Möglichkeit besteht, dass diese Partikelschäume zu viel Wasser aufnehmen und dadurch aufquellen. Es ist daher bevorzugt, die AMP-Emulsion unverdünnt und mittels eines Sprühverfahrens auf die Partikelschäume aus nachwachsenden Rohstoffen aufzubringen. Nach anschließender Lufttrocknung sind die Partikelschäume aus nachwachsenden Rohstoffen dann ebenso rieselfähig wie ihre Äquivalente auf Kunststoff- Basis und können mit dem gleichen Verfahren wie diese zu Formteilen verarbeitet werden.
Diese Verwendung und dieses Verfahren sind vor allem dann vorteilhaft, wenn aus ökologischen Gründen Kunststoff durch nachwachsenden Rohstoff ersetzt werden soll.
Ein weiterer, fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der Verwendung einer chlorfreien wässrigen Emulsion zumindest eines Polyolefins, die zumindest ein mit einem Anhydrid einer ungesättigten Carbonsäure in den flüssigen Zustand überführtes und mit Methacrylsäureester-Copolymeren modifiziertes Polyolefin umfasst, zum dauerhaften Verbindung von metallischen Oberflächen.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die erfindungsgemäße AMP-Emulsion nicht nur zur Herstellung von Formteilen aus Partikelschäumen auf künstlicher oder natürlicher Basis geeignet ist, sondern auch zur dauerhaften Verbindung von metallischen Oberflächen, d.h. zum Verbinden von Metallobjekten miteinander.
Die verwendbaren Metalle sind nicht beschränkt, solange die daraus hergestellten Objekte eine glatte bzw. ebene Oberfläche zur Verbindung mit einer ebensolchen gegenüber liegenden glatten bzw. ebenen Oberfläche aufweisen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können Paarungen aus gleichen Metallen ebenso verbunden werden die Paarungen aus unterschiedlichen Metallen, ohne besonderen Beschränkungen zu unterliegen.
Um Metallteile miteinander zu verbinden, werden deren Kontaktflächen vorzugsweise mittels Betupfen oder Wischen mit einer dünnen Schicht der erfindungsgemäßen AMP- Emulsion versehen. Nach völliger Trocknung werden die behandelten Teile dann mit maximal möglicher Kontaktfläche zusammengefügt, bei erhöhter Temperatur getempert und bis zum Abkühlen stabil zusammengehalten. In der Praxis hat sich einer Zeit von ein bis 5 Minuten, insbesondere ein bis zwei Minuten, und bei einer Temperatur von 100 °C bis 140 °C als besonders geeignet erwiesen.
Nach dem Durchführen eines solchen Verfahrens sind die Metallteile fest und dauerhaft miteinander verbunden. In ersten mechanischen Untersuchungen mit verschiedenen Metallen (Stahl, Edelstahl, Aluminium, Messing) konnten Zugfestigkeiten von 5,6 N/mm2 ermittelt werden.
Vorteilhaft ist diese Ausführungsform für Anwendungen, in denen Schweißverfahren ersetzt oder zumindest reduziert werden sollen, beispielsweise aus Gründen des Arbeitsschutzes oder aus Gründen der Energieeinsparung. Bei den vorstehenden Verwendungen einer chlorfreien wässrigen Emulsion zumindest eines Polyolefins nach einem der drittem, vierten oder fünften Aspekte ist die chlorfreie wässrige Emulsion insbesondere eine wässrige Emulsion zumindest eines mit Maleinsäureanhydrid in den flüssigen Zustand überführten und mit einem Acrylatharz modifizierten Polyolefins.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von die Erfindung nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen, auch anhand der Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Es zeigen:
Fig. 1 eine fotografische Abbildung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikelschaum-Formteils aus EPP,
Fig. 2 eine fotografische Abbildung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikelschaum-Formteils aus EPP mit einem aufgebrachten textilen Stoff,
Fig. 3 eine fotografische Abbildung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikelschaum-Formteils aus EPP mit einer aufgebrachten Aluminiumfolie,
Fig. 4 eine fotografische Abbildung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikelschaum-Formteils aus EPP mit einem aufgebrachten Aluminiumblech,
Fig. 5 eine fotografische Abbildung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikelschaum-Formteils aus EPP mit einer aufgebrachten GFK- Platte,
Fig. 6 eine fotografische Abbildung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikelschaum-Formteils aus EPP mit einem aufgebrachten Stahlblech,
Fig. 7 eine fotografische Abbildung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikelschaum-Formteils aus EPP mit einem aufgebrachten Holzdekor,
Fig. 8 eine fotografische Abbildung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikelschaum-Formteils aus EPC mit einem aufgebrachten Holzdekor,
Fig. 9 eine fotografische Abbildung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikelschaum-Formteils aus EPC mit einem aufgebrachten Organoblech,
Fig. 10 eine fotografische Abbildung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikelschaum-Formteils aus EPS mit einer aufgebrachten GFK- Platte, Fig. 11 eine fotografische Abbildung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikelschaum-Formteils aus EPS mit einem aufgebrachten Stahlblech,
Fig. 12 eine fotografische Abbildung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikelschaum-Formteils aus ETPU mit einem aufgebrachten textilen Stoff,
Fig. 13 eine fotografische Abbildung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikelschaum-Formteils aus EPP und ETPU,
Fig. 14 eine schematische Darstellung der Haftung der AMP-Emulsion auf der Oberfläche der Partikelschaum-Teilchen,
Fig. 15 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß geeigneten, vollautomatischen Mischeinrichtung,
Fig. 16 eine fotografische Abbildung einer halbautomatischen Mischeinrichtung,
Fig. 17 eine fotografische Abbildung einer halbautomatischen Mischeinrichtung,
Fig. 18 eine fotografische Abbildung eines geöffneten Formwerkzeuges,
Fig. 19 eine fotografische Abbildung der Haubenseite des Formwerkzeuges,
Fig. 20 eine fotografische Abbildung einer Füllvorrichtung,
Fig. 21 eine fotografische Abbildung eines geschlossenen Formwerkzeuges,
Fig. 22 eine fotografische Abbildung eines nach dem Prozess geöffneten
Formwerkzeuges,
Fig. 23 eine fotografische Abbildung eines nach dem Prozess geöffneten
Formwerkzeuges
Fig. 24 eine fotografische Abbildung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikelschaum-Formteils aus geschäumtem Maisgranulat in einer Aufsicht,
Fig. 25 eine fotografische Abbildung des in Fig. 24 gezeigten Partikelschaum-Formteils aus geschäumtem Maisgranulat in einer Schnittansicht,
Fig. 26 eine fotografische Abbildung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikelschaum-Formteils aus geschäumtem Maisgranulat mit eingebettetem Stromkabel in einer in einer Schnittansicht,
Fig. 27 eine fotografische Abbildung von mit der erfindungsgemäßen wässrigen AMP- Emulsion verbundenen Aluminiumblöcken,
Fig. 28 eine fotografische Abbildung von mit der erfindungsgemäßen wässrigen AMP- Emulsion verbundenen Edelstahlteilen,
Fig. 29 eine fotografische Abbildung von mit der erfindungsgemäßen wässrigen AMP- Emulsion verbundenen Messingringen,
Fig. 30 eine fotografische Abbildung von mit der erfindungsgemäßen wässrigen AMP- Emulsion verbundenen Stahlbolzen.
Fig. 31 eine fotografische Abbildung von mit der erfindungsgemäßen wässrigen AMP- Emulsion verbundenen Metallteilen aus Stahl und Aluminium und
Fig. 32 eine fotografische Abbildung von mit der erfindungsgemäßen wässrigen AMP- Emulsion verbundenen Metallteilen aus Stahl und Messing. Die Figuren 1 bis 13 zeigen, wie vorstehend schon ausgeführt, die große Bandbreite an möglichen Kombinationen von Partikelschaum-Teilchen mit Fremdmaterialien zur Bildung von Partikelschaum-Formteilen. Diese fotografischen Abbildungen sind für sich genommen selbsterklärend, können aber die möglichen Kombinationen nicht erschöpfend abbilden. So wurden erfolgreiche Versuche mit EPE durchgeführt. Alle in den Figuren 1 bis 13 abgebildeten Partikelschaum-Werkstoffe können mit allen dort dargestellten Fremdmaterialien kombiniert werden. Die in den Figuren 1 bis 13 dargestellten Partikelschaum-Formteile wurden jeweils in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt, mit einem sog. in mould Verfahren.
Vorzugsweise können die Fremdmaterialien ausgewählt werden aus Folien, Textilien, Platten, festen Körpern und Kombinationen davon. Die Folien können dabei sowohl Polymerfolien wie auch Metallfolien sein. Die Textilien können natürliche Fasern, polymere Fasern, metallische Fasern und Kombinationen davon sein und als Gewebe, Gelege, Rovings, Gewirke, Geflechte, Gestricke und Kombinationen davon vorliegen. Unter Platten werden Körper verstanden, deren flächige Ausdehnung ein Vielfaches ihrer Dicke beträgt. Die Platten können ebenfalls aus natürlichen Materialien, polymeren Materialien, metallischen Materialien und Kombinationen davon bestehen. Mit festen Körpern sind Körper gemeint, deren drei Dimensionen im Wesentlichen in der gleichen Größenordnung liegen. Diese Körper können ebenfalls natürliche Materialien, polymere Materialien, metallische Materialien und Kombinationen davon umfassen.
Die Abkürzungen werden wir folgt verwendet: „EPP“ = expandiertes Polypropylen, „EPC“ = expandiertes Polycarbonat, „EPS“ = expandiertes Polystyrol, „ETPU“ = expandiertes thermoplastisches Polyurethan, „EPE“ = expandiertes Polyethylen, „GFK“ = glasfaserverstärkter Kunststoff. Mit dem Begriff „Organoblech“ wird ein Faserverbundwerkstoff bezeichnet, bei dem in eine thermoplastische Matrix Fasern wie Glas, Aramid (aromatische Polyamide) oder Carbon gegeben werden.
Nachstehend wird nun exemplarisch der Reaktionsmechanismus einer nanoskalige, grenzflächen-bestimmte Materialien enthaltenden Emulsion zur wasserdampffreien Herstellung von Partikelschaum-Formteilen dargestellt.
Eine feinteilige wässrige Emulsion eines mit Maleinsäureanhydrid modifizierten Polyolefins wird mit 1 % bis 2 % (bezogen auf den Polyolefin-Festkörper) eines epoxyterminierten Silans versetzt. Dieses Silan kann der wässrigen AMP-Emulsion durch einfaches Rühren beigemengt werden. Um die Mischung aus AMP-Emulsion und Silan lagerstabil zu halten, sollen die gewünschten Reaktionen jedoch nicht schon im Lagerbehälter erfolgen, sondern erst bei der Funktionalisierung der Partikelschaum- Teilchen.
Zur Vermeidung einer vorzeitigen Hydrolyse des Silans im Wasser der Emulsion ist es besonders bevorzugt, die wässrige AMP-Emulsion mittels Zugabe von Diethylethanolamin auf einen pH-Wert von 8,3 bis 8,4 einzustellen. Bei der der Applikation folgenden Filmbildung steigt der pH-Wert auf 8,8 bis 9,2 an und es kommt zu den nachstehenden Reaktionen:
i) Hydrolyse des epoxyterminierten Silans im Wasser der wässrigen AMP-Emulsion
(wobei die Substituenten Y und R unterschiedlich ausgeführt sein können)
ii) Kondensation
Diese Kondensation führt zur Haftung der wässrigen AMP-Emulsion auf den Partikelschaum-Teilchen und zu deren Vernetzung.
In der wässrigen AMP-Emulsion ergeben sich folgende Reaktionen mit dem Epoxysilan: iii) Anlagerung des Silans an die nachstehend dargestellte Gruppe des Acrylsäureesters und anschließende Hydrolyse iv) Vernetzung (chemische und physikalische Belastbarkeit)
c
\ v) Haftung der wässrigen AMP-Emulsion auf der Oberfläche der Partikelschaum- Teilchen, eine schematische Darstellung der Haftung wird in Figur 14 wiedergegeben.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Partikelschaum-Formteilen anhand einer konkreten Prozessbeschreibung dargestellt.
Schritt 1: Vorbereitung der Partikel
Verwendet werden handelsübliche Partikelschäume. Beispielhaft kann hier Partikelschaum auf Basis von PP, z.B. unter dem Markennamen ARPRO von der Firma JSP, Neopolen P von der Firma BASF oder Eperan P von der Firma Kaneka genannt werden. Partikelschaum auf Basis von PS ist u.a. unter dem Namen Styropor von BASF bekannt. Weitere verarbeitbare Partikelschäume sind z.B. Piocelan von Sekisui, Infinergy von BASF, ArmaShape von Armacell, um nur eine kleine Auswahl zu nennen.
Die Partikelschaum-Teilchen werden in einer geeigneten Anlage/Vorrichtung/Gefäß mit einer geringen Menge des Aktivators (d.h. der erfindungsgemäßen wässrigen AMP- Emulsion) vermischt. Hierbei ist darauf zu achten, dass die Partikelschaum-Teilchen einen möglichst gleichmäßigen Film auf der Oberfläche erhalten. Eine Überdosierung schadet dem Fertigungsablauf nicht, kann ihn aber ggf. verlängern, was unwirtschaftlich ist. Nach dem gleichmäßigen Mischen werden die nun funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen in der Mischeinrichtung wieder bis zur Rieselfähigkeit getrocknet. Der Aktivator ist nun auf der Oberfläche der funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen fest verbunden.
Schritt 2: Zwischenlagerung oder Trocknung der Partikelschaum-Teilchen
Es empfiehlt sich, die funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen eine kurze Zeit zwischenzulagern, bevor die Weiterverarbeitung erfolgt. Werden die Partikelschaum- Teilchen für eine später geplante Verarbeitung vorbereitet schadet es dem Verfahren nicht, wenn der Aktivator vollständig aufgetrocknet ist. Eine maximale Lagerdauer ist zum aktuellen Entwicklungsstand noch nicht festgestellt worden.
Schritt 3: Vorbereitung von Formwerkzeug und Maschine
Für eine wirtschaftliche Fertigung empfiehlt es sich, ein indirekt beheiztes Formwerkzeug anzufertigen. Der generelle Grundaufbau ist einem Spritzgießwerkzeug sehr ähnlich. Wichtig ist, dass das vorgesehene Formwerkzeug schnelle und absolut trockene Zyklen über einen großen Temperaturverlauf abbilden kann, wobei das Temperaurfenster, je nach eingesetztem Partikelschaum, zwischen 60 °C und 220 °C liegen kann. Bewährt hat sich hier u.a. die Verwendung von externen Temperiergeräten, wie sie z.B. ebenfalls aus dem klassischen Spritzguss bekannt sind. Auch variotherme Regelungen können vorteilhaft eingesetzt werden. Das für den Einsatz vorgesehene Formwerkzeug ist mit einer geeigneten Antihaftversiegelung, z.B. mit PTFE (Polytetrafluorethylen / Teflon®), zu versehen, damit eine nicht mehr lösbare Verbindung zwischen Partikelschaum und Werkzeugoberfläche vermieden wird. Das Formwerkzeug wird auf eine entsprechend modifizierte Partikelschaumpresse aufgebaut. Die Modifikationen beziehen sich maßgeblich auf die Integration des Temperiergerätes sowie die Anpassung der Prozesssoftware an den dampf- und wasserfreien Ablauf.
Schritt 4: Befüllen der Form
Nachdem die beiden Formhälften geschlossen wurden, werden nun die funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen, mittels einer üblichen Fülleinrichtung für Partikelschaum, über Druckschläuche und Füllinjektoren, in das Formwerkzeug gefüllt. Die Fülleinrichtung ermöglicht eine Kompression der funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen im Formwerkzeug (pneumatisch, mechanisch oder in Kombination), wobei die Kompressionsrate bis zu 50 % der ursprünglichen Schüttdichte betragen kann. Durch die Kompression im Formwerkzeug wird maßgeblich die spätere Formteildichte beeinflusst.
Für die Herstellung von Formteilen mit ein- oder beidseitiger Verbindung mit speziellen Deckschichten oder Kaschierungen (Sandwichbauteilen), werden die zu verbindenden Materialien (d.h. Fremdmaterialien) vor dem Einfüllen der funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen im Formwerkzeug fixiert. Es ist dabei darauf zu achten, dass die Positionen der Füllinjektoren hierbei frei bleiben oder so angeordnet sind, dass der Zufluss der funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen nicht behindert wird.
Schritt 5: Prozessablauf
Das mit den funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen befüllte Formwerkzeug wird nun, mittels der bereits beschriebenen Temperiereinrichtung, auf die erforderliche Prozesstemperatur gebracht. Die Dauer der Beheizung hängt maßgeblich vom eingesetzten Partikelschaum und von der maximalen Wandstärke des Formteils ab. Nach dem Erreichen der erforderlichen Kerntemperatur, welche ggf. mittels Temperatursonden im Innern des Formteils gemessen werden kann, wird das Formwerkzeug auf eine Entformungstemperatur von ca. 40 °C bis 80 °C abgekühlt.
Schritt 6: Entformung
Nach Erreichen der Entformungstemperatur wird das Formwerkzeug geöffnet und das gebildete Formteil verbleibt i.d.R. im sogenannten Haubenteil des Formwerkzeuges. Die Entnahme des Formteils erfolgt dann entweder manuell oder mithilfe von Saugern und Entnahmevorrichtungen, wie z.B. Handlingrobotern. Auch eine mechanische Entformung über eine spezielle Auswerferfunktion der Füllinjektoren ist möglich. Das gebildete Formteil kann sofort weiterverarbeitet werden. Weitere Prozessschritte sind nicht erforderlich. In den Figuren 15 bis 23 wird ein genereller Fertigungsablauf dargestellt.
Figur 15 zeigt eine schematische Darstellung einer geeigneten, vollautomatischen Mischeinrichtung. Demgegenüber zeigt Figur 16 eine fotografische Abbildung einer halbautomatischen Mischeinrichtung, in welcher Partikelschaum-Teilchen und Aktivator schon gemischt, aber noch nicht getrocknet sind. In Figur 17 wird dann die fotografische Abbildung der halbautomatischen Mischeinrichtung gezeigt, in der Partikelschaum- Teilchen und Aktivator gemischt und getrocknet sind. Die rieselfähigen funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen können nun entnommen werden.
Figur 18 zeigt eine fotografische Abbildung eines geöffneten Formwerkzeuges, das auf der vorbereiteten Maschine eingebaut ist. Die (grüne) Werkzeugoberfläche kommt durch die Antihaftbeschichtung mit Teflon zustande. Auf der rechten Formhälfte sind die verschlossenen Tieflochbohrungen der indirekten Temperierung gut zu erkennen.
Der Figur 19 ist eine fotografische Abbildung der Haubenseite des Formwerkzeuges zu entnehmen. Zu erkennen sind die beiden Füllinjektoren sowie die komplett geschlossene Werkzeugoberfläche.
Eine Füllvorrichtung wird in Figur 20 anhand einer fotografischen Abbildung dargestellt. Die funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen befinden sich im Druckbehälter. Über die teiltransparenten Druckschläuche werden die funktionalisierbaren Partikelschaum- Teilchen im Prozess zu den Füllinjektoren geleitet. Figur 21 zeigt eine fotografische Abbildung des geschlossenen Formwerkzeuges.
Nach dem Prozess wird das Formwerkzeug geöffnet, die Figur 22 zeigt eine fotografische Abbildung, bei der das gebildete Partikelschaum-Formteil beispielhaft ein schwarzes EPP ist, das sich noch in der Haubenseite befindet. In sehr ähnlicher Darstellung zeigt Figur 23 eine fotografische Abbildung, bei der das gebildete Partikelschaum-Formteil beispielhaft weißes EPS ist, das sich noch in der Haubenseite befindet.
Die Figuren 24 bis 26 zeigen, wie vorstehend schon angesprochen, die weitere Bandbreite zur Verwendung der erfindungsgemäßen wässrigen AMP-Emulsion, bei der in dieser Ausführungsform ein geschäumtes Maisgranulat zu Partikelschaum-Formteilen verarbeitet werden kann. Die Verfahrensführung ist im Wesentliche die gleich wie für Partikelschäume aus Kunststoffen. Es werden hier ebenfalls formstabile und mechanische feste Partikelschaum-Formteile erhalten, wie aus den Figuren 24 und 25 ersichtlich ist. Bei der in Figur 25 dargestellten Ausführungsform wurde ein Stromkabel in das geschäumte Maisgranulat eingebettet und mit diesem zusammen der Formgebung unterzogen.
In den Figuren 27 bis 32 werden Beispiele für ganz spezielle Ausführungsformen und Verwendungen gegeben, bei denen Metalle mittels der erfindungsgemäßen wässrigen AMP-Emulsion miteinander verbunden werden. So ist in Figur 27 zu erkennen, dass zwei Aluminiumblöcke miteinander in einer Weise verbunden wurden, die von der erfindungsgemäßen wässrigen AMP-Emulsion nicht zu erwarten war. Der rechte der beiden Aluminiumblöcke liegt teilweise auf einer Tischplatte auf und wird dort von Hand gehalten, während sich der linke Aluminiumblock frei in der Luft befindet und nur durch die Verbindung gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens gehalten wird.
Als weiteres Beispiel wurde für Figur 28 zwei Edelstahlteile mit der erfindungsgemäßen wässrigen AMP-Emulsion verbunden, wobei hier die haltende Hand teilweise zu sehen ist und das untere der beiden Edelstahlteile frei hängt und nur durch die Verbindung gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens gehalten wird. In gleicher Weise wird in Figur 29 die feste Verbindung von zwei Messingringen miteinander durch die Verbindung gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt.
Ferner stellt Figur 30 zwei miteinander durch die Verbindung gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens verbundene Stahlbolzen dar, wobei der linke der Stahlbolzen teilweise auf einer Tischplatte aufliegt und wird dort von Hand gehalten, während sich der rechte Stahlbolzen frei in der Luft befindet. Bemerkenswert ist hier die im Vergleich zu den anderen Beispielen geringe Verbindungsfläche zwischen den beiden Stahlbolzen vor dem Hintergrund der hohen Dichte (des hohen Gewichts) der beiden Teile.
Schließlich wird in den Figuren 31 und 32 gezeigt, dass gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens auch Paarungen von unterschiedlichen Metallen fest miteinander verbunden werden können, in Figur 31 die Paarung Stahl und Aluminium, in Figur 32 die Paarung Stahl und Messing, wobei in letzterer der schwerere Stahlbolzen frei hängt und nur durch die Verbindung gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens an dem Messingteil gehalten wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Partikelschäumen, umfassend die
Schritte
a) Bereitstellen von Partikelschaum-Teilchen,
b) Benetzen der Partikelschaum-Teilchen mit einer wässrigen Emulsion zumindest eines Polyolefins und dadurch Erhalten von funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen,
c) Trocknen der benetzten und funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen, d) Formgeben der funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen,
e) Erhitzen der formgegebenen, funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzbereichs der Partikelschaum-Teilchen und dadurch Funktionalisieren der formgegebenen, funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen, wobei die Partikelschaum-Teilchen miteinander verbunden werden, und
f) Abkühlen und dadurch Erhalten des Partikelschaum-Formteils,
dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Emulsion des zumindest einen
Polyolefins eine wässrige Emulsion ist, die zumindest ein mit einem Anhydrid einer ungesättigten Carbonsäure in den flüssigen Zustand überführtes und mit
Methacrylsäureester-Copolymeren modifiziertes Polyolefin umfasst.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die wässrige Emulsion eine chlorfreie wässrige Emulsion zumindest eines mit Maleinsäureanhydrid in den flüssigen Zustand überführten und mit einem Acrylatharz modifizierten Polyolefins ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der wässrigen Emulsion des zumindest einen mit einem Anhydrid einer ungesättigten Carbonsäure in den flüssigen Zustand überführten und mit Methacrylsäureester-Copolymeren modifizierten Polyolefins zumindest ein epoxyterminiertes Silan zugesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Zusetzen des zumindest einen epoxyterminierten Silans zu der wässrigen Emulsion des zumindest einen mit einem Anhydrid einer ungesättigten Carbonsäure in den flüssigen Zustand überführten und mit Methacrylsäureester-Copolymeren modifizierten Polyolefins unmittelbar vor
Schritt b) erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der wässrigen Emulsion des zumindest einen mit einem Anhydrid einer ungesättigten Carbonsäure in den flüssigen Zustand überführten und mit Methacrylsäureester-Copolymeren modifizierten Polyolefins zumindest ein Epoxidharz zugesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die in Schritt a) bereitgestellten
Partikelschaum-Teilchen zwei oder mehr unterschiedliche Partikelschaum- Werkstoffe umfassen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend vor Schritt d) den Schritt
dO) Bereitstellen eines Fremdmaterials, das mit den Partikelschaum-Teilchen ein Verbundformteil ausbildet,
wobei in Schritt d) das Formgeben der funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen in direktem Kontakt mit dem Fremdmaterial durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei nach Schritt f) ein bereits fertiges Partikelschaum-Formteil mit einem weiteren Partikelschaum-Formteil verbunden oder mit einem Fremdmaterial versehen wird, wofür analog zu Schritt b) die wässrige Emulsion des zumindest einen mit einem Anhydrid einer ungesättigten Carbonsäure in den flüssigen Zustand überführten und mit Methacrylsäureester- Copolymeren modifizierten Polyolefins auf die betreffenden Flächen der miteinander zu verbindenden Teile aufgetragen, diese gemäß Schritt c) getrocknet und anschließend analog zu Schritt d) gefügt werden, bevor der zu erstellende Verbund zum Verbinden gemäß Schritt e) erhitzt und gemäß Schritt f) abgekühlt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei
das Formgeben in Schritt d) zumindest zeitweise unter mechanischem Druck erfolgt und/oder
das Erhitzen in Schritt f) drucklos erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei
- in einem modifizierten Schritt d) das Formgeben in einzelnen Lagen und/oder Strukturen von funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen erfolgt und
- in einem modifizierten Schritt e) das Erhitzen mit einer örtlich fokussierbaren Energiequelle erfolgt, so dass die funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen in den einzelnen Lagen oder Strukturen miteinander verbunden werden, und
- in einem modifizierten Schritt f) das Abkühlen durch Deaktivieren der örtlich fokussierbaren Energiequelle erfolgt, so dass zunächst ein partielles Partikelschaum-Formteil erhalten wird,
wobei anschließend an den modifizierten Schritt f) in einem Schritt g) zumindest eine weitere Lage und/oder eine weitere Struktur von funktionalisierbaren Partikelschaum-Teilchen in Kontakt mit dem partiellen Partikelschaum-Formteil bereitgestellt wird,
wonach die modifizierten Schritte d), e) und f) sowie Schritt g) wiederholt werden, bis das fertige Partikelschaum-Formteil erreicht ist.
11. Partikelschaum-Formteil, erhältlich durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Verwendung einer chlorfreien wässrigen Emulsion zumindest eines Polyolefins, die zumindest ein mit einem Anhydrid einer ungesättigten Carbonsäure in den flüssigen Zustand überführtes und mit Methacrylsäureester-Copolymeren modifiziertes Polyolefin umfasst, zur Herstellung von Partikelschaum-Formteilen, wobei der Partikelschaum aus thermoplastischen Kunststoffen ausgewählt ist.
13. Verwendung einer chlorfreien wässrigen Emulsion zumindest eines Polyolefins, die zumindest ein mit einem Anhydrid einer ungesättigten Carbonsäure in den flüssigen Zustand überführtes und mit Methacrylsäureester-Copolymeren modifiziertes Polyolefin umfasst, zur Herstellung von Partikelschaum-Formteilen, wobei der
Partikelschaum aus natürlichen nachwachsenden Rohstoffen ausgewählt ist.
14. Verwendung einer chlorfreien wässrigen Emulsion zumindest eines Polyolefins, die zumindest ein mit einem Anhydrid einer ungesättigten Carbonsäure in den flüssigen Zustand überführtes und mit Methacrylsäureester-Copolymeren modifiziertes
Polyolefin umfasst, zum dauerhaften Verbindung von metallischen Oberflächen.
15. Verwendung einer chlorfreien wässrigen Emulsion zumindest eines Polyolefins nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die chlorfreie wässrige Emulsion eine wässrige Emulsion zumindest eines mit Maleinsäureanhydrid in den flüssigen
Zustand überführten und mit einem Acrylatharz modifizierten Polyolefins ist.
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