Beschreibungdescription
Offenzelliger und vernetzter Polymerschaum aus Polyolefinen und PolystyrolOpen-cell and cross-linked polymer foam made of polyolefins and polystyrene
Technisches Gebiet Die Erfindung betrifft vernetzte Polymerschäume, enthaltend Polyolefine und Polystyrol, die einen hohen Anteil an offenen Zellen aufweisen, ein Verfahren zur Herstellung der Polymer¬ schäume und deren Verwendung.TECHNICAL FIELD The invention relates to crosslinked polymer foams comprising polyolefins and polystyrene which have a high proportion of open cells, to a process for producing the polymer foams and to their use.
Offenzellige Polymerschäume werden aufgrund ihrer Weichheit und des hohen Rückstellvermögens häufig als Verpackungsmaterial oder Isolationsmaterial eingesetzt. Darüber hinaus besitzen sie eine poröse Struktur, die ihre Verwendung als Filtermaterial oder als schalldämmendes Material möglich macht.Open-cell polymer foams are often used as packaging material or insulation material due to their softness and high resilience. In addition, they have a porous structure, which makes their use as a filter material or as a sound-absorbing material possible.
Stand der Technik Polyolefinschäume sind im Allgemeinen geschlossenzellig und weisen nur ein geringes Rückstellvermögen auf. Die Zellen dieser Schäume können zwar mechanisch geöffnet werden, z. B. durch Walzen (DE 198 40 203 Al) oder Einbringen und Entzünden eines Knallgasgemischs, allerdings weisen die so hergestellten, offenzelligen Polyolefinschäume nach wie vor eine rigide Grundstruktur auf .Background of the Invention Polyolefin foams are generally closed cell and have low recovery. Although the cells of these foams can be opened mechanically, for. B. by rolling (DE 198 40 203 Al) or introducing and igniting a blast gas mixture, however, the open-cell polyolefin foams thus produced still have a rigid basic structure.
Zur Verbesserung der Elastizität von Polyolefinschäumen mit geschlossenen Zellen ist es bekannt, Polymerblends aus Polyole- finen und Polystyrol einzusetzen. Polyolefine wie Polypropylen oder Polyethylen sind allerdings mit Polystyrol inkompatibel, d. h. Blends dieser Polymere sind nur schwer herstellbar, da sich die Schmelzen kaum mischen und wieder in die Komponenten auftrennen. Dementsprechend sind hieraus hergestellte Formkör¬ per häufig inhomogen.
Durch Zugabe von Kompatibilisierungsmitteln wie Polymere mit langen Seitenketten oder hydrierte Polystyrol-Butadien- Block-co-polymeren (EP 0 313 653 Bl) können Mischungen von inkompatiblen Polymeren stabilisiert werden. Es ist weiterhin möglich, die Kompatibilität von Polyethylen und PoIy-styrol durch Pfropfen des Polyethylens mit Styrolmonomeren oder Vinylsilanen (EP 0 055 460 Bl, EP 0 646 622 Al, US 4,694,025) zu verbessern.To improve the elasticity of closed cell polyolefin foams, it is known to use polymer blends of polyolefin and polystyrene. Polyolefins such as polypropylene or polyethylene, however, are incompatible with polystyrene, ie blends of these polymers are difficult to produce because the melts hardly mix and re-break into the components. Accordingly, molded articles produced therefrom are often inhomogeneous. By adding compatibilizing agents such as polymers having long side chains or hydrogenated polystyrene-butadiene block co-polymers (EP 0 313 653 B1), mixtures of incompatible polymers can be stabilized. It is furthermore possible to improve the compatibility of polyethylene and polystyrene by grafting the polyethylene with styrene monomers or vinylsilanes (EP 0 055 460 B1, EP 0 646 622 A1, US Pat. No. 4,694,025).
Nachteilig an diesen Systemen ist neben der aufwendigen Prozessführung deren geringer Vernetzungsgrad. Der geringe Vernetzungsgrad resultiert vermutlich aus der Inkompatibilität der Komponenten und der auch ohne Vernetzung bereits schwieri¬ gen Mischbarkeit. Werden die Komponenten vor der Mischung (an-) vernetzt, so sinkt deren Mischbarkeit noch weiter.A disadvantage of these systems, in addition to the complex process control whose low degree of crosslinking. The low degree of crosslinking presumably results from the incompatibility of the components and the miscibility, which is difficult even without crosslinking. If the components are cross-linked prior to mixing, their miscibility decreases even further.
Ein Verfahren zur Herstellung von leicht vernetzten, offen- zelligen Polymerschäumen aus Polyethylen und Polystyrol offenbart EP 1 816 37 A2. Hier werden Polymerschäume durch Extrusion unter bestimmten Druck- und Temperaturverhältnissen hergestellt. Zur Einstellung dieser Verfahrensbedingungen darf der Vernetzungsgrad 10 % nicht überschreiten. Für viele Schaum¬ stoffanwendungen ist dieser Vernetzungsgrad zu niedrig.A process for producing slightly crosslinked, open-celled polymer foams of polyethylene and polystyrene is disclosed in EP 1 816 37 A2. Here polymer foams are produced by extrusion under certain pressure and temperature conditions. To set these process conditions, the degree of crosslinking must not exceed 10%. For many foam applications, this degree of crosslinking is too low.
US 4,694,025 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von vernetzten Polymerschäumen aus Polystyrol und Polyethylen, wobei zunächst eine Pfropfung des Polyethylens mit Azidosilanen zur Verbesserung der Mischbarkeit der polymeren Komponenten durchgeführt wird. Dieses leicht anvernetzte Gemisch wird anschließend in einem Exruder mit einer alkoholhaltigen Treibgasmischung versetzt, so dass die Mischung nach Austritt aus dem Extruder aufschäumt. Die Verwendung von alkoholhaltigen Treibgasen macht das Verfahren sicherheitstechnisch aufwendig. Zudem ist die Kontrolle des Vernetzungsgrads schwierig, da dieser hier nicht nur von der Kinetik der Vernetzungsreaktion, sondern auch vom Entfernen des Alkohols aus der Mischung abhängt. Zur Vermeidung einer zu starken Vernetzung werden mit
dem Verfahren der US 4,694,025 nur leicht vernetzte Schäume hergestellt. Der Vernetzungsgrad der Schäume ist nicht angege¬ ben.US 4,694,025 discloses a process for the preparation of crosslinked polymer foams of polystyrene and polyethylene, wherein first a grafting of the polyethylene with azidosilanes to improve the miscibility of the polymeric components is performed. This slightly cross-linked mixture is then mixed in an exuder with an alcohol-containing propellant gas mixture, so that the mixture foams after exiting the extruder. The use of alcoholic propellants makes the process technologically complex. In addition, the control of the degree of crosslinking is difficult, since this depends not only on the kinetics of the crosslinking reaction, but also on the removal of the alcohol from the mixture. To avoid too much networking with the process of US 4,694,025 produced only slightly crosslinked foams. The degree of crosslinking of the foams is not indicated.
Aufgabe Vernetzte Polyolefinschäume weisen gegenüber unvernetzten Schäumen eine erhöhte mechanische Stabilität auf, besitzen aber in der Regel eine geschlossene Zellstruktur. Insbesondere für Anwendungen zur Schalldämmung oder Stoßabsorption wäre es wünschenswert, Materialien aus offenzelligen Polyolefinschäumen einzusetzen. Es war daher die Aufgabe der vorliegenden Erfin¬ dung, Materialien dieser Art ohne die Nachteile des Standes der Technik zur Verfügung zu stellen.Task Crosslinked polyolefin foams have an increased mechanical stability compared to uncrosslinked foams, but as a rule have a closed cell structure. In particular, for applications for sound insulation or shock absorption, it would be desirable to use materials made of open-cell polyolefin foams. It was therefore the object of the present invention to provide materials of this type without the disadvantages of the prior art.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher offenzellige und vernetzte Polymerschäume, enthaltend 50 bis 95 Gew.-% Polyolefine und 5 bis 50 Gew.-% Polystyrol, wobei der Polymer¬ schaum einen Anteil an offenen Zellen nach ASTM D2856 von 40 bis 99 % und einen Vernetzungsgrad gemäß Gelanteil nach ASTM 2765 von 40 bis 95 % aufweist.The present invention therefore relates to open-cell and crosslinked polymer foams containing 50 to 95% by weight of polyolefins and 5 to 50% by weight of polystyrene, the polymer foam having a proportion of open cells according to ASTM D2856 of 40 to 99% and a Degree of crosslinking according to gel content according to ASTM 2765 of 40 to 95%.
Der Anteil an offenen Zellen des erfindungsgemäßen Polymer¬ schaums beträgt bevorzugt 60 bis 99 %, insbesondere 85 bis 95 % bzw. 90 bis 99 %.The proportion of open cells of the polymer foam according to the invention is preferably 60 to 99%, in particular 85 to 95% or 90 to 99%.
Der Anteil an Polystyrol im Polymerschaum beträgt höchstens 50 Gew.-%, kann aber in weiten Grenzen eingestellt werden. Bevorzugt sind Mengenverhältnisse an Polyolefin und Polystyrol von jeweils 60 und 40 Gew.-%, 70 und 30 Gew.-%, 80 und 20 Gew.-%, 90 und 10 Gew.-%.The proportion of polystyrene in the polymer foam is at most 50 wt .-%, but can be adjusted within wide limits. Preference is given to proportions of polyolefin and polystyrene of in each case 60 and 40% by weight, 70 and 30% by weight, 80 and 20% by weight, 90 and 10% by weight.
Als Polyolefine werden insbesondere Polyethylen und/oder Polypropylen, jeweils als Homopolymer, Copolymer oder Polymer- blend eingesetzt.
Es können auch Gemische aus mehreren unterschiedlichen Polysty¬ rolen, Polyethylenen und/oder Polypropylenen, z. B. mit unterschiedlichen Molmassen oder Schmelzflussindizes eingesetzt werden.Polyolefins used are in particular polyethylene and / or polypropylene, in each case as homopolymer, copolymer or polymer blend. It is also possible to use mixtures of a plurality of different polystyrenes, polyethylenes and / or polypropylenes, eg. B. be used with different molecular weights or melt flow indices.
Die polymeren Komponenten werden insbesondere ohne vorhergehen¬ de Funktionalisierung oder Kompatibilisierung wie Pfropfung mit Silanen oder Monomeren wie Styrol oder Methacrylat, Ätzen, Bestrahlen, Beflammen oder Coronabehandlung eingesetzt.The polymeric components are used in particular without any prior functionalization or compatibilization, such as grafting with silanes or monomers, such as styrene or methacrylate, etching, irradiation, flaming or corona treatment.
Bevorzugt enthalten erfindungsgemäße Polymerschäume neben den polymeren Komponenten (Polyolefin und Polystyrol) keine weiteren Polymere, so dass sich die o. g. Gewichtsanteile vonPolymer foams according to the invention preferably contain, in addition to the polymeric components (polyolefin and polystyrene), no further polymers, so that the o. G. Weight shares of
Polyolefin und Polystyrol auf 100 % addieren. Optional ist es möglich, geringe Anteile von 1 bis 10 Gew. % (bezogen auf denAdd polyolefin and polystyrene to 100%. Optionally, it is possible to use small amounts of from 1 to 10% by weight (based on the
Polymeranteil im Schaum) an weiteren Polymeren wie Polyethylen- vinylacetat, Polyethylenethylacetat, Polyethylenvinylbutyral, hydriertes Polystyrol und/oder Polybuten zuzusetzen.Polymer fraction in the foam) to other polymers such as polyethylene vinyl acetate, polyethylene ethyl acetate, polyethylene vinyl butyral, hydrogenated polystyrene and / or polybutene.
Weitere Zusätze können Farbadditive, Antioxidantien, Pigmente, Ruß oder auch Vernetzungshilfsmittel wie z. B. Triallyl- isocyanurate sein.Other additives may color additives, antioxidants, pigments, carbon black or crosslinking aids such. B. triallyl isocyanurates.
Für ein gutes Mischungsergebnis der inkompatiblen Polymere ist es vorteilhaft, Polymere mit bestimmten Schmelzflussindizes zu verwenden. In einer besonderen Variante der Erfindung werden Polyolefine mit einem Schmelzflussindex von 0,5 bis 10 g/10 min., bevorzugt 1,5 bis 4,0 g/10 min (190 0C, 2,16 kg) und/oder Polystyrole mit einem Schmelzflussindex von 0,5 bis 8, bevor¬ zugt 1 bis 5 g/10 min (200 0C, 5 kg) eingesetzt. Die Schmelz¬ flussindizes werden nach DIN 53735 bestimmt.For a good mixing result of the incompatible polymers, it is advantageous to use polymers with certain melt flow indices. In a particular variant of the invention are polyolefins having a melt flow index of 0.5 to 10 g / 10 min., Preferably 1.5 to 4.0 g / 10 min (190 0 C, 2.16 kg) and / or polystyrenes with a melt flow index of 0.5 to 8, preferably 1 to 5 g / 10 min (200 0 C, 5 kg) used. The melt flow indices are determined according to DIN 53735.
Zur Bestimmung des Vernetzungsgrades des erfindungsgemäßen Schaums wird dessen Gelanteil herangezogen. Hierbei wird gemäß ASTM 2765 der in einem organischen Lösungsmittel (Xylol, Benzol o. Ä.) unlösliche Rückstand des Polymerschaums bestimmt und im Verhältnis zur eingesetzten Menge des Schaums gesetzt. Bevor-
zugt weisen die erfindungsgemäßen Polymerschäume Gelanteile von 60 bis 90 bzw. 70 bis 85 % auf.To determine the degree of crosslinking of the foam according to the invention, its gel fraction is used. Here, according to ASTM 2765, the residue of the polymer foam which is insoluble in an organic solvent (xylene, benzene or the like) is determined and added in relation to the amount of foam used. Before- The polymer foams according to the invention have gel proportions of 60 to 90 or 70 to 85%.
Erfindungsgemäße Polymerschäume zeigen ein hervorragendes Rückstellvermögen. So kann die Druckspannung des Schaums nach ISO 3386/1 bei einer 25 %igen Verformung 2 bis 40 kPa, insbe¬ sondere 5 bis 20 kPa betragen. Optional weisen die erfindungs- gemäßen Polymerschäume Druckspannungen gemäß der folgenden Tabelle auf:Inventive polymer foams show excellent resilience. Thus, the compressive stress of the foam according to ISO 3386/1 with a 25% deformation can be 2 to 40 kPa, in particular 5 to 20 kPa. Optionally, the polymer foams according to the invention have compressive stresses according to the following table:
Druckspannung nach ISO 3386/1 Wert [kPa]Compressive stress according to ISO 3386/1 value [kPa]
10 % Verformung 1 - 1010% deformation 1 - 10
25 % Verformung 2 - 20, insbesondere 2 - 1025% deformation 2 - 20, especially 2 - 10
50 % Verformung 3 - 40, insbesondere 5 - 3050% deformation 3 - 40, in particular 5 - 30
Weiterhin beträgt der Druckverformungsrest der erfindungs- gemäßen Polymerschäume nach ISO 1856 bei einer ursprünglichen Verformung von 25 % nach 24 Stunden Entlastungszeit 0,1 bis 5 %, insbesondere 0,1 bis 3 %.Furthermore, the compression set of the inventive polymer foams according to ISO 1856 at an initial deformation of 25% after 24 hours unloading time is 0.1 to 5%, in particular 0.1 to 3%.
Optional weisen die erfindungsgemäßen Polymerschäume Druckver- formungsreste gemäß der folgenden Tabelle auf:Optionally, the polymer foams according to the invention have compression molding radicals according to the following table:
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Polymerschaums durch die Verfahrens- schritte: a) Vermischen zumindest eines Teils der polymeren Komponenten bei einer Temperatur über deren Glastemperaturen, b) Zumischen von Vernetzungsmitteln, Verschäumungsmitteln und/oder des Restanteils der polymeren Komponenten, c) Vernetzen der polymeren Komponenten, d) Aufschäumen der vernetzten Mischung und e) mechanisches Öffnen der Zellen, wobei die Verfahrensschritte c + d auch überlappend bzw. gemeinsam vorgenommen werden können. Furthermore, the invention relates to a process for the preparation of the polymer foam according to the invention by the process steps: a) mixing at least a portion of the polymeric components at a temperature above their glass transition temperatures, b) admixing crosslinking agents, foaming agents and / or the remainder of the polymeric components, c ) Crosslinking of the polymeric components, d) foaming of the crosslinked mixture and e) mechanical opening of the cells, wherein the process steps c + d can also be carried out in overlapping or together.
Die Vernetzung der polymeren Komponenten kann mit den üblichen chemischen Vernetzungsmitteln wie Peroxiden (insbesondere Dicumyl-peroxid, Benzoylperoxid oder Di- (2-tert . -butyl- peroxo-iso-propyl) -benzol (DIB)) durchgeführt werden. Hier haben sich Anteile von 0,1 - 5 Gew.-% (bezogen auf die polyme¬ ren Komponenten) bewährt. Eine Vorvernetzung oder Pfropfung des Polyethylens ist im erfindungsgemäßen Verfahren nicht erforder- lieh. Die in EP 0 181 637 A2 genannten Vinyl- oder Azidosilane, auch in Verbindung mit einer metallorganischen Verbindung wie Dibutylzinnlaurat werden daher bevorzugt nicht verwendet.The crosslinking of the polymeric components can be carried out with the usual chemical crosslinking agents such as peroxides (in particular dicumyl peroxide, benzoyl peroxide or di (2-tert-butyl peroxo-iso-propyl) benzene (DIB)). Shares of 0.1-5% by weight (based on the polymer components) have proven useful here. Pre-crosslinking or grafting of the polyethylene is not required in the process according to the invention. The vinyl or azidosilanes mentioned in EP 0 181 637 A2, also in combination with an organometallic compound such as dibutyltin laurate, are therefore preferably not used.
Es ist auch möglich, die erfindungsgemäßen Polymerschäume durch Elektronenstrahlen, z. B. wie γ- oder ß- Strahlung mit einer Strahlendosis von 0,5 bis 6 Mrad zu vernetzen.It is also possible, the polymer foams according to the invention by electron beams, for. B. such as γ or ß radiation with a radiation dose of 0.5 to 6 Mrad to cross-link.
Zur Verschäumung werden insbesondere chemische Verschäumungs- mittel, d. h. Verbindungen, die thermisch in gasförmige Produkte gespalten werden, eingesetzt. Hierzu werden insbeson¬ dere Azoverbindungen in einem Anteil von 5 - 20 % Gew.-% (bezogen auf die polymeren Komponenten) eingesetzt. Besonders geeignet ist Azodicarbonsäureamid (Porofor ADC/Z-C2 der Fa. Bayer) .
Da zur Herstellung des erfindungsgemäßen Polymerschaumes inkompatible Polymere eingesetzt werden, ist der Mischprozess von entscheidender Bedeutung für die Homogenität des erhaltenen Produkts. Hier ist der Einsatz von entsprechend hohen Scher- kräften für eine ausreichende Mischgüte der inkompatiblen Polymerkomponenten notwendig.Foaming in particular uses chemical foaming agents, ie compounds which are thermally broken down into gaseous products. In particular azo compounds in a proportion of 5 to 20% by weight (based on the polymeric components) are used for this purpose. Particularly suitable is azodicarboxylic acid amide (Porofor ADC / Z-C2 from Bayer). Since incompatible polymers are used to produce the polymer foam according to the invention, the mixing process is of crucial importance for the homogeneity of the product obtained. Here, the use of correspondingly high shear forces is necessary for a sufficient mixing quality of the incompatible polymer components.
Im erfindungsgemäßen Verfahren kann die Mischung der polymeren Komponenten sowie das Zumischen der Vernetzungs- und/oder Verschäumungsmittel gemäß den Verfahrensschritten a) und b) diskontinuierlich in einem oder mehreren Knetern, Extrudern, Bussknetern, Stempelknetern und/oder Kalandern erfolgen.In the process according to the invention, the mixture of the polymeric components and the admixing of the crosslinking and / or foaming agents according to process steps a) and b) can be carried out batchwise in one or more kneaders, extruders, Bussknetern, Stempelknetern and / or calenders.
Zur Vereinfachung des Verfahrens ist es auch möglich, im Verfahrensschritt a) nur einen Teil der polymeren Komponenten, bevorzugt in den genannten Werkzeugen, vorzumischen und den Restanteil der polymeren Komponenten in Verfahrensschritt b) zuzumischen. Bevorzugt wird im ersten Mischschritt a) 10 bis 90 %, besonders bevorzugt 30 bis 70 % der Gesamtmenge an polymeren Komponenten als Masterbatch vorgemischt.To simplify the process, it is also possible in process step a) to premix only a portion of the polymeric components, preferably in the tools mentioned, and to mix in the remainder of the polymeric components in process step b). In the first mixing step a), preference is given to premixing 10 to 90%, particularly preferably 30 to 70%, of the total amount of polymeric components as masterbatch.
Zweckmäßigerweise wird zur Herstellung des Masterbatchs in a) die gesamte Menge an Polystyrol vorgelegt und mit einer entsprechenden Menge Polyolefin vermischt. Bei einem Gewichts¬ verhältnis im Polymerschaum von Polystyrol zu Polyolefin von 30:70 hat sich ein entsprechendes 50 :50-Verhältnis für den Masterbatch bewährt. Ein solcher Masterbatch kann anschließend in Verfahrensschritt b) mit der entsprechenden Menge Polyolefin aufgefüllt werden.Conveniently, the entire amount of polystyrene is initially charged for preparation of the masterbatch in a) and mixed with an appropriate amount of polyolefin. At a weight ratio in the polymer foam of polystyrene to polyolefin of 30:70, a corresponding 50:50 ratio for the masterbatch has been proven. Such a masterbatch can then be filled in process step b) with the appropriate amount of polyolefin.
Optional kann diesem Masterbatch bereits ein Teil oder die Gesamtmenge an Vernetzungs- und/oder Verschäumungsmitteln zugefügt werden. In einem weiteren, optional kontinuierlich, z. B. in einem Extruder, durchgeführten Mischschritt werden dann die restlichen Komponenten untergemischt. Auf diese Weise ist es möglich, die in der Regel arbeitsaufwendigen diskontinu¬ ierlichen Prozessschritte auf ein Minimum zu beschränken. Es
ist ebenso möglich, die Additive vollständig bei der Vermi¬ schung des Masterbatches mit den übrigen polymeren Bestandtei¬ len zuzugeben.Optionally, this masterbatch may already be added a part or the total amount of crosslinking and / or foaming agents. In another, optionally continuous, z. B. in an extruder, carried out mixing step then the remaining components are mixed. In this way it is possible to limit the usually labor-intensive discontinuous process steps to a minimum. It It is also possible to add the additives completely in the mixing of the masterbatch with the other polymeric constituents.
Verfahrensschritt a) kann daher diskontinuierlich in einem der genannten Werkzeuge und Verfahrensschritt b) kontinuierlich in einem Extruder durchgeführt werden.Process step a) can therefore be carried out batchwise in one of the said tools and process step b) continuously in an extruder.
In Verfahrensschritt a) und/oder b) können zusätzlich Additive wie Farbstoffe, inerte Füllstoffe, UV-Stabilisatoren oder Ruß zur Verbesserung der Leitfähigkeit zugemischt werden.In process step a) and / or b), it is additionally possible to admix additives such as dyes, inert fillers, UV stabilizers or carbon black to improve the conductivity.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Schäume kann wie die Herstellung von üblichen Polyolefinschäumen erfolgen. Solche Verfahren sind dem Fachmann z. B. aus EP 188 540 Al oder WO 99/64502 Al bekannt.The preparation of the foams of the invention can be carried out as the preparation of conventional polyolefin foams. Such methods are the expert z. B. from EP 188 540 Al or WO 99/64502 Al known.
Als Alternative zur bevorzugten chemischen Vernetzung können die erfindungsgemäßen Schäume durch strahlenchemische Vernet¬ zung mit nachfolgender Aufschäumung bei 170 bis 200 0C in Endlosbahnen mit einer Dicke von 0,5 bis 4 cm hergestellt werden.As an alternative to chemical crosslinking preferred foams of the invention may wetting followed by foaming at 170 to 200 0 C in endless webs with a thickness of 0.5 to 4 cm are produced by radiation chemical Vernet¬.
Die mechanische Öffnung der Polymerschäume gemäß Verfahrens- schritt e) kann z. B. durch Walzen oder Kneten des Schaums erfolgen. Vorzugsweise erfolgt das mechanische Öffnen der Zellen, indem der Polymerschaum auf 1 bis 80 %, bevorzugt 1 bis 50 %, besonders bevorzugt 2 bis 25 % und insbesondere 5 bis 10 % der ursprünglichen Dicke zusammengepresst wird.The mechanical opening of the polymer foams according to process step e) can, for. B. by rolling or kneading of the foam. Preferably, the cells are mechanically opened by compressing the polymer foam to 1 to 80%, preferably 1 to 50%, particularly preferably 2 to 25% and in particular 5 to 10% of the original thickness.
Bedingt durch den Anteil an Polystyrol im erfindungsgemäßen Polymerschaum-Ansatz verhält sich der Schaum bei der Verpres- sung völlig anders als ein reiner Polyethylen bzw. Polyolefinschaum: während sich die Zellen eines herkömmlichen Polyolefinschaumes durch Verpressen im Walzenspalt kaum öffnen, der Schaum vielmehr in seiner Festigkeit dauerhaft geschädigt wird, ohne dass ein größerer Anteil der Zellen tatsächlich
geöffnet wird, platzen bei dem erfindungsgemäßen Schaum die Zellen sehr leicht auf, so dass bei der vorstehend beschriebe¬ nen Verpressung im Walzenspalt in der Regel zumeist mehr als 90 % der Zellen geöffnet wird.Due to the proportion of polystyrene in the polymer foam approach according to the invention, the foam in the compression behaves completely different than a pure polyethylene or polyolefin foam: while the cells of a conventional polyolefin foam barely open by pressing in the nip, the foam rather in its strength permanently damaged without a larger proportion of the cells actually is opened, the cells burst very easily in the foam according to the invention, so that in the above beschriebe¬ NEN compression in the nip usually more than 90% of the cells is usually opened.
Liegt der geschlossenzellige Polymerschaum als Bahnenware vor, bietet sich der Einsatz eines Walzenpaares oder Kalanders an. Der angestrebte Anteil an offenen Zellen bestimmt den erforder¬ lichen Walzendruck; dies kann durch orientierende Versuche in einfacher Weise ermittelt werden. In der Praxis hat sich bewährt, den Walzenabstand auf 2 bis 25 %, bevorzugt 5 bis 10 % der ursprünglichen Schaumdicke einzustellen.If the closed-cell polymer foam is in the form of sheet goods, the use of a pair of rollers or calenders is the obvious choice. The desired proportion of open cells determines the required roller pressure; This can be easily determined by orienting experiments. In practice, it has proven useful to set the roll spacing to 2 to 25%, preferably 5 to 10%, of the original foam thickness.
Die erfindungsgemäßen Polymerschäume können zur Wärme- oder Schallisolation z. B. im Baubereich, insbesondere zur Isolation von Fenstern und Türen, als Filtermaterial, als Verpackungsma- terial insbesondere für Elektronikteile oder Computer, als Polstermaterial für Auto- oder Flugzeugsitze, in Schlafsäcken, Kleidung, Laptoptaschen, oder im Kfz-Bereich z. B. für Schall- isolation im Motorraum verwendet werden.The polymer foams of the invention can be used for heat or sound insulation z. As in the construction sector, in particular for the insulation of windows and doors, as a filter material, as packaging material in particular for electronic parts or computer, as cushioning material for car or aircraft seats, in sleeping bags, clothing, laptop bags, or in the automotive sector z. B. for sound insulation in the engine compartment.
Bestimmung des Vernetzungsgrades Zur Bestimmung des Vernetzungsgrades werden 0,3 + 0,01 g derDetermination of the degree of crosslinking To determine the degree of crosslinking, 0.3 + 0.01 g of the
Schaumprobe eingewogen (Wert 1) , in ein metallisches NetzFoam sample weighed (value 1), into a metallic net
(Leinenbindung, w: 0,50 mm, d: 0,20 mm, 36 mesh) eingewickelt und das Gewicht bestimmt (Wert 2) . Pro Prüfmuster werden 150 ml(Linen weave, w: 0.50 mm, d: 0.20 mm, 36 mesh) wrapped and the weight determined (value 2). For each sample 150 ml
Xylol in einen Rundkolben gegeben, jeweils drei Prüfmuster werden zusammen in einen Prüfkolben eingelegt, dies entspricht einem Volumen an Xylol von 450 ml pro Prüfkolben. Mittels einer elektrischen Heizbank wird das Xylol zum Sieden gebracht, die Prüfmuster zugegeben und 6 Stunden unter Rückfluss gekocht. Anschließend werden die Prüfmuster für mindestens 8 Stunden in einem Umlufttrockenschrank bei 70 0C getrocknet. Nach der Trocknung wird erneut das Gewicht bestimmt (Wert 3) .
Der Vernetzungsgrad in Prozent berechnet sich nach der folgen¬ den Formel :Xylene is placed in a round bottom flask, three test specimens are placed together in a test flask, this corresponds to a volume of xylene of 450 ml per test flask. The xylene is brought to a boil by means of an electric heating bench, the test samples are added and refluxed for 6 hours. Subsequently, the test samples are dried for at least 8 hours in a convection oven at 70 0 C. After drying, the weight is determined again (value 3). The degree of crosslinking in percent is calculated according to the following formula:
Vernetzungsgrad ιn% = 100 xlOODegree of crosslinking ιn% = 100 xlOO
WertλWertλ
BeispieleExamples
Verfahrensschritt a)Process step a)
Einsatzstoffe:Starting Materials:
Porofor ADC/Z-C2 (Azodicarbonamit) 17.36 Gew. %Porofor ADC / Z-C2 (azodicarbonamite) 17.36% by weight
SABIC LDPE 2102 TX00 57.85 Gew. %SABIC LDPE 2102 TX00 57.85% by weight
Polystyrol 158K (BASF) 24.79 Gew. %Polystyrene 158K (BASF) 24.79% by weight
Das Vermischen der Komponenten erfolgte über einen dampfbeheiz¬ ten Stempelkneter (Dampfdruck 5 bar) . Hierzu wurden die zu vermischenden Polymere in den Kneter gegeben, der Stempel zugefahren und bis zum Erreichen einer Massetemperatur von 1530C rund 8 min gemischt.The mixing of the components was carried out by means of a steam-heated paste kneader (steam pressure 5 bar). For this purpose, the polymers to be mixed were added to the kneader, the punch closed and mixed until reaching a melt temperature of 153 0 C for about 8 minutes.
Nachfolgend wurde der Stempel aufgefahren, die Mischung hinsichtlich Homogenität einer Sichtprüfung unterzogen und gegebenenfalls der Stempel von anhaftenden Granulatkörnern gereinigt. Anschließend wurde die Treibmittelmenge zu der Polymermischung gegeben, der Stempel zugefahren und bis zum Erreichen einer Massetemperatur von 155 0C für rund 3 min und 15 s gemischt.Subsequently, the stamp was raised, the mixture was visually inspected for homogeneity and, if appropriate, the stamp was cleaned of adhering granules. The amount of blowing agent was then added to the polymer mixture, the punch closed and mixed until reaching a melt temperature of 155 0 C for about 3 min and 15 s.
Die so erhaltene Mischung wurde dann auf dampfbeheizten Kalanderwalzen (Dampfdruck 1,5 bar, Temperatur Walze 1: 60 0C, Temperatur Walze 2: 75 0C) zu Platten ausgewalzt, welche direkt im Anschluss einem Granulator/Mühle zugeführt wurden.The mixture thus obtained was then rolled on steam-heated calender rolls (steam pressure 1.5 bar, temperature roller 1: 60 0 C, temperature roller 2: 75 0 C) to plates, which were fed directly after a granulator / mill.
Verfahrensschritt b)Process step b)
Die granulierte Polymer/Treibmittelmischung diente als Aus¬ gangsmaterial des Extrusionsprozesses .The granulated polymer / blowing agent mixture served as the starting material of the extrusion process.
Bei dem verwendeten Extruder handelt es sich um einen Dop- pelSchneckenextruder mit Schmelzepumpe, der für die Produktion von Polyolefinschäumen ausgelegt ist. Der Schneckendurchmesser
beträgt 90 mm, das L/D-Verhältnis 25. Sowohl das Schneckenge¬ häuse, als auch die Schnecken selbst sind wassergekühlt, die Vakuumpumpe zur Entgasung ist eine Wasserringpumpe. Der maximale Durchsatz liegt bei 400 kg/h. Im weiteren Prozess wurde dem Extruder als Hauptkomponente mit 97,8 Gew.-% die Polymer/Treibmittelmischung sowie als Vernetzungsmittel ein Batch von 20 % 1, 3-Di- (2-tert . -butyl-peroxiisopropyl) -benzol in LDPE mit 2,2 Gew. % zugeführt und über eine Breitschlitzdüse eine sogenannte Matrix extrudiert .The extruder used is a twin-screw extruder with a melt pump, which is designed for the production of polyolefin foams. The screw diameter is 90 mm, the L / D ratio 25. Both the Schneckenge¬ housing, and the screws themselves are water-cooled, the vacuum pump for degassing is a water ring pump. The maximum throughput is 400 kg / h. In the further process, the extruder as the main component with 97.8 wt .-%, the polymer / blowing agent mixture as well as crosslinking agent, a batch of 20% 1, 3-di- (2-tert-butyl-peroxiisopropyl) benzene in LDPE with 2 , 2% by weight fed and extruded via a slot die a so-called matrix.
Maschinenparameter:Machine parameters:
Extruderdurchsatz: 255kg/h Schneckendrehzahl: 70U/min Schmelzepumpendrehzahl: 21U/min Schneckentemperatur: 80 0C Zylindertemperaturen:Extruder throughput: 255kg / h screw speed: 70U / min melt pump speed: 21U / min screw temperature: 80 0 C cylinder temperatures:
Zone 1: 130 0C, Zone 2: 120 0C, Zone 3: 90 0C, Zone 4: 90 0C, Zone 5: 130 0C, Zone 6: 1350C, Halsstück: 1250C, Düsentempera¬ tur: 130 0CZone 1: 130 0 C, Zone 2: 120 0 C, Zone 3: 90 0 C, Zone 4: 90 0 C, Zone 5: 130 0 C, Zone 6: 135 0 C, throat: 125 0 C, Düsentempera¬ tur: 130 0 C
Verfahrensschritt c) und d) Die extrudierte Matrix wurde kontinuierlich in einem horizonta¬ len Ofen mit 4 Temperaturzonen gefahren, in dem sowohl die Vernetzungsmittel, als auch die Treibmittel zur Reaktion gebracht werden und somit zu einer Verschäumung der Matrix führten. Der Transport der Matrix erfolgte über ein metalli- sches Netz .Process Step c) and d) The extruded matrix was run continuously in a horizontal oven with 4 temperature zones in which both the crosslinking agents and the blowing agents were reacted and thus led to a foaming of the matrix. The matrix was transported via a metallic network.
Maschinenparameter:Machine parameters:
Zone 1: 190 0C, Zone 2: 210 0C, Zone 3: 2250C, Zone 4: 2150CZone 1: 190 ° C, Zone 2: 210 ° C, Zone 3: 225 ° C, Zone 4: 215 ° C
Netzgeschwindigkeit: 2,4 m/minNetwork speed: 2.4 m / min
Verfahrensschritt e) Der erhaltene Schaum hatte eine Dicke von 10-12 mm und wurde anschließend zweimal durch ein Walzenpaar mit einem Walzenab¬ stand von ca. 1 mm mechanisch geöffnet.
Der so hergestellte vernetzte und offenzellige Polymerschaum hatte die folgenden Eigenschaften:Process Step e) The foam obtained had a thickness of 10-12 mm and was then mechanically opened twice through a pair of rolls with a roll spacing of about 1 mm. The crosslinked and open-cell polymer foam thus prepared had the following properties: