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Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus schaumförmigen Olefin-~
polymerisaten Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur- Herstellung von Formkörpern
aus schaumförmigen Olefinpolymerisaten, bei dem schaumförmige Teilchen der Polymerisate
in Formen erhitzt und versintert werden.
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Zur Herstellung von Formkörpern mit Zellstruktur hat sich insbesondere
ein Verfahren in die Technik eingeführt, bei dem man treibmittelhaltige Styrolpolymerisate
zuächst vorschäumt und die vorgeschäumten Massen nach einer kurzen Lagerzeit innerhalb
einer Form erhitz't,- so daß die Teilchen aussehäumen und zu einem Formkörper versintern,
der in den Abmessungen dem Innenhohlraum der verwendet ten Form entspricht. Nach
diesem Verfahren- ist es-mögli-ch, ?ortnkörper mit komplizierter Formgebung herzustellen,
wie sie z.B. als Verpackungseinlagen verwendet werden. Diese Arbeitsweise hat sich
jeaoch-lediglich bei Styrolpolymerisaten bewährt. Es w ar bislang noch nicht möglich,
andere zellförmige Polymerisate, beispielsweise Olefinpolymerisate, mit gleichbefriedigenden
Ergebnissen in Formen zu versintern.
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Schaumförmige Olefinpolymerisate mit geschlossenzelliger Struktur
werden z.B. nach einem Verfahren erhalten, bei dem man die Polymerisate
innerhalb
einer kontinuierlich arbeitenden Mischvorrichtung, z.B. innerhalb eines Extruders,
mit Treibmittel mischt und die Mischungen nach dem Verlassen der Extruderdiise entspannt.
Mit bestimmten Treibmitteln ist es moglich, nach dieser Arbeitsweise zellhaltige
Teilchen oder Bahnen zu erhalten, deren Raumgewicht zwischen 20 -und -50 Gramm/LIter
beträgt. Man jedoch mit diesen Verfahren keine--Formkörper komplizierter Formgebung
herstellen. Nach einer anderen Arbeitsweise werden die Olefinpolymerisate mit solchen
Treibmitteln, die sich beim : Erhitzen in gasförmige Produkte zersetzen, innerhalb
einer Form unter -Druck rhitzt, der erhaltene Formkörper wird. nach Abkühlen erneut
auf hohe Temperaturen gebracht, so däß er aufschäumt. Nach diesem Verfahren kann
man jedoch. nur Formkörper. - einfacher Formgebung erhalten.
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Auch ist bereits vorgeschlagen worden, Schaumstofformkörper durch
Erhitzen von schaumförmigen, vernetzte Anteile erthaltenden Teilchen aus Olefinpolymerisaten
und Versintern unter Druck herzustellen.
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Dieses Verfahren genügte noch nicht allen Anforderungen der Technik.
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So ist es: z.B. schwierig, nach dem Verfahren Formkörper mit größen
Dimensionsn herzustellen, deren Schaumstruktur homogen ist.
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Es wurde nun gefunden, daß man Schaumstofformkörper besonders vorteilhaft
durch Erhitzen schaumförmiger, vernetzte Anteile enthaltender Teilchen aus Olefinpolymerisaten
und Versintern unter Druck herstellen kann, wenn man das Heizmedium durch den die
Teilchen enthaltenden Formenhohlraum hindurchleitet.
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Es zeigte sich, da# man nach dem Verfahren Formkörper gro#er Dimenslonsn
mit besonders gleichmä#iger Schaum@truktur herstellen
kann. Das
Verfahren hat außerdem den Vorteil, daß man besonders kurze Heiz- und kühlzeiten
benötigt, so da# man Formkörper innerhalb einer relativ kurzen Zykluszeit erhält.
Es ist au#erdem möglich, die zum Versintern jeweils erforderliche Temperatur genau
und innerhalb des ganzen Formenhohlraums einzuhalten.
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Unter Olefinpolymerisaten im Sinn der Erfindung sollen kristalline
Olefinpolymerisate- verstanden werden, deren Rötgenkristallinität bei 25 0C über
25 % liegt-. Für das Verfahren eignen sich Homopolymerisate des Äthylens bzw. Propylens
bzw. Copolymerisate dieser Monomeren. Insbesondere eignen sich für das Verfahren
Copolymerisate des Athylens mit anderen äthylenisch ungesättigten -Monomeren, die
mindestens 50 Gewichtsprozent des Olefins einpolymerisiert enthalten. Besonders
geeignet sind Copolymerisate des Äthylens mit 5 bis 30 Gewichtsprozent Estern der
Acryl-, oder Methacrylsäure oder Vinylcarbonsäureestern. Unter den Comonomeren haben
die Ester der Acrylsäure des n-Butylalkohols und des t-Butylalkohols und das Vinylacetat
eine besqndere Bedeutung.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren-werden schaumförmige Teilchen der
Olefinpolymerisate verwendet, deren. Durchmesser. vorzugsweise zwischen 3 und 40
mm, vorteilhaft zwischen 5 und 25 mm liegt. Unter schaumförmigen Teilchen, die im
technischen Sprachgebrauch mitunter auch als Schaumstoffteilchen bezeichnet werden,
sollen solche Teilchen verstanden werden, worin-die Zellmembranen aus dem Olefinpolymerisat
bestehen. Vorzugsweise verwendet man für das Verfahren Teilchen mit überwiegendem
Anteil an geschlossenen Zellen. Die schaumformigen Teilchen werden nach gebräuchlichen
technischen Verfahren erhalten, z.B. durch Mischen der Oiefinpolymer-isa.te mit
einem -4-
Treibmittel -in einem Extruder und Auspressen der Mischung
durch eine Lochdüse, wobei der erhaltene treibmittelhaltige Strang unmittelbar nach
dem Verlassen der Düse zerkleinert wird. Es ist aber auch möglich, solche Teilchen
zu verwenden, die durch Erhitzen von Gemischen aus Olefinpolymerisaten und solchen
Treibmitteln erhalten werden, die sich unter Bildung gasförmiger Produkte zersetzen.
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Die schaumförmigen Teilchen enthalten vernetzte Anteile, d.h. -ein
Teil der Moleküle soll in vernetzter Form vorliegen. Für das Verfahren eignen sich
insbesondere solche Teilchen aus Olefinpolymerisaten, die einen Gelanteil von IO
bis 85 Gewichtsprozent, vorzugsweise von 30 bis 70 Gewichtsprozent. Gelanteile enthalten.
Unter Gelanteil ist der Gewichtsanteil der Polymerisate zu verstehen, der in Lösungsmitteln
bei Temperaturen oberhalb des Kristallinitätsschmelzpunktes unlöslich ist. Bei Olefinpolymerisaten
wird der Gelanteil beispielsweise durch Erhitzen der Teilchen in Toiuol auf Temperaturen
von 1000C und Abfiltrieren und Trocknen der unlöslichen Anteile bestimmt.
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Man kann die schaumförmigen, vernetzte Anteile enthaltenden Teilchen
nach verschiedenen Verfahren erhalten. Unter diesen hat sich insbesondere eine Arbeitsweise
bewährt, bei der die schaumförmigen geschlossenzelligen Teilchen mit energiereichen
Strahlen behandelt werden. So kann-man z.3 Röntgen- oder Elektronenstrahlen auf
die Teilchen einwirken lassen. Bei einer Arbeitsweise zur Herstallung der Teilchen,
die be'sonders geeignet ist, werden die kleinteiligen Olefinpolymerisate mit Elektronenstrahlen
behandelt, deren Dosis zwischen 40 und 60 Mrad- beträgt.
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Es ist aber auch möglich, sc-haumförmlge Teilchen mit vernetzten Anteilen
zu verwenden, die durch Umsetzen mit in Radikale zerfallende Verbindungen erhalten
wurden.- So kann man z.B. Teilchen verwenden, die durch Zerkleinern von Formkörpern
hergestellt wurden, wie man sie durch Aufschaumen von Gemischen aus Athylenpolymerisaten
und solchen Treibmitteln erhält, die unter Bildung von gasförmigen Produkten sich
zersetzen. -Mitunter ist es zweckmä#ig, solchen Gemischen Peroxydezuzusetzen, die
eine weitere Vernetzung der Moleküle der Olefinpolymerisate bewirkens Geeignet sind
z.B. die Zerkleinerungsprodukte von Formkörpern aus Olefinpolymerisaten, die man
durch Aufschäumen mittels Azodiisobutyronitril erhalten hat.
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Die Teilchen der schaumförmigen Olefinpolymerisate können außer den
Polymeren noch andere Anteile, wie Flammschutzmittel, Farbstóffe, Füllstiffe, Gleitmittel
oder andere Polymere, z.B. Polyisobutylen, enthalten. Mitunter ist es vorteilhaft,
die schaumförmigen Teilchen im Gemisch mit grobkörnigen oder wäßrigen Füll- bzw.
Verstärkungsstoffen zu verarbeiten. Als solche kommen beispieisweise Holzfasern,
poröse andere Materialien oder Fasern aus thermoplastischen Kunststoffen in Frage.
Auch kann man grobmaschige Gewebe oder Gitter, z.B. aus thermo. plastischen Kunststoffen
als Verstärkungseinlagen in die Formkörper einarbeiten.
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Das Erhitzen der Teilchen wird in geschlossenen Formen vorgenommen.
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Es sollen darunter solche Formen verstandenwerden, deren Wände fest
verbunden sind. Die Formen sollen so geschaffen sein, daß beim Erhitzen der Teilchen
die Luft oder andere gasförmige oder flüssige Bestandteile aus der Form entweichen
können, nicht aber die schaumförmigen'Teilchen. Man verwendet zweckmäßig Formen,
deren Wände
perforiert sind oder solche, in deren Wänden Dessen
mit kleinkalibrigen Öffnungen eingebaut sind, durch die das Heizmedium in die.
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Form eindringen und die Luft aus der Form austreten kann. Nach einer
besonders vorteilhaften AusfUhrungsform des Verfahrens werden die Teilchen von mindestens
2 Seiten der Form gegen den Mittelpunkt. des Formenhohlraums hin zusaTsfliengepreßt
an preßt die Teilchen vorteilhaft um 5 bis 60 % des ursprünglichen Schüttvolumens
zusammeln Nach dieser Arbeitsweise können insbesondere Formkörper mit relativ großen
Ausmessungen erhalten. werden.
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Unter geschlossenen Formen sollen auch kontinuierlich arbeitende Formgebungsvorrichtungen
verstanden werden wie sie zum kontinuierlichen Herstellen von Formkörpern aus feinteiligen
geschäumten Kunststoffen verwendung finden. Solche Vorrichtungen bestehen z.B. aus
vier Fließbändern, die derart zueinander angeordnet sind, daß sie einen Kanal bilden
In diesem Kanal werden die schaumförmigen Teilchen an einem Ende eingebracht, dann
geschäumt und der erhaltene Schaumstoffstrang am anderen Ende des Kanals ausgetragen.
Die Fließbänder können derart angeordnet sein, daß die Teilchen vor dem Versintern
zusammengepreßt werden. Die Fließbänder können auch plattenförmig aufgeteilt als
Gliederketten ausgebildet sein. Zur Herstellung breiter Bahnen sind meist nur zwei
parallel verlaufende Fließbänder erforderlich, an deren Seiten feste oder beweglich
angeordnete Wände derart angeordnet sind, daß das System einen Kanal bildet.
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Die schaumförmigen Teilchen sollen innerhalb der Form auf Temperaturen
erhitzt werden, bei denen sie versintern. Diese Temperaturen sind abhängig von dem
chemischen Aufbau des Polymerisats, dem Vernetzungsgrad und den sonstigen Zusatzatoffen.
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Zum Versintern werden die Teilchen vorteilhaft auf Temperaturen erhitzt,
bei denen zumindest 25 ffi des Anteils der bei Raumtemperatur (250C) vorhandenen
Kristallite aufgeschmolzen sind. Besonders vorteilhaft arbeitet man bei Temperaturen,
bei denen 50 bis 100 % des ursprünglichen kristallinene Anteils geschmolzen ist
Verwendet man Teilchen aus vernetztem Polyäthylen, so beträgt die Temperatur, bei
der die Teilchen erhitzt werden vorteilhaft 85 bis 95°C.
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Zum Erhitzen der Teilchen soll das Heizmedium durch den Formenhohlraum
hindurchgeleitet werden. Man leitet zweckmäßig das Heizmed-ium aneiner Seitenfläche
der Form ein und lä#t es an der gegenüberliegenden Fläche austreten. Zur Herstellung
komplizierter Formkörper ist es mitunter vorteilhaft, das Heizmedium an mehreren
Seiten der Form eintreten zu lassen und es an einer Seite, beispielsweise am Boden
der Form, abzuziehen. Das Heizmedium wird nach einer vorteilhaften und Energie sparenden
Arbeitsweise Im Kreislauf durch die Form geführt. Diese Arbeitsweise bewährt sich
insbesondere bei kon-. tinuierlicher Ausführung des Verfahrens.
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Es ist aber auch möglich, die Beheizung durch Sonden oder perforierte
Rohre, welche zwischen die geschäuinten Parikel angeordnet werden, vorzunehmen}
so daß die Erwärmung - eventuell auch zusätzlich - auch vom Inneren des Formhohlraums
aus erfolgt. Dadurch kann besonders bei gro#en Formkörpern die Beheizung intensiviert
und der Arbeitszyklus verkürzt werden. Die Sonden werden vor dem Zusammenpressen
der Partikel entfernt.
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Die Heizmedien sind flussig oder auch gasförmig. Besonders vorteil-.
haft verwendet man Wasser oder wä#rige Lösungen, z.B. von Salzen oder hoohsiedenden
mit Wasser mischbaren Flüssigkeiten. Von den
gasförmigen Heizmedien-haben
sich insbesondere Gemische aus Luft und Wasserdampf bewährt. Selbstverständlich
kann auch Wasserdampf allein als Heizmedium verwendet werden.
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Zur Durchführung des Verfahrens eignet sich eine Form mit 2 konzentrisch
gegen den Formenmittelpunkt hin beweglichen Formwänden. Die Form hat außerdem über
die Wände verteilt Durchbrechungen zum Einleiten des Heizmediums. Sie muß allseitig
geschlossen sein.
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Durch Verwendung von Äthylencopolymerisaten ist es möglich, Formkörper
zu verhalten, die flexibel sind und deren Raumgewicht zwischen 20 und 30 kg/cm3
liegt, was nach bekannten Verfahren nicht möglich war. Die Formkörper haben eine
besonders große Stoßelastizität und einen'geringen Druckverformungsrest. Auf diese
Art hergestellte Schaumstoffe können auf vielen Anwendungsgebieten mit Vorteil verwendet
werden. So kann man z.B. nach dem Verfahren der Erfindung Polsterungen, Schwimmkörper,
Verpackungsteile, thermische und akustische Isolierungen im Bauwesen und in der
Kühltechnik, Dichtungen, stoßdämpfende Einlagen, schwimmende Estriche, Dekorationen,
Spielzeuge und sonstige Formkörper aller Art herstellen.
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Die Formkörper können auch mit einem erhitzten Metalldraht in einzelne
Abschnitte, z.B. in Folien oder Bahnen, aufgetrennt werden.
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Die in den Beispielen genannten Prozente -sind Gewichtsprozente.
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Beispiel 1 Eine Metallform, die aus 6 perforierten Begrenzungsflächen
besteht, die einen Innenhohlraum mit den Aus messungen 60 x 60 x 30 cm umschließen,
wird mit Schaumstoffteilchen, die einen durchschnittlichen Durchmesser von 8 bis
15 mm und ein Schüttgewicht von 17 g/l
haben, gefüllt. Die Teilchen
bestehen aus einem Gemisch aus 78 % eines Copolymerisats, aus 77,2 % Äthylen und
22,8 % Acrylsäure-tbutylester, 19 % Polyisobutylen vom Molekulargewicht 150 000
und 3 % Talkum. Die Teilchen enthalten vernetzte Anteile. Der Gelanteil beträgt
85 %.
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Die Form. rist derart geschaffen, daß die oberenund unterenBegrenzungsflächen
gegen die Mitte des Formenhohlraums hinbewegt werden können. Die obere Platte der
Form ist mit einem Gehäuse verbunden, durch das Wasser eingeleitet werden kann,
das dann durch die Perforierungen der Platten in den Innenhohlraum der Form eintritt.
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Es wird für die Dauer von -5 Minuten Wasser von 920 c durch die obere
Platte in den Innenhohlraum der Form eingeleitet. Das Wasser tritt, nachdem es die
Teilchen umspült hat, aus den Seitenflächen,und der Bodenplatte der Form aus. Danach
wird die obere PIatte und die Bodenplatte gleichmaßig zum Mittelpunkt des Formenhohlraums
hin bewegt, so daß die Teilchen nunmehr auf einen Raum mit dem Volumen von 60 x
30 x 3 cm zusammengepreßt werden. Nach 5 Minuten wird die Form geöffnet. Man erhält
einen Formkörper mit einem Raumgewicht von 33 kg/m3. Der Formkörper wird mittels
einer Bandsäge in 3 cm Dicke aufgeteilt. Die erhaltenen Platten zeichnen sich durch
eine gute Flexibilität und eine hohe Rückprallelastizität aus. Sie können' als stoßdämpfendes
Material in Verpackungen, als Isoliermaterial oder zur Herstellung von Schwimmwesten
verwendet werden.
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-Beispiel 2 Eine Form, deren Aufbau in Beispiel 1 beschrieben ist
und die einen Innenhohlraum von 5Q x 50 x 25 cm hat, wird. mit Teilchen gefüllt,
die
einen durchschnittlichen Durchmesser von 5 bis 15 mm und ein Schüttgewicht von 14
g/l haben. Die Schaumstoffteilchen bestehen aus einem Gemisch aus 88 % eines Copolymerisats,
aus 84 % äthylen und 16 % Acrylsäure-t-butylester, 9 % Polyisobutylen vom Molekulargewicht
150 000 und 3 ffi Talkum. Die Schaumstofftelichen enthalten vernetzte Anteile. Der
Gelanteil beträgt 75 %. Durch die'obere perforierte Platte und die Seitenwände wird
für die Dauer von 15 Minuten Luft min 90°C mit einer Geschwindigkeit von 120 1/min.
einen blasen. Die Luft tritt, nachdem sie die Teilchen umspült hat, aus der Bodenplatte
aus der Form aus. Danach werden die obere und die Bodenplatte gegen den Mittelpunkt
des Formenhohlraums zusammengepreßt. Es entsteht ein Formkörper mit den Ausmaßen
50 x 25 cm, der ein Raumgewicht von 27 kg/m3 hat.. Der Formkörper wird mit einer
Bandsäge in Platten aufgeteilt.