DE1629381C3 - Verfahren zum Herstellen geschäumter Formkörper aus expandierbaren Kunststoffteilchen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen geschäumter Formkörper aus expandierbaren Kunststoffteilchen.

Bei der Herstellung von geschäumten Formkörpern besteht die Schwierigkeit, einen in den Materialzusammensetzungen völlig homogenen und an die Feinstruktur seiner Form genau angepaßten Formkörper zu erhalten. Bisher wurden zu diesem Zweck unter anderem expandierbare Teilchen eingesetzt, die das Expansionsmittel in gelöster Form enthielten. So betrifft die US-PS 29 58 905 ein Verfahren zur Herstellung eines expandierbaren thermoplastischen Harzmaterials, bei dem das Expansionsmittel unter anderem in irregulär geformten Teilchen vorwiegend gelöst enthalten ist. Durch Expansion eines derartig expandierbaren Harzmaterials entstehen dementsprechend vielzellige Teilchen mit unterschiedlicher Zellengröße, worauf die mehr oder weniger ungleichförmige Materialbeschaffenheit des daraus gebildeten Formkörpers zurückzuführen ist. Außerdem ist das Volumen der Zellen in einem derartig geschäumten Körper unerwünscht groß.

Diese Schwierigkeit mit den nur ungleichmäßig expandierenden Harzmaterialien wurde bisher dadurch umgangen, daß Formkörper unter Verwendung von bereits expandierten Teilchen hergestellt wurden. So betrifft die DT-PS 10 87 804 ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Gießharzmischungen, die poröse Styrolpolymerisate enthalten. Diese Styrolpolymerisate erfahren bei der Verarbeitung der Gießharze keinerlei Veränderung und natürlich auch keine Expansion mehr. Der so entstandene Formkörper weist seiner Herstellungsweise entsprechend eine relativ unhomogene Materialbeschaffenheit auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen geschäumter Formkörper zu schaffen, bei dem die Feinstruktur der Form exakt auf dem Formkörper ausgebildet ist und eine homogene Beschaffenheit des Schaumstoffs erzielt wird.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zum Herstellen geschäumter Formkörper, wobei expandierbare Teilchen aus thermoplastischem, polymerem Harz, welche in ihrem Innern ein flüchtiges, flüssiges Treibmittel mit einer unterhalb des Erweichungspunktes des Harzes liegenden Verdampfungstemperatur enthalten, durch Erhitzen gegebenenfalls unter Verwendung eines Bindemittels, insbesondere eines exotherm aushärtenden Epoxydharzes, expandiert und zu einem Formkörper vereinigt und gegebenenfalls gleichzeitig mit einer zusätzlichen

ίο Schicht, insbesondere einem Faservlies, verbunden werden, das zur Lösung der obengenannten Aufgabe dadurch gekennzeichnet ist, daß einzellige expandierbare Teilchen verwendet werden.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert. Es stellt dar

die Figur einen Schnitt durch einen Körper, bestehend aus expandierten Teilchen.

Die Figur stellt eine Schnittansicht eines aus Teilchen 1 bestehenden Teilchenverbandes 2 dar, worin die Teilchen durch gleichzeitige Expansion gebildet sind und untereinander zusammenkleben.

Die Herstellung der einzelligen expandierbaren Teilchen wird eingehend in der DT-OS 14 95 485 beschrieben.

Die einzelligen expandierbaren Kunststoffteilchen enthalten Treibmittel wie niedrige aliphatische Kohlenwasserstoffe, Chlor-Fluor-Kohlenstoffe oder Silane, deren Siedepunkt bei atmosphärischem Druck etwa im gleichen Temperaturbereich oder tiefer liegt als der Erweichungspunkt des harzartigen Materials.

Es werden Teilchen mit sehr kleinem Durchmesser,

beispielsweise von 1 bis 50 Mikrometer, vorzugsweise zwischen 2 und 10 Mikrometer, verwendet. Solche Teilchen mit kleinem Durchmesser können leicht zu Formkörpern mit glatter, gleichmäßiger Struktur, mit ausgezeichnetem Isolationswert und mit hoher Festigkeit ausgeformt werden.

Vorzugsweise bestehen die einzelligen expandierbaren Kunststoffteilchen aus Mischpolymeren von Styrol mit etwa 1 bis 4 Gewichtsprozent Methacrylsäure, aus Mischpolymeren von Styrol mit 10 bis 80 Gewichtsprozent Acrylnitril oder aus Mischpolymeren von Styrol mit etwa 15 bis 40 Gewichtsprozent Vinylbenzylchlorid, sowie Mischpolymeren von Styrol mit 1 bis 8 Gewichtsprozent Acrylsäure.

Zur Verwendung besonders geeignet sind auch Teilchen aus Methylmethacrylat, Mischpolymeren von Methylmethacrylat mit etwa 20 Gewichtsprozent Styrol, Mischpolymeren von Methylmethacrylat und bis zu etwa 50 Gewichtsprozent (der kombinierten Monomeren) von Äthylmethacrylat, Mischpolymeren von Methylmethacrylat und bis zu 70 Gewichtsprozent von Orthochlorstyrol.

Das optimale Mengenverhältnis ändert sich mit dem Teilchendurchmesser. Ein kleines Teilchen wird im allgemeinen eine größere Menge eines Blähmittels benötigen als ein größeres Teilchen, da die Wandstärke von Anfang an gerinnger ist und bei der Expansion verhältnismäßig dünner wird. Die Diffusions-Go rate durch die Wand eines kleinen Teilchens mit gegebenem Polymer-Blähmittel-Verhältnis ist bedeutend größer als die Diffusionsrate durch die Wand eines Teilchens, das den drei- oder vierfachen Durchmesser aufweist. Bei Teilchen mit relativ hohem Blähmittelanteil und kleinem Durchmesser kann eine geringere Expansion erwartet werden als bei einem Teilchen, das von Anfang an weniger Blähmittel und mehr Polymeres enthält, d. h., daß das optimale Men-

genverhältnis — Polymeres -— Treibmittel — für jede Kombination von Polymeren und Treibmittel von der Teilchengröße abhängt. Beispielsweise weisen Methylmethacrylatteilchen mit einem Durchmesser von etwa 10 Mikrometer, welche Neopentan enthalten, für eine optimale Expansion ein ungefähres Mengenverhältnis von 1:1, Blähmittel — Polymeres, auf.

Es können geschäumte Formkörper auch aus expandierbaren, harzartigen Massen hergestellt werden, die derartige expandierbare Teilchen enthalten. Werden expandierbare Teilchen in ein selbstreagierendes, exothermes Material eingegeben, dann kann die Reaktionswärme genügen, die Expansion der Teilchen während des Härtens des exothermen, harzartigen Materials hervorzurufen. Auf diese Weise entsteht ein geschäumtes, harzartiges Material mit geringer Dichte aus Materialien, welche nicht ohne weiteres auf konventionelle Weise geschäumt werden können. Es ist ersichtlich, daß die von dem reaktiven, exothermen Material entwickelte Wärmemenge das Ausmaß der Expansion steuert.

Wenn bei der gewählten Masse der Expansionsgrad nicht den Erwartungen entspricht, so kann die Temperatur des harzbildenden Materials vor dessen Expansion erhöht werden. Besonders vorteilhafte exotherme Materialien (matrix), in die die Teilchen eingeführt werden, sind die Epoxyharzsysteme. Früher gab es keine geeignete Methode zur Herstellung von festen oder flexiblen Epoxyharzschaumstoffen mit geringer Dichte von beispielsweise 16 bis 48 kg/m³, bei der das Material nicht so lange unter Druck gehalten wurde, bis ein Aufschäumen erwünscht war. Einer aushärtbaren Epoxyharzmischung können nun einzellige expandierbare Teilchen zügegeben werden; im Anschluß daran wird ein geeigneter Härter zugesetzt, der bewirkt, daß das Epoxyharz reagiert und genügende Wärme erzeugt, um die Teilchen zu expandieren und sie zu einem festen Körper auszuhärten.

Es können auch Teilchen mit hohen Treibmittelanteilen im Überschuß von etwa 50%, vorzugsweise von 75 bis 95 Gewichtsprozent, verwendet werden, die bis zu 10 Teile eines Vernetzungsmittels wie Divinylbenzol, Propylenglykoldimethacrylat oder Dialkylphthalat enthalten. Entgegen den normalen Erwartungen sind solche Mischpolymere im allgemeinen nicht starr vernetzt und können bei Erwärmung expandieren. Im allgemeinen expandieren sie jedoch nicht in demselben Ausmaß wie ein Material ohne das bi-funktionale Monomere.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Expandierte Teilchen aus Polymethylmethacrylat, die Neopren als Treibmittel enthielten, wurden in eine Form gebracht in einer Menge, welche nach der Expansion der Teilchen die Form ausfüllte. Man erhitzt die Teilchen 3 Minuten lang auf eine Temperatur von etwa 140° C. Die Form und ihr Inhalt wurden abgekühlt, und der entstandene Gegenstand hatte die gleiche glatte Konfiguration wie die Form. Der entstandene Gegenstand war weiß und man konnte die feinen Zellen nicht ohne weiteres mit bloßem Auge erkennen. Der Gegenstand war fest, härtbar und hatte eine glatte Oberfläche. Bei der mikroskopischen Untersuchung der einzelnen Teilchen ergab sich, daß diese leicht miteinander verbunden waren und daß jedes Teichen eine individuelle Zelle bildete.

Beispiel 2

Es wurde eine Mischung bereitet aus 200 Teilen eines 55% Feststoffe enthaltenden, natürlichen Gumrnilatex, aus 50 Gewichtsteilen der gleichen trockenen, nichtexpandierten Teilchen wie im Beispiel 1, aus zwei Teilen eines Gummi-Antioxydationsmittels und aus 50 Gewichtsteilen Wasser. Diese Komponenten wurden zu einer gleichmäßigen Dispersion gemischt und durch Zugabe von Salzsäure unter Umrühren koaguliert. Nach vollständiger Koagulation dieser Dispersion wurde das Koagulum abgesondert und 48 Stunden lang bei etwa 23° C im Vakuum getrocknet. Aus der getrockneten Masse wurde ein rechteckiges Stück mit den relativen Ausmaßen von 1,2 und 4 ausgeschnitten und fünf Minuten lang bei einer Temperatur von 165° C in einer Trockenkammer getrocknet. Eine vergrößerte Nachbildung des ursprünglichen Stückes wurde gebildet. Es hatte eine Wichte von 292 kg/m³. Nach der Expansion war das expandierte Material steifer als vor der Expansion und wies immer noch elastomere Eigenschaften auf. Die Druckfestigkeit des expandierten Materials war bedeutend größer als die Druckfestigkeit der meisten Schwammgummis. Eine mikroskopische Prüfung von Schnittproben des Körpers zeigte, daß die expandierten Teilchen ihre Identität bewahrten. Andere Proben der oben beschriebenen Masse wurden mit Hilfe dielektrischer Wärme aufgeschäumt, wobei sich Wichten von etwa 224 kg/m³ ergaben. Die nichtexpandierten Teile variierten in einer Stärke von 0,63 bis 2,5 cm.

Beispiel 3

Es wurden 100 Gewichtsteile einer Epoxyharzmasse hergestellt. Zu ihrer Herstellung wurde ein Gemisch aus einem Kondensationsprodukt von Bis-phenol A und Epichlorhydrin aus drei Gewichtsteilen Wasser, aus 12 Gewichtsteilen Triäthylendiamin und aus 16 Gewichtsteilen trockenen Teilchen gemäß Beispiel 1 verwendet. Das Zusammenmischen der obenerwähnten Komponenten ergab ein aufschäumbares Material, das zu einem festen Schaumstoff mit einer Dichte von 0,32 g/cm³ expandierte. Bei einem weiteren Verfahren zur Herstellung der expandierten Epoxymassen verwendete man einen geringeren Teil Triäthylentetraamin, beispielsweise 2 Gewichtsteile davon, wobei sich ein Partial-Vorpolymeres mit bedeutend erhöhter Viskosität bildete. Eine anschließende Zugabe von weiteren 10 Teilen Triäthylentetraamin bewirkt die Erzeugung von so viel Wärme, daß die Teilchen expandierten und einen festen Epoxyschaum ergaben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen geschäumter Formkörper, wobei expandierbare Teilchen aus thermoplastischem, polymeren! Harz, welche in ihrem Innern ein flüchtiges, flüssiges Treibmittel mit einer unterhalb des Erweichungspunktes des Harzes liegenden Verdampfungstemperatur enthalten, durch Erhitzen gegebenenfalls unter Verwendung eines Bindemittels, insbesondere eines exotherm aushärtenden Epoxydharzes, expandiert und zu einem Formkörper vereinigt und gegebenenfalls gleichzeitig mit einer zusätzlichen Schicht, insbesondere einem Faservlies, verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß einzellige expandierbare Teilchen verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einzellige expandierbare Teilchen mit einem Durchmesser zwischen 1 und 50 jim verwendet werden.