DE1629310A1 - Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkoerpern aus Olefinpolymerisaten - Google Patents

Description

BADISCHE ANILIN- & SODA-FABRIK AG j'g 29310

Unser Zeichens Q, Z, 24 582 vG/Wa Ludwigshafen am Rhein, ir„11.1966

Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern aus Olefinpolymerisat en

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus schaumförmigen Olefinpolymerisaten, bei dem schaumförmige Teilchen der Polymerisate erhitzt und versintert werden.

Zur Herstellung von Formkörpern mit Zeilstruktur hat sich insbesondere ein Verfahren in die Technik eingeführt, bei dem man treibmittelhaltige Styrolpolymerisate zunächst vorschäumt und die vorgeschäumt en Massen nach einer kurzen Lagerzeit innerhalb einer Form erhitzt, so daß die Teilchen ausschäumen und zu einem Formkörper versintern, der in den Abmessungen dem Innenhohlraum der verwendeten Form entspricht. Nach diesem Verfahren ist es möglich. Formkörper mit komplizierter Gestalt herzustellen, wie sie z.B. als Verpackungseinlagen verwendet werden» Diese Arbeitsweise hat sich jedoch lediglieh bei Styrolpolymerlsaten bewährt« Es war bislang noch nicht möglich.,, andere zellförmlge Polymerisate, beispielsweise 0. <?f inpolymerleate, mit gleichbefriedigenden Ergebnissen In Formen SU vereintem« - .. . ■ ■ -

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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 Extruderdüse entspannt. Mit be- . stimmten Treibmitteln Ist es möglich, nach dieser Arbeitsweise zell· haltige Teilchen oder Bahnen zu erhalten, deren Raumgewioht zwischen 20 und 50 Gramm/Liter beträgt. Man kann jedoch mit diesen Verfahren keine Formkörper komplizierter Gestalt herstellen. Nach einer anderen Arbeitsweise werden die Olefinpolymerisate mit solchen Treibmitteln, die sich beim Erhitzen in gasförmige Produkte zersetzen, innerhalb einer Form unter Druck erhitzt; der erhaltene Formkörper wird nach dem Abkühlen erneut auf hohe Temperaturen gebracht, so daß er weiter aufschäumt. Auch nach diesem Verfahren kann man jedoch nur Formkörper einfacher Gestalt erhalten.

Es wurde nun gefunden, daß man Schaumstoff-Formkörper aus Olefinpoiymerisaten herstellen kann, wenn man feinteiligen geschlossenzelligen Olefinpoiymerisaten durch Erhitzen auf Temperaturen oberhalb ihres Kristallitsehmelzpunktes im Gesamten eine Wärmemenge zuführt, die 50 % der Schmelzwärme der Olefinpolymerisate nicht überschreitet und sie in Formen unter Druck versintert,,

Unter Olefinpoiymerisaten im Sinn der Erfindung sollen kristalline Olefinpolymerisate verstanden werden, deren Röntgenkristallinität bei 25°C über 25 $> liegt. Für das Verfahren eignen sich Homopolymerisate des Äthylens bzw» Propylens bzw. Copolymerisate dieser Monomeren, Besondere bevorzugt sind Olefinpolymerisate, die s»B„

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2 bis 4 Gewichtsprozent, in n-Heptan.lösliehe Anteile haben. Es eignen sich auch Copolymerisate des Äthylens mit anderen Olefinen, z.B. η-Buten, oder mit anderen äthyleniseh 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. Die Olefinpolymerisate sollen frei von vernetzten Anteilen sein. Der Gelanteil soll also unter 5 $ liegen.

Für das erfindungsgemäße Verfahren werden feinteilige geschlossenzellige Olefinpolymerisate verwendet. Die Durehmesser der Teilehen liegen vorzugsweise zwischen J5 und 40 'mm, vorteilhaft zwischen 5 und 25 mm. Unter geschlossenzelligen Teilchen, die im technischen Sprachgebrauch mitunter auch als Schaumstoffteilchen bezeichnet werden, sollen solche Teilchen verstanden werden, bei denen die Zellmembranen aus dem.Olefinpolymerisat bestehen. Vorzugsweise verwendet man für das Verfahren Teile.,;.: ηΐΰΛ ,reiViegendesi Anteil an geschlossenen Zellen, deren Zelldurchmesser im Durchschnitt zwischen 0,1 und O₅Ol mm liegt., Besonders bevorzugt sind feinteilige geschlossenzelllge Polyolefine _s deren Druckverformungsrest bei ■ 20⁰C unter 10 % liegt (gemessen nach DIM 53 572). Die schaumfSrmigen Teilchen werden nach gebräuchlichen technischen Verfahren erhalten, Z₀B. durch Mischen der Olefinpolymerisate mit einem Treibmittel In einem Extruder und Auspressen der Mischung, durch eine Lo.chdüs'ej, wobei der- erhaltene trelbmitteliialtlge Strang unmittelbar nach dem Verlassen der Düse zerkleinert wird₀ Es Ist aber auch mögliche solche Teilchen zu verwenden_Ä -die durch Erhitzen von Gemischen aus Olefinpolymerisaten und solchen Treibmitteln erhalten

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werden, die sich unter Bildung gasförmiger Produkte zersetzen.

Die Teilchen derschaumförmigen Olefinpolymerisate können außer den Polymeren noch andere Anteile, wie Flammschutzmittel, Farbstoffe, Füllstoffe, Gleitmittel oder andere Polymere, z.B. Polyisobutylen, enthalten. Mitunter ist es vorteilhaft, die schaumförmigen Teilchen im Gemisch mit grobkörnigen oder faserigen Füll- bzw. Verstärkungsstoffen zu verarbeiten. Als solche kommen beispielsweise Holzfasern, poröse andere Materialien oder Fasern aus thermoplastischen Kunststoffen in Frage. Auch kann man grobmaschige Gewebe oder Gitter, z.B. aus thermoplastischen Kunststoffen, als Verstärkungseinlagen in die Formkörper einarbeiten.

Die Teilchen können auch mit geringen Mengen von Stoffen beschichtet sein, die an der Oberfläche adsorbiert oder die vom Polymeren unter Quellung aufgenommen werden. Besonders geeignet sind hochsiedende, aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Paraffinöl oder Xylole, Toluol oder Benzol. Man verwendet vorteilhaft Mengen zwischen 0,1 und 0,5 Volumenprozent, bezogen auf das Volumen der geschäumten Teilchen. Die beschichteten Teilchen verschweißen besser, so daß man Formkörper mit günstigeren Eigenschaften erhält.

Die feinteiligen geschlossenzelligen Olefinpolymerisate werden vor dem Versintern unter Druck auf Temperaturen oberhalb des KristallitSchmelzpunktes der Olefinpolymerisate erhitzt. Die Oberfläohentemperatur soll vorzugsweise nach dem Erhitzen 5 bis 25°C über dem Kristallitschmelzpunkt liegen. Durch das Erhitzen wird den Teilchen eine Wärmemenge zugeführt, die 10 bis 50 %, vorzugsweise

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20 bis 30 %, der Schmelzwärme der Gesamtmenge der zu verarbeitenden Masse an feinteiligen Polymerisaten nicht überschreitet. Führt man den Polymerisaten größere Wärmemengen zu, schrumpfen die Teilchen und man erhält Formkörper mit unbefriedigenden Eigenschaften. Dabei soll die Wärme nicht homogen verteilt sein. Die Außenzonen der Teilchen haben eine höhere Temperatur als sie im Innern herrscht» Unter den angegebenen Bedingungen stellt sich ein Temperaturgefälle ein. ■."■"■■

Die Wärme wird den Teilchen zweckmäßig mittels eines gasförmigen oder flüssigen Heizmediüms zugeführt, Das Heizmedium führt also den Polymerisaten die Wärme von der Teilchenoberfläche her zu. Die günstigsten Ergebnisse werden mit gasförmigen Heizmedien, wie Luft oder Wasserdampf bzw. deren Gemischen, erhalten. Als Heizmedien können auch Wasser oder z.B. Glyzerin/Wasser-Gemisehe verwendet werden. * *

Nach einer bevorzugten Arbeitsweise werden die Oleflnpolymerisate in den Formen erhitzt und darin unter Druck versintert. Es ist aber auch möglich., die Teilchen außerhalb der Form, z.B. in einer gesonderten Aufheizvorrichtung, zu erhitzen, sie dann in die Form einzubringen und unter Druck zu versintern. So kann man z.B. die Teilchen mit einem Heißluftstromgebläse in die Form einbringen. Beim Fördern werden die Teilchen gleichzeitig erhitzte

Das Vereint©yn der Teilchen wird in geschlossenen Formen vorgenommen» Es sollen darunter solche.Formen verstanden werden, dersn fest-verbünden sind. Die Formen sollen so-geschaffen sein,

dsi beim Erhitzen der Teilchen die Luft oder andere -gasförmige oder

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flüssige Bestandteile aus der Form entweichen können, nieht aber die schaumförmigen Teilchen. Man verwendet zweckmäßig Formen, deren Wände perforiert sind oder solche, in deren Wände Düsen mit kleinkalibrigen öffnungen eingebaut sind, durch die das Heizraedium in die Form eindringen und die Luft aus der Form austreten kann. Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden die Teilchen von mindestens 2 Seiten der Form gegen den Mittelpunkt des Formenhohlraumes hin zusammengepreßt. Nach dieser Arbeitsweise können insbesondere Formkörper mit relativ großen Ausmessungen erhalten werden.

Unter geschlossenen Formen sollen auch kontinuierlich arbeitende For.mgebungsvorrichtungen verstanden werden, wie sie zum kontinuier-. liehen 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 Schaumstoff strang 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 Selten feste oder beweglich angeordnete Wände derart angeordnet sind, daß das System einen Kanal bildet., '

Nach eLner össonders vorteilhaften Arbeitsweise wird ein gasförmigw'3 iiMy.r.K-diuin durch Men Formenhohlrium hlnüurehgel-sl bet. Man IeL-

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tet zweckmäßig das Heizmedium an einer Seitenfläche der Form ein und läßt es an. der gegenüberliegenden Fläche austreten. Zur Herstellung komplizierter Formkörper· ist- es mitunter vorteilhaft, das Heizmediura 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 kontinuierlicher Ausführung des Verfahrens. . .

Es ist aber auch möglich, die Beheizung durch Sonden oder perforierte Röhre,-welche zwischen die geschäumten Partikel angeordnet werden, vorzunehmen, so daß die Erwärmung - eventuell auch zusätzlich - auch Vom Inneren des Formhohlraums aus erfolgt. Dadurch kann besonders bei großen FormkÖrperiidie Beheizung intensiviert und der Arbeitszyklus, verkürzt werden. Die Sonden werden vor dem Zusammenpressen der Partikel entfernt. .

Die Teilchen Werden während oder vorteilhaft nach dem Erhitzen unter Druck versintert. Dies wird erreicht, indem man sie um 5 bis 70%, vorteilhaft um 4ö bis 6(3 J6, ihres ursprünglichen Schüttvolumens zusammenpreßt. Hierdurch werden die Teilchen derart .verformt, daß sich Polyeder bilden* die an der Oberfläche verschweißen.

Erhitzt man die erhaltenen Formkörper nach ihrer Herstellung auf Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes der Olefinpolymerisate, so bildet sich eine dichte zusammenhängende Oberfläche aus.

Nach dem Verfahren werden Formkörper erhalten,, die flexibel sind

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und deren Rauragewicht zwischen 20 und 50 kg/cirr liegt. Insbesondere eignet sich das Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern mit komplizierter Formgebung. 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. Die Formkörper können auch mit einem erhitzten Metalldraht in einzelne Abschnitte, z.B. in Folien oder Bahnen, aufgetrennt werden.

Die in den Beispielen genannten Teile sind Gewichtsteile.

Beispiel 1

Eine Metallform mit perforierten Wänden, deren obere und untere Begrenzungswand gegeneinander beweglich ist, mit den Innenmaßen 25 x 25 x 19 cm wird mit 12 Liter geschäumten geschlossenzelligen Polyäthylenteilchen, deren durchschnittlicher Durchmesser 12 mm beträgt und die ein Schüttgewicht von 15*4- Gramm/Liter haben, gefüllt. Die beweglichenBegrenzungsplatten werden gegeneinander bewegt, so daß der Formeninhalt um etwa 10 Volumenprozent zusammengepreßt wird.

Danach wird durch die Form für die Dauer von 90 Minuten Luft von 115°C geleitet. Die Teilchen haben an der Oberfläche eine Tempe-

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ratur von 115°C angenommen und während dieser Zeit 25$ der Schmelzwärme der Olefinpolymerisate an Wärme aufgenommen. Hierauf werden die obere und untere Begrenzungsfläche gegen die Mitte der Form bewegt, so daß die Teilchen um insgesamt 55 Volumenprozent zusammengepreßt werden* Man kühlt Form und Inhalt auf Raumtemperatur ab und erhält einen zusammenhängenden Formkörper, der ein Raumgewicht von 32*2 Gramm/Liter hat. Der Formkörper hat eine glatte Außenfläche. Die einzelnen Teilchen sind gut miteinander verschweißt.

Der so erhaltene Formkörper kann als Schichtkörper oder als Dich- tungs- und Isoliermaterial im Bauwesen verwendet werden.

■ Beispiel 2 Λ

Geschäumte feinzellige Teilchen aus einem Gemisch aus 80 Gewichtsprozeht Hochdruckpolyäthylen und 20 Gewichtsprozent Polyisobutylen, die ein Schüttgewicht von l6 Gramm/Liter* haben und deren durchschnittlicher Teilchendurchmesser 10 mm beträgt·-, werden mittels eines Heißluftstromgebläses in eine Form eingebracht. Dabei werden die Teilchen auf 11O⁰C erhitzt. Die Form hat perforierte Metallwände, die obere und unter Begrenzungsfläche sind gegen die Formenmitte hin beweglich. Beim Fördern mit dem Heißluftstromgebläse werden die Teilchenoberflächen auf HO⁰C erhitzt. Die Teilchen nehmen ein© Wärmemenge auf, die 20 % der Schmelzwärme des Polyäthylens beträgt» Das Einbringen der Teilchen nimmt 20 Sekunden in Anspruch. Anschließend werden die obere und untere Begrenzungs- fliehe der Form gegen die Mitte hin bewegt, so daß der Formeninhait um 50 % des ursprünglichen Volumens zusammengepreßt wird.

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Nach dem Abkühlen wird ein Formkörper erhalten, worin die Einzelteilchen gut verschweißt sind. Der Formkörper hat ein Raumgewicht von 35 Gramm/Liter.

Erhitzt man beim Einbringen die Teilchen auf 125°C, so wird etwa 60 % der Schmelzwärme des Polyäthylens -aufgenommen. Dabei schrumpfen die Teilchen und man erhält einen Formkörper von relativ hohem Raumgewicht. "

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Claims (1)

1. Pat entanspruch

   Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Förmkörpern aus Olefinpolymerisaten, dadurch gekennzeichnet/ daß man feinteiligen geschlossenzelligen Olefinpolymerisaten durch Erhitzen auf Temperaturen oberhalb ihres Kristallitschmelzpunktes eine Wärmemenge zuführt, die 50 % der Schmelzwärme der Olefinpolymerisate nicht überschreitet und sie in Formen unter Druck versintert.

   BADISCHE ANILIN- & SODA-FABRIK AG

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