DE1902150A1 - Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkoerpern aus Olefinpolymerisaten - Google Patents

Description

Badische Anilin- & Soda-B'abriK

Unser Zeichen: O.Z, 25 972 Ks/zm 67ΟΟ Ludwigshafen, I5.I.1969

Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern aus Olefin polymerisaten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff -Formkorpern, bei dem Platten oder Bahnen.aus schaumf örmigen,, thermoplastischen Kunststoffen im thermoplastischen.Zustand verformt werden.

Bei der Herstellung geschäumter Formkörper aus Einzelteilchen bedient man sich in der Regel des Verschweißens ader Versinterns von blähfähigen oder geschäumten, aber noch blähfähigen Einzelpartikeln in Formen unter Hitzeeinwirkung. Dieses Verfahren wird vor allem bei der Herstellung von Polystyrol-Schaumstoff-Formkörpern aus Einzelteilchen technisch genutzt. Da die geschäumten Polystyrol-Teilchen in Formen zusätzlich in hohem Maße aufschäumen, verschweißen sie untereinander ohne zusätzliche äußere Einwirkung eines Gegendruckes unter Verkleinerung des Innenräumes der Form.

Diese Methode der Herstellung von■Formkörpern aus.Einzelteilchen ist in gleichem Maße bei-Olefinpolymerisaten nicht durchführbar, weil das·Blähvermögen der bereits geschäumten Einzelteilchen aus Olefinpolymerisaten beim Erhitzen in Formen zu gering 1st,, so daS sich ohne äußere Anwendung eines zusätzlichen Druckes unter Ysr·=· minderung des Formvolumens keine lunkerfreien und homogenen Schäumest off-Formkörper herstellen lassen.

Schaumstoffe aus Polystyrol, die aus geschäumten Teilchen hergestellt werden, können nicht im thermoplastischen Zustand verforsrö werden, weil die geschäumten Teilchen unter diesen Bedingungen nicht ausreichend fest aneinander haften und auch nicht genügend dehnbar sind» Dahax« kömmt ae_s daß, derartige Schaumstoff-Platt©a - - &MB Polystyrol beim thermoplastischen -Verformen rissig iferd©n ■s©rr$4.3se2io Im Q®isßnaa,tz da&u könnon 8ohaumstoff©_# di© unruh trudiereii aus geschäumtem "Polystyrol oä®r % 701/68 ■

hergestellt werden, thermoplastisch verformt werden,

Schaumförmige Einzelteilchen aus unvernetzten Ä'thyienpolymerisaten lassen sich im thermoplastischen Bereich nicht zu Platten verschweißen, weil eine zu starke Volumenverkleinerung eintritt. Es ist daher auch nicht möglich, auf dieser Basis Formkörper herzustellen.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, aus Platten oder Bahnen aus schäumformigen Olefinpolymerisat-Teilchen Formkörper herzustellen. ■ '

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern durch Erhitzen von Platten oder Bahnen aus schaumförmigen Olefinpolymerisaten auf Temperaturen oberhalb des Erweichungspunkts, Verformen im thermoplastischen Zustand und Abkühlen der Formkörper, wobei man Platten oder Bahnen aus verschweißten, schaumförmigen. Teilchen von Olefinpolymerisaten "verwendet, die vernetzte Anteile enthalten.

Überraschenderweise erhält man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Schaumstoff-Formkörper, bei denen die Einzelteilchen fest miteinander versintert sind. Die Einzelteilchen sind dabei derart fest verschweißt, daß selbst bei einer Bruchdehnung nicht die versinterten" Stellen, sondern, bevorzugt die Teilchen selbst zerreissen.

Die Platten oder Bahnen haben eine Dicke, die vorzugsweise zwischen 2 bis 100 mm liegt. Sie sind aus schaumförmigen Teilchen hergestellt^ die vernetzte Anteile enthalten. Die Herstellung von Platten aus geschäumten Einzelteilchen wurde z.B. in der französischen Patentschrift 1 522 651 beschrieben. Bei diesem Verfahren erhitzt man. geschäumte Teilchen in geschlossenen Formen und preßt sie im thermoplastischen Zustand um 5 bis 60 Gewichtsprozent ihres ursprüngliohen Schuttvolumens zusammen. Dabei verschweißen die Einzelteilchen miteinander zu Platten.·

Unter Qlefihpolymerisaten im Sinne der Erfindung sollen besonders· kristalline OleCLnpolymerlsate verstanden werden, deren Röntgen-»;«-. ·

bei 85⁰C über 25 % liegt. Für das Verfahren eignen

sich Homopolymerisate des Äthylens, des Propylens und Butens bzw. Copolymerisate dieser Monomeren. Vor,allem eignen sich Polyäthylen, speziell Hochdruck-Polyäthylen und Copolymerisate des Äthylens mit äthylenisch ungesättigten Monomeren* z.B. mit C₁- bis Cg-Alkylestern der Acryl- oder Methacrylsäure, von denen besonders die Butylester verwendet werden. Es ist auch möglich, chlorierte Olefinpolymerisate init einem Chlorgehalt von 12 bis jX> Gewichtsprozent nach dem erflndungsgemäßen Verfahren zu Schaumstoff-Formkörpern zu verarbeiten. Verwendet man Polymere mit höherem Chlorgehalt, so tritt der Vorteil des Verfahrens nicht oder nur teilweise ein. Chlorierte Ethylenpolymerisate sollen im allgemeinen Molekulargewichte zwischen 20 000 und 200 000 und einen Erweichungspunkt zwischen 8ö und H0°C haben. Vorzugsweise' verwendet man Polymerisate aus chloriertem Hochdruckpolyäthylen.

Schaumförmige Olefinpolymerisate mit überwiegend geschlossenzelliger Struktur werden naeh\ den üblichen Verfahren hergestellt.

Für das erfindungsgeniäie Verfahren werden schaumf örmige Teilchen verwendet, deren SehOttgewicht vorzugsweise zwischen 20 und 50 g/l und deren Durchmesser zwischen 5 unä 30 cm Hegt. Sie fallen bei dem oben geschilderten Aiiifschäumprozeß entweder direkt in dieser Größe an oder werden durch Zerkleinern der beim Aufschäumvorgang anfallenden Formkörper !hergestellt.

Die Teilchen der senauBförmigen Ölefinpolymerisate können, bezogen auf das Olefinpolymerisat, hoch bis 100 Gewichtsprozent Zusätze enthalten, wie Flammscliutzmitter, Farbstoffe, Gleitmittel, Füllstoffe oder Polymere, beispielsweise Polyisobutylen. Als Füllstoffe haben sich insbesondere f einteilige faserige Materialien bewährt. Man verwendet bevorzugt Holzfasern oder Fasern aus thermoplastischen Kunststoffen. Mitunter 1st es auch vorteilhaft, die schäumform! gen Teilchen Im Gemisch mit grobkörnigen oder faserigen Füll- oder Verstärkungsstoffen zu verarbeiten. Auch kann man grobmaschige Gewebe oder Gitter, z.B. aus thermoplastischen Kunststoffen, als Verstärkungseinlagen In die Schaumstoffplatten einarbeiten. Man kann auch z.B. beidseitig mit Metallplatten kaschierte Bahnen zu Formkörpern verarbeiten.

Um das erflndungsgemäae Verfahren erfolgreich durchführen zu können,

muß man von solchen Platten oder Bahnen ausgehen,, in denen geschäumte Olefinpolymerisat-Teilchen verschweißt sind, die ver-. ' ■ netzte Anteile enthalten» Unter vernetzten Anteilen werden die Gewichtsteile von Polymerisaten verstanden,, die in organischen Lösungsmitteln bei Temperaturen oberhalb des Kristallinitätsschmelz^ punkts unlöslich sind. Der Gehalt an vernetzten Anteilen wird beispielsweise durch Erhitzen der Teilchen in Toluol auf Temperaturen von 100⁰C, Abfiltrieren und Trocknen des unlöslichen Polymerisates bestimmt. .

Man kann die schaumförmigen, vernetzte Anteile enthaltenden Teilchen nach verschiedenen Verfahren erhalten. Unter diesen hat sich besonders eine Arbeitsweise bewährt, bei der die schaumförmigen geschlossenzelligen Teilchen mit energiereichen Strahlen behandelt werden. So kann man z.B. Röntgen- oder Elektronenstrahlen auf die Teilchen einwirken lassen. Bei einer Arbeitsweise zur Herstellung der Teilchen, die besonders geeignet ist, werden die kleinteiligen Olefinpolymerisate mit Elektronenstrahlen behandelt, deren Dosis zwischen 1 und 60 Mrad beträgt.

Die schaumförmigen Teilchen können auch mit Verbindungen vernetzt werden, die beim Aufschäumen der Teilchen in Radikale zerfallen. Geeignet sind beispielsweise" auch die Zerkleinerungsprodukte von Formkörpern aus Olefinpolymerisaten, die man durch Aufschäumen mit Azodiisobutyronitril erhalten hat.

Für die Herstellung der Platten werden'schaumförmige Teilchen verwendet, deren Gehalt an vernetzten Anteilen 5 bis 80 Gewichtsprozent', vorzugsweise 20 bis 70 Gewichtsprozent, beträgt.

Nach dem erfihdungsgemäßen Verfahren werden Schaumstoffbahnen oder -platten, die aus vernetzten, verschweißten, schaumförmigen Teilchen bestehen, durch Erhitzen mit Infrarotstrahlen, Heißluft, Wasserdampf oder aber auch im Hochfrequenzfeld auf eine Temperatur oberhalb des Kristallitschmelzpunkts erwärmt, vorzugsweise auf Temperaturen von 120 bis l80°C.

Der erwärmte Plattenabschnitt kann dann auf eine kalte oder bis auf maximal 50⁰C erwärmte, oben offene Metallform gelegt werden. · Durch Annähern einer passenden Gegenform wird der Schaumstoff

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thermoplastisch verformt. Nach 3 Ms 10 Minuten entnimmt man einen Schaumstoff-Formkörper, der die Dimensionen der Form genau wiedergibt. In einer Mehrfachform können so 50 bis 100 Formkörper kielnerer Dimensionen hergestellt werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es, auch Formkörper verschiedenartigster Gestalt mit einer sehr variablen Wandstärke von 1 bis 20 mm herzustellen.

Die thermoplastische Verformung der Schaumstoffplatten, die aus vernetzten, verschweißten, schaumförmigen Teilchen bestehen, kann auch sehr vorteilhaft mit Hilfe des Vakuum-TiefZiehens in den dafür gebräuchlichen Vorrichtungen erreicht werden. Dieses Verfahren erlaubt es, in einem Arbeitsgang Schaumstoff-Formkörper herzustellen und gleichzeitig noch Folien aus Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyamiden oder Polymethacrylaten auf die Formkörper aufzubringen. Ein Klebemittel ist dabei nicht erforderlich, weil stark vernetzte Schaumstoffe aus Olefinpolymerisaten auch kurzfristig auf 150 bis . l80°C erwärmt werden können, ohne dabei zu schrumpfen. So kann man beispielsweise Schaumstoffabschnitte, die einen Gelgehalt von 60 Gewichtsprozent aufweisen, 10 Minuten auf l60°C erwärmen und dann thermoplastisch verformen.

Das Verfahren ermöglicht es also, in relativ einfacher Weise selbst komplizierte Formkörper der verschiedensten Gestalt herzustellen, ohne daß man sich dabei einzelner Formen für'jedes Formstück bedienen muß. Es gelingt im Gegenteil, in einem Arbeitsgang sehr viele Formkörper auf einmal herzustellen. Die Formkörper können in üblicher Art zusätzlich beschichtet, bedruckt, mit Schriftzeichen, versehen oder mit anderen Kunststoffen kombiniert werden.

Die technische Anwendung der geformten Schaumstoffe kann sehr mannigfaltig sein. Hervorzuheben ist die Anwendung eines Versandbehälters oder als Einlage in Behälter andersartigen Aufbaus, z.B. in solchen aus Pappe, Metall oder Kunststoffen. Dabei können die Schaumstoffeinlagen vorzugsweise so geformt werden, daß das Versandgut satt aufliegt. Es können aber auch Schaumstoff-Formteile

vorteilhaft sein, die die Gestalt von Eckenstücken oder zylinderförmigen Formkörpern haben, die das Versandgut während des Transportes vor Erschütterungen oder'stärkeren Beschädigungen selbst bei hoher Stoßbeanspruchung ausreichend schützen. Formkörper

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größerer Wandstärke können für sieh allein als ümhüllungsmaterial für Versandgüter dienen.

Die nach"dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schaumstoffe werden auch als Inneniage (Kernschicht) zwischen verschiedenartigen Werkstoffen verwendet, z.B. zwischen zwei Metallflächen oder zwischen Kunststoff- und Metallflächen. Man kann feste Verklebungen des Schaumstoffs mit Werkstoffen erzielen, wenn man die Werkstoffe über 130⁰C erwärmt und dann mit den Schaumstoffen, die auf Temperaturen oberhalb ihres Kristallitschmelzpunkts erwärmt wurden, in Kontakt bringt.

Aus den geformten Schaumstoffen kann man auch vielerlei Gegenstände des täglichen Gebrauchs, z.B. Pflanzenbehälter, Einlagen für Bekleidungsstücke und Möbel, herstellen, wie es bisher schon aus Schaumkunststoffen oder leichteren Merkstoffen 'gehandhabt wird. Es lassen sich im Tiefziehverfahren weiter auch Huteinlagen, Modellbüsten, Dekorationskörper verschiedenster Gestalt herstellen. Besonders bei Verwendung von geformten Schaumstoffen mit einer kompakten Umhüllung, z.B. aus einer harten Kunststoff-Folie, lassen sich außergewöhnliche Effekte erzielen. Formkörper mit gefärbten Aussenschichten finden beispielsweise Anwendung als Armaturenbretter im Kraftfahrzeugbau.

Im Tiefziehverfahren kann man auch große geformte Gegenstände in einem Arbeitsgang gewinnen, z.B. Schwimmkörper, Einlagen in Schwimmwesten, Profilkörper. Derartige geschäumte Profilkörper können auch in der Isoliertechnik mit Vorteil verwendet werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man Formkörper, die sich gegenüber den bekannten Schaumstoff-Formkörpern durch, eine wesentlich verbesserte Lösungsmittelbeständigkeit und Beständigkeit gegen aggressive Chemikalien, wie Schwefelsäure, Natronl? . ,e Formalin, auszeichnen« Aufgrund eines höheren Gelgehaltes besitzen die Schaumstoff-Formkörper auch eine verbesserte Dauerwärmebeständigkeit, deren obere Temperaturgrenze bei einem Gelanteil von 8O Gewichtsprozent 130⁰C beträgt.

Die in den Beispielen angegebenen Prozente sind Gewichtsprozente.

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Beispiel I ■

Aus vernetzten, geschäumten EinseIpartikein aus Polyäthylen (Erweichungsbereieh 105 - 110⁰C), deren Durchmesser 12 mm und deren Schüttgewieht 12,5 g/l beträgt, wird eine 5 mm dicke Schaumstoffplatte hergestellt, indem die Teilchen in einer geschlossenen Form unter Druck in thermoplastischem Zustand versintert werden. Die schäumform!gen Teilchen enthalten 50 Gewichtsprozent vernetzte Anteile. Die so hergestellte Platte wird durch Einwirkung von Infrarotstrahlen auf 130⁰C erwärmt und auf eine oben offene Metallform mit den Abmessungen 15 x 11 x 2 cm gelegt. Die Form wird nicht erwärmt. Hierauf wird dann eine Gegenform . gelegt, die in die Vertiefung auf eine Entfernung von 4,5 mm eingepaßt werden kann. Nach 5 Minuten entnimmt man einen Formkörper, der die Dimensionen der Vertiefung hat und wie ein schachteiförmiger Versandbehälter aussieht.

Beispiel 2

Aus einem sehaumförmigen, überwiegend geschlossenzelligen Copolymerisat aus 8j5 % Äthylen und YJ % Acrylsäure-tert.-butylester, das in Form von kugelförmigen Teilchen von 15 mm Durchmesser vorliegt und ein Schüttgewicht von 16 g/l hat, wird nach dem Bestrahlen im Elektronenbeschleuniger mit 60 Mrad, wobei ein Gelanteil von 84 fo im Copolyraerisat erhalten wird, eine homogene Schaumstoffplatte von 15 mm Dicke durch Verschweißen der Teilchen oberhalb des Erweichungspunkts und Zusammenpressen um 50 % des ursprünglichen Schüfetvolumens hergestellt.

Diese Platte wird in eine übliche Vorrichtung zum Tiefziehen eingespannt und mit Infrarotbestrahlung auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunkts, nämlich auf ·~Ί3>5°0, erwärmt. Dann wird eine Mehrfachform, an die Vakuum angelegt wird, von unten an die erwärmte.Schaumstoffplatte angenähert, so daß sich die Schaumstoffplatte den Konturen der Mehrfachform anpaßt. Hieraus wird mit einem Luftgebläse oberflächlich gekühlt und nach 6 Minuten die thermoplastisch verformte Schaumstoffplatte abgenommen.

Es entstehen nach dem mechanischen Zerteilen an den Nahtstellen geformte Schaumstoffteile,welche den Konturen der Mehrfachform

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entsprechen. Sie dienen z.B. als Einlagen in einem Verpackungskarton zur Aufnahme stoßempfindlicher Güter.

Beispiel 3

Aus einem Gemisch aus 78 % eines Copolymerisates aus 77,2 % Äthylen und 22,8 % Acrylsäure-tert.-butylester, 19 % Polyisobutylen vom Molekulargewicht 150 000 und 5 % Talkum werden Schaumstoffteilchen hergestellt, die einen durchschnittlichen Durchmesser von 8 bis 10 mm und ein Schüttgewicht von 15 g/l haben.

Die. Teilchen werden der Bestrahlung durch Röntgenstrahlen ausgesetzt, bis sie einen Gelanteil von 65 % haben.

Die Schaumstoffteilehen werden dann in einer Metallform 5 Minuten auf IAo⁰C erwärmt und tun 50 % der ursprünglichen Schütthöhe zusammengeireßt. Man erhält homogene, fest verschweißte Schaumstoffplatten, die eine Dicke von 10 mm und ein Raumgewicht von 30 g/l aufweisen.

Auf eine Schaumstoffplatte wird von beiden Seiten je eine Polyäthylen-Po lie von 100/U Stärke gelegt. Diese Platte wird in einem Tiefziehgerät eingespannt und 6 Minuten auf l40°C erwärmt. Im Anschluß hierauf wird von unten eine Tiefziehform, die die Gestalt eines Tropenhelmes wiedergibt und an die Vakuum angelegt wird, an die Schaumstoffplatte soweit angenähert, daß sich die Schaumstoffplatte unter thermoplastischer Verformung dicht an die Form anschmiegt. Man'läßt 10 Minuten bei Raumtemperatur abkühlen und entnimmt einen Formkörper, der als Außenschichten Polyäthylen-Folien enthält und innen eine Schaumstoffschicht aufweist. Der Formkörper hat die Form eines Helmes und kann durch Kaschieren mit Gewebeaußenschichten zur Herstellung eines Tropenhelmes verwendet werden.

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Claims (1)

1. .0.Z. 25 972

   Patentanspruch

   Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern durch Erhitzen von Platten oder Bahnen aus schaumförmigen Olefinpolymerisaten auf Temperaturen oberhalb des Erweichungspunkts, Verformen im thermoplastischen Zustand und Abkühlen der Formkörper, dadurch gekennzeichnet, daß man Platten oder Bahnen aus verschweißten, schaumförmigen Teilchen von Olefinpolymerisaten verwendet, die vernetzte Anteile enthalten. *

   Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG