DE1629316B2

DE1629316B2 - Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern aus Äthylenpolymerisaten

Info

Publication number: DE1629316B2
Application number: DE1629316A
Authority: DE
Inventors: Gilbert Dipl.-Chem. Beck; Fritz Dr. Stastny; Hermann Tatzel; Johann Dr. 6710 Frankenthal Zizlsperger
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1966-12-16
Filing date: 1966-12-16
Publication date: 1978-11-16
Also published as: DE1629316C3; BE707907A; FR1549701A; US3504068A; GB1201800A; DE1629316A1

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern aus Äthylenpolymerisaten, bei dem schaumförmige Teilchen der Polymerisate in Formen unter Druck erhitzt und verschweißt werden.

Schaumstoffe aus Äthylenpolymerisaten sind bekanntlich im Gegensatz zu Polystyrol-Schaumstoffen elastisch und demzufolge flexibel, was für manche Anwendungszwecke sehr erwünscht ist Allerdings stößt — auch im Gegensatz zu Polystyrol - die Formgebung der Polyäthylen-Schaumstoffe zu gebrauchsfähigen Formkörpern auf Schwierigkeiten, und von Polystyrol her bekannte Verbesserungen in der Verfahrensführung führen bei Polyäthylen nicht zum Erfolg. So verhält es sich z. B. auch mit dem in der FR-PS 1310 709 beschriebenen Verfahren, das auf Polystyrol nicht beschränkt ist. Danach werden geschäumte Teilchen in eine Form eingebracht und dort mechanisch oder pneumatisch komprimiert und dann bei erhöhter Temperatur miteinander verschweißt Bei Anwendung dieses Vorgehens auf Äthylenpolymerisate müßte festgestellt werden, daß die Formkörper lediglich eine locker verschweißte Masse ohne einheitliche Struktur mit viel Lunkerstellen waren. Das hatte zur Folge, daß die Festigkeit der Körper sehr gering war und komplizierte Körperformen waren nicht ausgeformt. Außerdem ließ das angestrebte Raumgewicht eines solchen Körpers zu wünschen übrig; es war zu hoch.

Zwar lassen sich gut gebrauchsfähige schaumförmige Äthylenpolymerisate nach dem Extrudierverfahren herstellen, wonach in einen Extruder das Polymerisat mit Treibmittel gemischt und die Mischung nach dem Verlassen der Extruderdüse entspannt wird. War das Treibmittel wohlüberlegt ausgesucht, lag das Raumgewicht sogar zufriedenstellend niedrig, nämlich zwischen 20 und 50 Gramm/Liter. Der erzeugte Körper war jedoch stets eben lediglich ein Strang, kein sonstwie gestalteter Körper.

In der GB-PS 10 22 052 ist ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern aus Polypropylen beschrieben, bei dem Polypropylen-Teilchen, die gegebenenfalls nur teilweise geschäumt sein können, zusammen mit einer Azoverbindung als Treibmittel und einer Azido-Verbindung als Vernetzungsmittel, in einer Form erhitzt werden, wobei die Teilchen expandieren und verschweißen. Dabei muß mit chemisch wirkenden Vernetzungsmitteln, Treibmitteln und Lösungsmitteln hantiert werden, was nur unter strengen Vorsichtsmaßnahmen möglich ist Zudem sind, was sich aus den Beispielen dieser Patentschrift ergibt, nur verhältnismäßig hohe Raumgewichte erzielbar. Um niedrigere Raumgewichte unter 80 g/l zu erhalten, müßten die nach Seite 4, Zeilen 105/106 dieser Patentschrift genannten zwei Prozent und mehr des nicht ungefährlichen Azido-Vernetzungsmittels eingesetzt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Schaumstoff-Formkörper aus Äthylenpolymerisaten mit niedrigem Raumgewicht bis herunter zu 20 g/l herzustellen; die Herstellung dieser Formkörper, auch mit komplizierter Gestalt, soll ebenso einfach und problemlos wie bei Polystyrol-Schaumstoffen durchführbar sein und die Festigkeit der Körper soll denen aus Polystyrol entsprechen, was — wie auch dort — nur durch einwandfreie Verschweißung der Teilchen untereinander bei einheitlicher lunkerfreier Schaumstruktur erreichbar ist.

Es wurde nun gefunden, daß man, ausgehend vom Verfahren nach der FR-PS 13 10 709, wonach man also die Schaumstoffteilchen in eine Form einbringt, den Druck in der Form — um die Schaumstoffteilchen im Sinne einer Volumenverkleinerung zu verformen — durch Einpressen von Gasen erhöht und die Teilchen hiernach bei Temperaturen oberhalb des Kristallitschmelzpunktes des Äthylenpolymerisats miteinander verschweißt, dann das aufgabengemäß gesteckte Ziel erreicht, wenn man nach dem Einpressen der Gase das Volumen des Innenraums der Form auf 90 bis 40% des ursprünglichen Schüttvolumens der eingebrachten Schaumstoffteilchen verringert und anschließend den Druck im Innenraum der Form unter Beibehaltung des verringerten Volumens durch Entspannen der Gase herabsetzt, wobei die Schaumstoffteilchen sich ausdehnen und miteinander verschweißen.

Unter Äthylenpolymerisaten im Sinn der Erfindung sollen kristalline Äthylenpolymerisate verstanden werden, deren Röntgenkristallinität bei 25° C über 25% liegt. Für das Verfahren eignen sich Homopolymerisate des Äthylens, sowie Copolymerisate des Äthylens mit anderen Olefinen oder mit anderen äthylenisch ungesättigten Monomeren, die mindestens 50 Gewichtsprozent Äthylen einpolymerisiert enthalten. Bevorzugt sind Copolymerisate des Äthylens mit 5 bis 30 Gewichtsprozent Estern der Acryl- oder Methacrylsäure oder Vinylcarbonsäuren. Besonders geeignet für das Verfahren sind z. B. Copolymere, die durch Copolymerisation von Äthylen und tert-Butyl- bzw. Isopropylester der Acryl- oder Methacrylsäure erhalten wurden. Auch wenn die Herstellungsbedingungen der Polymerisate so gewählt werden, daß ein Teil der einpolymerisierten Acrylsäureester unter z. B. Isobutylenabspaltung zur Bildung eingebauter freier Säuregruppen führt, sind die Polymerisate hervorragend geeignet. In diesem Fall enthalten die Äthylencopolymeren 0,1 bis 7 Molprozent, vorzugsweise 0,2 bis 5 Molprozent, Carbonsäuregruppen in einpolymerisierter Form. Der Gehalt an einpolymerisierten Carbonsäureestern des tert-Butylalkohols bzw. des Isopropanols beträgt 1 bis 5, vorzugsweise 2 bis 3,5 Molprozent.

Für das erfindungsgemäße Verfahren werden feinteilige geschlossenzellige schaumförmige Teilchen der Äthylenpolymerisate verwendet Die Durchmesser der Teilchen liegen vorzugsweise zwischen 3 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 Äthylenpolymerisat bestehen. Vorzugsweise verwendet man für das Verfahren Teilchen mit überwiegendem Anteil an geschlossenen Zellen. Besonders bevorzugt sind feinteilige geschlossenzellige Äthylenpolymerisate, deren Druckverformungsrest bei 20⁰C unter 10% liegt (gemessen nach DIN 53 572). Die schaumförmigen Teilchen werden nach gebräuchlichen technischen Verfahren erhalten, z. B. durch Mischen der Äthylenpolymerisate mit einem 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 Äthylenpolymerisaten und solchen Treibmitteln erhalten werden, die sich unter *20 Bildung gasförmiger Produkte zersetzen.

Die schaumförmigen Teilchen können vernetzte Anteile enthalten, das heißt, ein Teil der Moleküle kann in vernetzter Form vorliegen.

Die Teilchen der schaumförmigen Äthylenpolymerisate 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.

Das Verbinden der Teilchen wird wie auch sonst üblich, in geschlossenen Formen vorgenommen. Jedoch ist für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung mindestens eine Formwand der Form gegen die gegenüberliegende Formwand hin beweglich, so daß der Innenhohlraum der Form beliebig verändert werden kann. Zweckmäßig verwendet man eine Form, in der die bewegliche Formwand als Druckstempel ausgebildet ist Die Formen haben Gasein- und -austrittsventile, so daß der Gasdruck im Innenhohlraum der Form durch Einpressen von Gasen, z. B. von Luft, erhöht und danach wieder entspannt werden kann.

Die Verfahrensdurchführung ist folgende: schaumför- so mige Äthylenpolymerisat-Teilchen werden in die Form eingebracht, danach wird die Form geschlossen und der Druck durch Einpressen von Gas im Innenhohlraum auf 2 bis 9 bar, vorteilhaft auf 3 bis 6 bar, erhöht Es wird am zweckmäßigsten Luft oder Stickstoff verwendet, obwohl auch andere Gase, wie Chlorfluorkohlenstoffverbindungen, gut geeignet sind. Unter dem Druck des Gases geben die Teilchen elastisch nach und werden kleiner; das Raumgewicht wächst, von z. B. 20 bis 30 Gramm/Liter auf 50 bis 100 Gramm/Liter.

1 bis 120 Minuten nach dem Einpressen des Druckgases, variierend je nach dem abgestrebten Verschweißungsgrad und der verwendeten Polyäthylen-Sorte, wird mindestens eine Formwand in Richtung der gegenüberliegenden bewegt Die Näherung erfolgt so weit, daß das Volumen des Innenraums noch 90 bis 40% des ursprünglichen Schüttvolumens der Teilchen in der Form beträgt. Unter ursprünglichem Schüttvolumen ist das Volumen zu verstehen, das die Teilchen vor dem Einpressen von Gas in die Form einnehmen.

Das Verringern des Volumens des Innenraums der Form kann beispielsweise auch dadurch vorgenommen werden, daß die unter Druck stehenden Schaumstoff-Teilchen aus einem Druckbehälter mit großem Volumen in eine Form überführt werden, die ein gegenüber dem Druckbehälter verringertes Volumen hat.

Nach dem Verringern des Volumens des Innenraums setzt man den Druck im Innenraum der Form herab, z. B. auf Atmosphärendruck. Es ist aber auch möglich, den Innenraum der Form zu evakuieren, so daß ein Unterdruck entsteht

Während und nach dem Herabsetzen des Innendrucks der Form dehnen sich die Schaumstoffteilchen infolge des in den Zellen herrschenden Überdrucks aus. Diese Ausdehnung nimmt ein Maß an, daß die Teilchen ihre kugelige Gestalt mit gegenseitiger punktförmiger Berührung verlieren und, wie Quader, flächig ohne nennenswerte Fugen unter Druck sich dicht gegeneinander legen. Hierbei verschweißen sie untereinander unter Ausnutzung maximaler flächiger Berührung und somit sehr fest zu einem Formkörper, der in den Ausmaßen dem Innenraum der Form entspricht.

Wie in vielen anderen Fällen des Schweißens von Kunststoff ist es auch hier erforderlich, die notwendige Erwärmung der Polyäthylenteilchen bis über den Kristallitschmelzpunkt des Äthylenpolymerisats vorzunehmen. Man erhitzt vorteilhafterweise auf Temperaturen von 5 bis 20⁰C oberhalb dieses Punktes. Eine zuverlässige Durchwärmung aller Teilchen an der Oberfläche wird erreicht, indem man der Masse eine Wärmemenge zuführt, die 2 bis 5% der Schmelzwärme der Masse der Äthylenpolymerisate beträgt.

Die Erwärmung der Teilchen kann vor dem Einbringen in die Form oder in der Form erfolgen. Die Erwärmung in der Form kann z. B. so erfolgen, daß man zur Druckerzeugung Heißluft heranzieht. Erwärmt man die Teilchen außerhalb der Form, so muß die Form innerhalb eines Zeitraumes geschlossen, der Druck erhöht und wieder entspannt werden, in dem die Oberflächentemperatur der Teilchen nicht unter einen Wert abgesunken ist, der 5° C über dem Kristallitschmelzpunkt liegt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man auf einfache Weise und ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen treffen zu müssen durch Verschweißen von Schaumstoffteilchen aus Äthylenpolymerisaten Schaumstoff-Formkörper niedrigen Raumgewichts mit relativ großen Abmessungen und komplizierter Formgebung bei völlig einheitlicher Schaumstruktur ohne Lunker und Einfallstellen.

Beispiel 1

Eine Vorrichtung, wie sie in F i g. 1 wiedergegeben ist, dient zur vorteilhaften Durchführung des Verfahrens. Durch die Rohrleitung 1 wird Luft von 100⁰C bei geöffnetem Ventil 4 in den Innenhohlraum 5 einer Form 7 eingeblasen. Aus dem Behälter 2 werden schaumförmige Teilchen, die einen durchschnittlichen Durchmesser von 8 mm haben und aus einem Äthylencopolymerisat bestehen, das 22% Acrylsäure-t-butylester einpolymerisiert enthält, durch die Rohrleitung 3 in den Formeninnenraum 5 gefördert. Die Schaumstoffteilchen haben einen Gelanteil von 30% und ein Raumgewicht von 10 Gramm/Liter. Die Oberflächen der Teilchen werden während des Transports auf 95⁰C erhitzt. Nachdem der Forminnenraum 5 vollständig gefüllt ist,

wird das Ventil 4 geschlossen. Über dem mit einem Ventil versehenen Einlaß 6 wird Luft von 80⁰C in die Form 7 eingepreßt, bis ein Druck von 3,5 bar sich einstellt. Danach wird der Einlaß 6 geschlossen. Die in dem Formeninnenraum enthaltenen Teilchen werden unter dem Druck der eingepreßten Luft auf etwa die Hälfte des Innenvolumens des Formeninnenraumes 5 zusammengepreßt, wobei sich das Raumgewicht von 10 auf 20 Gramm/Liter erhöht Nun wird der Stempel 8 bis etwa zur Hälfte der Höhe des Innenraumes 5 gesenkt und arretiert Anschließend wird der Einlaß 6 geöffnet und somit der Innendruck in der Form 7 auf Normaldruck entspannt Die in dem Formeninnenhohlraum 5 enthaltenen Teilchen expandieren und verschweißen zu einem Formkörper. Nach einer Kühlzeit von 10 Minuten wird die Form 7 geöffnet und der Formkörper, der eine Dichte von 20 Gramm/Liter hat, daraus entnommen.

Beispiel 2

Bei der Arbeitsweise in der Vorrichtung, wie sie in' F i g. 2 wiedergegeben ist werden in einem Druckbehälter 12 über einen mit Ventil versehenen Trichter 13 Schaumstoffteilchen eingefüllt Die Teilchen haben einen Durchmesser von etwa 10 mm und ein Raumgewicht von 15 Gramm/Liter. Sie bestehen aus einem Copolymerisat aus Äthylen, 8% Acrylsäurebutylester und 5% Acrylsäure. Ober das mit Ventil versehene Einlaßrohr 14 wird Luft von 105⁰C in den Behälter 12 eingeblasen, bis sich ein Druck von 7 bar einstellt Die Schaumstoff teilchen werden so bis auf ein Raumgewicht von 50 Gramm/Liter zusammengepreßt Durch öffnen des Ventils 15 fließen die zusammengepreßten Teilchen in den Innenraum 5 der Form 7 ein. Einlaßventil 6 und Auslaßventil 11 sind dabei geschlossen. Nachdem der Formeninnenraum 5 gefüllt ist wird das Ventil 15 geschlossen. Danach öffnet man das Ventil 11, so daß sich der Druck in der Form auf Normaldruck entspannt Die Teilchen verschweißen zu einem Formkörper, der in den Ausmaßen dem Innenraum der Form entspricht Danach wird durch das Einlaßventil 6 Kaltluft eingeblasen, die aus dem Ventil 11 austritt, wobei der Formkörper abgekühlt wird. Er kann nach dem Abkühlen aus der Form entnommen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern durch Verbinden von schaumförmigen Teilchen aus Äthylenpolymerisaten in einer Form, wobei man die Schaumstoffteilchen in eine Form einbringt, den Druck in der Form durch Einpressen von Gasen erhöht und dabei die Schaumstoffteilchen zusammenpreßt, und die Teilchen bei Temperaturen oberhalb des Kristallitschmelzpunktes des Äthylen-Polymerisats verschweißt, dadurch gekennzeichnet, daß man nach dem Einpressen der Gase das Volumen des Innenraums der Form auf 90 bis 40% des ursprünglichen Schüttvolumens der eingebrachten Schaumstoffteilchen verringert, und anschließend den Druck im Innenraum der Form unter Beibehaltung des verringerten Volumens durch Entspannen der Gase herabsetzt, wobei die Schaumstoffteilchen sich ausdehnen und miteinander verschweißen. ·