DE1778947A1 - Flexible Schaumstoff-Platten und -Bloecke aus Olefinpolymerisaten - Google Patents

Flexible Schaumstoff-Platten und -Bloecke aus Olefinpolymerisaten

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DE1778947A1
DE1778947A1 DE19681778947 DE1778947A DE1778947A1 DE 1778947 A1 DE1778947 A1 DE 1778947A1 DE 19681778947 DE19681778947 DE 19681778947 DE 1778947 A DE1778947 A DE 1778947A DE 1778947 A1 DE1778947 A1 DE 1778947A1
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olefin polymers
sheets
plates
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Rudolf Dr Gaeth
Fritz Dr Stastny
Hans-Georg Prof Dr Trieschmann
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BASF SE
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Description

Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG 1778947
Unser Zeichen: O.Z. 25 644 Dd/Km Ludwigshafen am Rhein, 21.6.1968
Flexible Schaumstoff-Platten und -Blöcke aus Olefinpolymerisaten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von flexiblen Platten und Blöcken von größerer Dicke durch Verkleben von mehreren relativ dünnen Platten oder Bahnen aus geschäumten Olefinpolymerisaten.
Flexible Platten aus geschäumten Olefinpolymerisaten sind bekannt; sie werden z.B. für Verpackungs-, Polsterungs- und Isolierzwecke verwendet. Bisher wurden solche Platten nur bis zu einer Dicke von höchstens 5 cm hergestellt. Es besteht jedoch ein Bedarf an Platten oder Blöcken größerer Dicke, z.B. zur Isolierung von Tiefkühlbehältern, bei welchen eine Isolierstärke von 20 bis 30 cm benötigt wird.
Aus der französischen Patentschrift 1 522 651 ist bekannt, daß man solche Bahnen oder Platten herstellen kann durch Versintern von schaumförmigen, vernetzte Anteile (Gelanteile) enthaltenden Teilchen aus kristallinen Olefinpolymerisaten. Die annähernd kugelförmigen Teilchen, die üblicherweise einen Durchmesser von 3 bis 20 cm haben, werden dabei in einer geschlossenen Form aufgeschüttet, über den Erweichungspunkt erhitzt, beispielsweise durch Heißluft, und dann um 40 bis 60 % des ursprünglichen
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Schüttvolumens zusammengepreßt und dadurch miteinander verschweißt .
Da die Teilchen aus geschäumten Polyolefinen sehr flexibel sind j kann man bei allzu hoher Aufschüttung, beispielsweise von 10 cm, keine Schaumstoffblöcke von einheitlicher Struktur und einheitlichem Raumgewicht herstellen. Die Schaumstoff teilchen werden an den Außenzonen, die als erste dem Druck ausgesetzt sind, übermäßig zusammengedrückt, bevor der Druck im Innern der Aufschüttung soweit erhöht ist, daß die Teilchen zu lunkerfreien Schaumstoffen verschweißen. Es ist also während des Verpressens zwangsläufig eine Verdichtung an den Außenzonen im Vergleich zum Innern feststellbar. Dies ist für die Praxis nachteilig, da nicht-homogene Schaumstoffe auch keine einheitlichen Eigenschaften besitzen. So ergeben z.B. Platten, die eine ungleichmäßige Wärmeleitfähigkeit ausfweisen, bei Verwendung in der Kältetechnik keine genügend sichere Isolierung. Ferner müßte man, um einen lunkerfreien Schäumstoffblock größerer Dichte zu erhalten, einen so hohen Preßdruck aufwenden, daß das Raumgewicht des Schaumstoffes stark erhöht werden würde, was die wirtschaftlichen Einsatzmöglichkeit schmälern würde.
Es stellte sich also die Aufgabe, ein Verfahren zu finden, nach dem man relativ dicke Schäumstoffplatten- und -blöcke mit gleichmäßigem Aufbau und einheitlichen Eigenschaften herstellen kann.
Es wurde gefunden, daß man flexible Schäumstoffplatten- und -blöcke einer Dicke von mehr als 2 cm herstellen kann durch
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Verkleben von Schaurastoffbahnen oder -platten einer Dicke von mehr als 1 cm, die durch Verschweißen von Schaumstoffteilchen aus Olefinpolymerisaten mit einem Gelanteil von 5 bis 80 Gewichtsprozent hergestellt worden sind, wenn man die Oberfläche der zu verklebenden Platten im Abstand von mindestens 0,5 mm voneinander 2 Sekunden bis 5 Minuten lang auf eine Temperatur von mindestens 5°C über der unteren Erweichungsgrenze des verwendeten Polyolefins erhitzt, die Platte an den heißen Flächen mehr als eine Zehntel-Sekunde lang um mindestens 1 % ihres Volumens zusammenpreßt und den Preßdruck dann wieder aufhebt.
Erfindungsgemäß erhält man dann ein Produkt, welches außer einem gleichmäßigen Aufbau und einem einheitlichen Raumgewicht auch noch eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit und eine geringe Wasserdampfdurchlässigkeit unter Erhaltung der Flexibilität aufweist .
Im Vergleich zu den üblichen geschlossenzelligen Schaumstoffen, z.B. auf Basis Polystyrol, ist die Wasserdampfdurchlässigkeit um ein Vielfaches geringer. Dadurch kann man bei der Verlegung der Schaumstoffbahnen als Isoliermaterial in vielen Fällen auf die sonst notwendige Dampfsperre verzichten, weil der Schaumstoff selbst eine Dampfsperre darstellt.
Unter Olefinpolymerisaten im Sinne der Erfindung sollen kristalline Olefinpolymerisate verstanden werden, deren Röntgenkristallinität bei 25°C über 25 % liegt. Für das Verfahren eignen sich Homopolymerisate des Äthylens, des Propylene und
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Butens bzw. Copolymerisate dieser Monomeren; insbesondere eignen sich Polyäthylen, speziell Hochdruck(LD)-Polyäthylen und Copolymerisate des Äthylens mit äthylenisch ungesättigten Monomeren, z.B. mit Butylestern der Acryl- oder Methacrylsäure.
Schaumförmige Olefinpolymerisate mit überwiegend geschlossenzelliger Struktur werden nach den üblichen Verfahren hergestellt, z.B. dadurch, daß man auf dem Extruder ein leichtflüchtiges Treib mittel einarbeitet und nach dem Verlassen des Extruders entspannt oder dadurch, daß man Treibmittel zumischt, die sich anschließend beim Erhitzen zu gasförmigen Produkten zersetzen.
Für das erfindungsgemäße Verfahren werden schaumförmige Teilchen verwendet, deren Raumgewicht vorzugsweise zwischen 20 und 50 g/l und deren Durchmesser zwischen 3 und 30 cm liegt. Sie fallen bei dem oben geschilderten Aufschäumprozeß entweder direkt in dieser Größe an oder werden durch Zerkleinern der beim Aufschäumvorgang anfallenden Formkörper hergestellt.
Die schaumförmigen Teilchen sollen vernetzte Anteile enthalten, das heißt, ein Teil der Moleküle soll in vernetzter Form vorliegen. Für das Verfahren eignen sich insbesondere solche Teilchen aus Olefinpolymerisaten, die einen Gelanteil von 5 bis 80 Gewichtsprozent, vorzugsweise von 20 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
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η 10O0C 1 Abfiltrieren und Trocknen der unlöslichen Anteile bestimmt.
Erhitzen der Teilchen in Toluol auf Temperaturen von 1000C und
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.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 5 und 60 Mrad beträgt.
Es ist aber auch möglich, schaumförmige Teilchen mit vernetzten Anteilen zu verwenden, die durch Umsetzen mit in Radikale zerfallende Verbindungen erhalten werden.
Mitunter iet es zweckmäßig, solchen Gemischen Peroxide zuzusetzen, die eine weitere Vernetzung der Moleküle der Olefinpolymerisate bewirken. Geeignet sind z.B. die Zerkleinerungsprodukte von Formkörpern aus Olefinpolymerisaten, die man durch Aufschäumen mittels Azodiisobutyronitril erhalten hat.
Die Teilchen der schaumförmigen 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 wäßrigen Füll- bzw. Verstär-
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kungsstoffen zu verarbeiten. Als solche kommen beispielsweise Holzfasern, poröse andere Materialien oder Pasern aus thermoplastischen Kunststoffen in Frage. Auch kann man grobmaschige Gewebe oder Gitter, z.B. aus thermoplastischen Kunststoffen, als Verstärkungseinlagen in die Formkörper einarbeiten.
Das Verschweißen der Teilchen zu Platten bzw. Bahnen geschieht nach dem üblichen, in der französischen Patentschrift 1 522 651 beschriebenen Verfahren durch Erhitzen in geschlossenen Formen durch Heißluft, Infrarotstrahlen oder heiße Flüssigkeiten und anschließendes Zusammenpressen um 5 bis 60 % des ursprünglichen Schüttvolumens.
Das erfindungsgemäße Verkleben der relativ dünnen Schäumstoffbahnen und -platten kann in verschiedener Art ausgeführt werden: So ist es z.B. möglich, zwischen zwei in geringem Abstand voneinander vorgelegten Platten mit einem Heißluftstrom die Oberfläche der Innenseite der Platten zu erwärmen und dann zusammenzupressen. Die beheizten Innenflächen können während des Erhitzens auch etwas schräg zueinander stehen, etwa keilförmig, so daß die Erwärmung an der Stelle des geringsten Abstandes begonnen wird und mit zunehmendem Zusammenpressen die Verschweißung über die Gesamtfläche der Platten ausgedehnt wird.
Das Verfahren kann auch so eingerichtet werden, daß abrollende Schaumstoffbahnen kontinuierlich in kurzen Abständen voneinander geführt werden, wobei in der Mitte zwischen den zwei Bahnen die Erwärmung vorgesehen ist.
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Wesentlich bei allen Variationen ist aber, daß der Abstand der Plaften bzw. Bahnen beim Erwärmen mindestens 0,5 mm beträgt, da sonst die Platten schon vor dem Zusammenpressen auf unregelmäßige Weise zusammenkleben können. Man kann zwischen die zu verklebenden Platten bzw. Bahnen auch eine etwa 100 /u dünne Folie aus demselben Polyolefin wie der Schaumstoff spannen. Sie schmilzt beim anschließenden Erwärmen mit auf und ermöglicht ein besseres Verkleben.
Das Erwärmen selbst wird üblicherweise mit einem Heißluftstrom durchgeführt; es kann aber auch durch ein kurzfristiges Bestrahlen mit Infrarotheizung oder durch Vorbeiführen der zu erwärmenden Fläche an einer erhitzten keilförmigen Metallplatte vorgenommen werden.
Die Temperatur beim Erwärmen kann kurzfristig bis zu 60 C über dem Erweichungspunkt des verwendeten Polyolefins liegen. Die Erweichungspunkte bei Polyolefinen werden nach der Penetrometerschmelzpunktsmethode (DIN 53 445) gemessen. Meist läßt sich kein definierter Erweichungspunkt, sondern nur ein Erweichungsbereich angeben, der z.B. bei Hochdruck(LD)-Polyäthylen bei 105 bis 115°C und bei Polypropylen bei 157 bis 163°C liegt.
Die Temperatur, die beim Verkleben angewendet wird, soll mindestens 50C über der unteren Grenze des Erweichungsbereichs ("untere Erweichungsgrenze") liegen, sonst schmilzt das Polyolefin nicht mehr in ausreichendem Maße auf und das Verkleben wird unvollständig.
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Bei Schäumstoffbahnen mit niedrigerem Gelanteil, z.B. bei solchen, die aus Copolymerisaten von Äthylen mit Vinylestern oder Estern ungesättigter Carbonsäuren oder aus Polybuten hergestellt sind, vermeidet man zweckmäßigerweise eine zu starke Erwärmung, da sonst ein Schrumpfen des Schaumstoffes während des Erwärmens eintritt.
Die Zeitdauer des Erwärmens richtet sich nach der Differenz zwischen angewandter Temperatur, und Erweichungstemperatur des Kunststoffes. Bei großer Differenz soll man nur kurz erwärmen, bei geringer Differenz länger. Man muß die Schaumstoffbahnen bzw. -platten jedoch mindestens 2 Sekunden lang bei der Verklebetemperatur halten, da der Kunststoff sonst nicht in ausreichendem Maße aufschmilzt und nach dem anschließenden Pressen nicht genügend klebt. Man soll jedoch nicht länger als 5 Minuten lang erhitzen, da sonst eine Deformation der Schaumstoffteilchen eintreten kann. Wesentlich dabei ist, daß die Erwärmung so lange fortgesetzt wird, bis eine genügende Erweichung der Oberfläche erreicht ist.
Man kann die optimale Erwärmungstemperatur und -dauer in einfacher Weise durch Versuche ermitteln, wenn man davon ausgeht, daß die Schaumstoffplatten bzw. -bahnen etwa bis zu einer Tiefe von 0,2 bis 2 mm erweichen sollen, damit die Platten bzw. Bahnen genügend stark verkleben.
Wenn die zur genügenden Erwärmung notwendige Zeit verstrichen ist, werden die Platten bzw. Bahnen zusammengepreßt. Je größer
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der Preßdruck ist, desto kürzer kann die Preßzeit sein. Um ein genügend starkes Verkleben zu gewährleisten, muß jedoch mindestens eine Zehntel-Sekunde lang gepreßt werden. Der Preßdruck darf nicht so stark sein, daß der Schaumstoff irreversibel deformiert wird: er soll jedoch mindestens so stark sein, daß während des Pressens eine Volumenkontraktion der Platte um mindestens 1 % eintritt. Dadurch wird bewirkt, daß die Platten an der erhitzten Oberfläche miteinander in Berührung kommen und verkleben. Durch das Verkleben werden die Platten bzw. Bahnen untrennbar miteinander verbunden. Beim Versuch, sie wieder voneinander zu trennen, zerreißen die Schäumstoffbahnen innerhalb der einzelnen Partikel.
Nach Beendigung des Verklebevorganges wird der Preßdruck wieder aufgehoben; die Platten dehnen sich dann wieder fast auf ihr früheres Volumen aus. Eine geringe Volumenkontraktion, die durch das Verschweißen der Schaumstoffteilchen an der erhitzten Oberfläche bedingt ist, bleibt erhalten.
Die im Beispiel angegebenen Teile sind Gewichtsteile, die genannten Prozente Gewichtsprozente.
Beispiel
Vorgelegt werden zwei Schaumstoffplatten von 40 mm Dicke, die aus schaumförmigen, vernetzte Anteile enthaltenden Teilchen aus einem kristallinen, nach dem Hochdruckverfahren hergestellten Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 1,5 und einem Erweichungsbereich von 105 bis HO0C bestehen. Die Teilchen wurden vor der
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Herstellung der Schaumstoffplatten einer Bestrahlung von 15 Mrad im Elektronenbeschleuniger unterworfen. Nach dieser Behandlung betrug der Gelanteil der Teilchen 45 %> Die Teilchen sind in den Schaumstoffplatten unlösbar miteinander verschweißt. Die beiden Platten werden an der einen Stirnseite bis auf 1 mm einander angenähert. An der Innenseite der Platten wird nun, beginnend bei der Stirnseite mit 1 mm Abstand, ein Lufstrom von 16O0C gegen die Flächen geblasen. Nach 5 Sekunden Erwärmungszeit werden die beiden Platten an dieser Stirnseite aufeinander gepreßt und gleichzeitig der Heißluftstrom in Richtung der Stirnseite mit dem größeren Abstand bewegt. Mit fortschreitender Entfernung von der Stirnseite, die bereits zusammengepreßt wurde, wird gleichzeitig in gleichmäßiger Folge für ein Zusammenpressen der beiden Platten um 30 % gesorgt, und zwar durch Pressen zwischen umlaufenden Rollen. Die Erwärmung und Zusammenpressung wird gleichförmig fortgesetzt, bis die gesamte Fläche erwärmt und nach dem Zusammenpressen verschweißt ist.
Es entsteht eine flexible Schaumstoffplatte von 78,5 mm Dicke, die sich sehr gut zur thermischen Isolierung von Behältern eignet. Die Platten können, da sie biegsam sind, an die Behälterwand angelegt werden und außen hin durch Bandage fixiert werden.
Die Platte hat ein gleichmäßiges Raumgewicht von 28 g/l, eine Wärmeleitfähigkeit von 0,033 Kcal/m.Stunde.0C bei O0C und einen Wasserdampfdiffusionswiderstandsfaktor von 950.
In ähnlicher Art kann die Herstellung mehrerer dünner Platten
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oder Bahnen eingerichtet werden, so daß Schaumstoffplatten größerer Dicke, die aus 2 bis 6 einzelnen Bahnen aufgebaut sind, entstehen.
Zum Vergleich wurde unter denselben Bedingungen, unter denen die Einzelplatten hergestellt worden waren (nach der in der französischen Patentschrift 1 522 651 beschriebenen Methode) eine Platte derselben Dicke von 78,5 mm hergestellt. Diese ist nicht völlig lunkerfrei; sie hat ein Raumgewicht, das im Innern der Platte 25 g/l und am Rand 65 g/l beträgt; die Wärmeleitfähigkeit schwankt zwischen 0,033 und OsO38 Kcal/m*Stunde·0C bei O0C; der Wasserdampf diffusionswiderstandsfaktor beträgt weniger als 300.
Eine solche Platte ist als thermisches Isoliermaterial nicht geeignet.
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Claims (1)

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    Patentanspruch
    Verfahren sur Hersteilung von flexiblen Schaumstoffplatten und -blöcken einer Dicke von mehr als 2 cm durch Verkleben von Schaumstoffbahnen oder -platten einer Dicke von mehr als 1 cm, die durch Verschweißen von Schaumstoffteilchen aus Olefinpolymerisaten mit einem Gelanteil von 5 bis 80 Gewichtsprozent hergestellt worden sind, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche der zu verklebenden Platten im Abstand von mindestens 0,5 mm voneinander 2 Sekunden bis 5 Minuten lang auf eine Temperatur von mindestens 5°C über der unteren Erweichungsgrenze des verwendeten Polyolefins erhitzt, die Platten,„an· den .heißen Flächen mehr als eine Zehntel-Sekunde lang um mindestens 1 % ihres Volumens zusammenpreßt und den Preßdruck dann wieder aufhebt.
    Badische Anilin- & Soda-Pabrik AG
    «Di
    10Si*32/U22
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