DE9311491U1

DE9311491U1 - Formgebilde aus einem thermoplastischen Kunststoff

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Publication number: DE9311491U1
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Authority: DE
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1993-08-02
Filing date: 1993-08-02
Publication date: 1993-10-28
Anticipated expiration: 2003-08-03

Description

HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT - WERK KALLE-ALBERT

93/K 059G - 1 - 30. Juli 1993

WL-DI.Z.-ge

Pormgebilde aus einem thermoplastischen Kunststoff.

Die Neuerung betrifft ein Formgebilde aus einem thermoplastischen Kunststoff, der zumindest 10 Vol.% offene Zellen enthält.

Bei dem Formgebilde handelt es sich um eine offenzellige Kunststoffschaumfolie, die, im Gegensatz zu einer Kunststoffschaumfolie mit geschlossenen Zellen, in der Lage ist, Flüssigkeiten aufzunehmen.

Kunststoffschaumfolien sind schon seit langem bekannt, insbesondere haben Polystyrolschaumfolien ein breites Anwendungssprektrum gefunden. Sie werden beispielsweise als Verpackungsschalen, im Bausektor vor allem als Isoliermaterial, beispielsweise als Untertapeten, verwendet.

0 Kunststoffschaumfolien werden im allgemeinen in der Weise hergestellt, daß ein thermoplastischer Kunststoff zusammen mit einem Treibmittel, insbesondere einem Treibgas, aus einer ring- oder breitschlitzförmigen oder Koextrusions-Düse extrudiert wird. Kurz nach dem Verlassen der Extrusionsdüse expandiert das im Kunststoff fein verteilte Treibmittel, so daß sich im Kunststoffschaumkörper feinste Bläschen bilden. Je nach Verfahrensbedingungen hinsichtlich der Temperatur und der Extrusionsgeschwindigkeit werden mehr 0 oder weniger große Bläschen erhalten. Dementsprechend enthält die so hergestellte Kunststoffschaumfolie dicht gepackte, geschlossene, gasgefüllte Zellen, wobei das in den Zellen eingeschlossene Gas im allgemeinen Luft und/oder Reste des Treibmittels sind. Die

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ausgezeichneten Isoliereigenschaften der Kunststoffschaumfolien beruhen im wesentlichen auf den dicht gepackten, geschlossenen, gasgefüllten Zellen, die gewissermaßen eine "immobile" Gas-, insbesondere Luft-Schicht bilden. Eine solche feststehende Luftschicht besitzt eine geringe Wärmeleitfähigkeit.

Völlig anders verhält sich eine Kunststoffschaumfolie, in der die Zellen nicht geschlossen, sondern geöffnet, d.h. durchgängig, sind. Eine solche Kunststoffschaumfolie kann beispielsweise Flüssigkeiten speichern, ähnlich wie ein Schwamm.

In dem Dokument WO 90/14159 ist ein Ölaufsaugmaterial beschrieben, das aus zerkleinertem Polyethylenschaum besteht, ein Hinweis darauf, wie eine intakte saugfähige Kunststoffschaumfolie zu erhalten ist, kann diesem Dokument nicht entnommen werden. Durch Ausübung von mechanischem Druck auf die Kunststoffschaumfolie kann ein Großteil der zuvor geschlossenen Zellen des Polyethylenschaums geöffnet werden. Dabei werden jedoch die mechanische Festigkeit und die Stabilität der Kunststoffschaumfolie deutlich herabgesetzt, da die Zellenwände zum Teil durch den mechanischen Druck deformiert werden. Eine solche Folie kann einen Anteil an geöffneten Zellen von mehr als 50 % besitzen.

Aus der EP-A - 0 090 507 ist eine schalenförmige Verpackung für "Fast Food" bekannt, die aus einer offenzelligen geschäumten Polymerschicht und einer geschlossenzelligen polymeren Außenschicht als Flüssigkeitsbarriereschicht besteht. Als Polymer für beide Schichten findet beispielsweise Polystyrol Ver-

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Wendung. Die Ausbildung der offenzelligen Kunststoff schaumfolie erfolgt dabei in der gleichen Weise wie die Extrusion der geschlossenzelligen Außenschicht, mit der einen Ausnahme, daß ein Überschuß an Nukleierungsmittel, wie beispielsweise Natriumbicarbonat und Citronsäure, in einem Gewichtsverhältnis von 0,8 bis 1,2 und 1,2 bis 0,8 zugesetzt, jedoch auf den Einsatz eines Treibmittels verzichtet wird. Da kein Treibmittel verwendet wird, ist nur eine einzige Mischkammer und eine einzelne Extrusionsschnecke erforderlich. Bei diesem bekannten Verfahren wird eine offenzellige Polystyrolschaumschicht mit einem mittleren Anteil an offenen Zellen von 50 bis 90 Vol.% erhalten. Bei diesem bekannten Verfahren wird jedoch keine Zellenstruktur erhalten, bei der die einzelnen Zellen untereinander in Verbindung stehen, vielmehr gilt, daß nur die Zellen in der Oberfläche der Kunststoff schaumfolie mit den darunter liegenden, benachbarten Zellen in Verbindung stehen, wobei jedoch keine Zellenstruktur erhalten wird, bei der die Zellen unmittelbar aneinander angrenzen und nur durch die Zellenwände voneinander getrennt sind.

Aus der JP-Patentschrift 3-57348 ist ein feuchtigkeitsabsorbierendes Verpackungsmaterial aus einem Formkörper bekannt, der aus einer homogenen Mischung von 50 bis 85 Gew.% Ethylenpolymer und 15 bis 50 Gew.% eines Adsorbens besteht, das bei Wasseraufnahme nicht anschwellt.
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In der JP-Patentschrift 54-31026 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Polypropylenschaumes mit offenzelliger Struktur beschrieben, bei dem Homopolymere oder Copolymere des Propylens unter Druck und Hitze

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geliert werden, unter Zusatz von Fluorchlor- Kohlenwasserstoffen als Treib- bzw. Aufschäummittel und eines herkömmlichen Nukleierungsmittels. Der extrudierte Polypropylenschaum hat eine gleichförmige und feine Zellenstruktur mit einem mittleren Zellendurchmesser von 0,5 mm und eine Dichte von etwa 0,028 g/cm³. Das Absorptionsvermögen des Polypropylenschaumes für Wasser beträgt das 3- bis 7,6-fache der Schaumdichte.

Aufgabe der Neuerung ist es, ein Formgebilde aus einem Kunststoffschaum, mit einer offenzelligen Zellenstruktur, die in weiten Bereichen variierbar ist, zur Verfügung zu stellen, wobei die Zellen miteinander in Verbindung stehen und die im Inneren des Formgebildes liegenden Zellen ohne mechanische Zerstörung von Zellenwänden für Medien durchgängig sind.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß durch ein Formgebilde der eingangs beschriebenen Art in der Weise gelöst, daß die Zellen polyederähnliche Gestalt besitzen und aneinander angrenzen, wobei Stege der in einer Raummatrix angeordneten polyederähnlichen Zellen gestaltsmäßig unversehrt sind, und daß zumindest zwei Wände jeder offenen Zelle Öffnungen aufweisen, unter Beibehaltung der mechanischen Festigkeit der Raummatrix.

In Weiterbildung der Neuerung ist zumindest ein Teilbereich einer der Oberflächen des Formgebildes geöffnet, so daß die an die Oberfläche angrenzenden Zellen für Flüssigkeiten zugänglich sind.

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In Ausgestaltung der Erfingung ist das Formgebilde ein thermoplastischer Schaum zumindest eines Kunststoffes aus der Gruppe der Polyolefine, wie Polyethylen (HDPE, LPE, LLDPE), chloriertes Polyethylen, Polypropylen (PP), Polypropylencopolymere (PPC), Ethylenvinylacetatcopolymer (EVA), halogenierte Polyolefine; aus der Gruppe der Styrolpolymere, wie Polystyrol (PS), Polystyrolcopolymere (PSC), Acrylonitrilbutadien-styrolcopolymere (ABS), Styrolmaleinsäureanhydrid, schlagfeste Polystyrole (SPS); aus der Gruppe der Polyester, wie Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylenglykolterephthalat (PETP), Polybutylenterephthalat (PBT); aus Ethylenpropylenterpolymerisat, Polyvinylchlorid (PVC) und/oder Polyphenylenoxid.

Zweckmäßigerweise besteht der thermoplastische Kunststoffschaum aus Copolymeren oder Blends thermoplastischer Polymere, aus Polymeren, Copolymeren oder Blend thermoplastischer Polymere und/oder Copolymere.

In weiterer Ausgestaltung sind die Ausgangsstoffe des Kunststoffschaums zumindest ein Polymer, Nukleierungsmittel und Treibgas. Insbesondere handelt es sich bei dem Polymer um Polystyrol mit bis zu 95 Gew.%, bei dem Nukleierungsmittel um Talkum, Kreide, Natriumcarbonat, Natriumbicarbonat und/oder Citronsäure, mit bis zu 3 Gew.%, und bei dem Treibgas um Butan, Propan oder Mischungen hiervon mit bis zu 4 0 Gew.%.

In Weiterbildung der Neuerung ist ein bestimmter Gewichtsanteil des Polymers durch ein Fremd-Polymer mit

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einem Gewichtsanteil in der gleichen Größenordnung ersetzt.

Die weitere Ausgestaltung des Formgebildes ergibt sich aus den Merkmalen der Ansprüche 7 bis 16.

Durch Verändern der Gewichtsanteile der Ausgangsstoffe der Kunststoffschaumfolie kann der Anteil der offenzelligen Struktur in weiten Bereichen variiert werden. Mit der Neuerung wird der Vorteil erzielt, daß die Kunststoffschaumfolie, selbst wenn der Anteil an offenzelliger Struktur mindestens 50 Vol.% beträgt, sich in ihren mechanischen Eigenschaften, wie Reißfestigkeit, &Egr;-Modul gegenüber den gleichen Eigenschäften einer gleichartigen Kunststoffschaumfolie mit überwiegend geschlossenzelliger Struktur so gut wie nicht unterscheidet. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Zellen der Kunststoffschaumfolie zwar geöffnet sind, jedoch das eigentliche Zellengerüst erhalten bleibt und weder mechanisch noch thermisch verformt bzw. zerstört ist.

Unter dem Begriff "Zellen" sind die in der Kunststoff schaumfolie enthaltenen Hohlräume zu verstehen.

Geschlossen sind diese Zellen dann, wenn die den Hohlraum umschließenden Zellenwände aus nicht-perforiertem oder in sonstiger Weise für ein Medium durchlässigem Kunststoff bestehen. Von offenen Zellen ist dann die Rede, wenn mindestens zwei der den Hohlraum umschließenden Zellenwände Öffnungen aufweisen, so daß zwischen benachbarten Zellen ein Stoffaustausch, insbesondere ein Austausch von flüssigen Medien, möglich ist.

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Die Anzahl der geschlossenen bzw. offenen Zellen kann gemäß genormter Verfahren zum Bestimmen des Volumenanteils offener und geschlossener Zellen in harten Schaumstoffen festgestellt werden (z.B gemäß DIN-Norm 4590). Die Angabe von Vol.% für offene Zellen bezieht sich dann jeweils auf das gesamte Volumen einer repräsentativen Volumeneinheit.

Das Formgebilde findet Verwendung als Verpackungsmaterial für Feuchtigkeit enthaltendes Gut, als Saugfilter, wobei diese Aufzählung der Verwendungsmöglichkeiten keineswegs vollständig, sondern nur beispielhaft ist.

In Abhängigkeit von dem Temperaturgradienten bei der Extrusion der Kunststoffschaumfolien befinden sich die offenen Zellen mehr oder weniger weit im Inneren der Schaumfolie, bei geschlossener Oberfläche.

0 Die Neuerung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. la in schematischer Schnittansicht Kunststoffschaumfolien mit offener Zellenstruktur, bei der die Zellen durch mechanischen Druck geöffnet werden,

Fig. Ib in schematischer Schnittansicht Kunststoffschaumfolien mit offener Zellenstruktur nach der Neuerung,
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Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Tandem-Extrusionsanlage zur Herstellung von offenzelligen Kunststoffschaumfolien nach der Neuerung,

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Fig. 3 im Diagramm den Zusammenhang zwischen der Temperatur der Kunststoffschmelze aus Polystyrol beim Austritt aus einer Extrusionsdüse und der Ausbildung von offen- und geschlossenzelliger Struktur der Kunst

stoff schaumfolie ,

Fig. 4 im Diagramm den Zusammenhang zwischen der Temperatur von Kunststoffschmelzen verschiedener Kunststoffe beim Austritt aus

einer Extrusionsdüse und der Ausbildung offen- und geschlossenzelliger Struktur der Kunststoffschaumfolien,

Fig. 5a und 5b schematisch die Anordnung von Fremd-

Polymerpartikeln in der Zellenstruktur bzw. in einer Zellenwand einer Kunststoffschaumfolie, und

0 Fig. 6 schematische Schnittdarstellungen im vergrößerten Detail von Zellenstrukturen von Kunststoffsehaumfolien und deren Flüssigkeit sabsorpt ions verhalten.

In Figur la ist ein schematischer Schnitt durch ein Formgebilde 11 dargestellt, das durch Extrusion einer Kunststoffschmelze nach dem Stand der Technik und nachfolgender mechanischer Druckbelastung der extrudierten Kunststoffschaumfolie erhalten wird. Beim Verschäumen eines Thermoplastes, wie Polystyrol, entsteht bei den bisher bekannten Verfahren eine Folie mit einer geschlossenen Zellenstruktur. Polystyrol kann über den Extrusionsprozeß zu verschiedenen Schaumprodukten mit geschlossener Zellenstruktur ver-

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arbeitet werden. Hierbei werden unterschiedliche Treibmittel und Nukleierungsinittel eingesetzt, um erwünschte Produkteigenschaften zu erzielen. Die Zellengröße, Dichte und Struktur des Kunststoffschaumes sind mit physikalischen Variablen und Additiven nach Bedarf zu variieren. Der zu erstellende Kunststoffschaum mit geschlossener Zellenstruktur findet seine Anwendung in unterschiedlichen Gebieten, wobei von spezifischen Eigenschaften, wie geringer Dichte, Isoliervermögen, Verformungsfähigkeit, Gebrauch gemacht wird. Durch die mechanische Druckbelastung einer Oberfläche 20 des Formgebildes 11 werden die zunächst geschlossenen Zellen 12, die unmittelbar an die Oberfläche 20 angrenzen, sowie die darunterliegenden ZeI-len 14 mechanisch aufgebrochen, so daß sich Öffnungen 17 in den Zellenwänden 15 und 16 bilden. Dabei werden Stege 13 der Zellenwände mechanisch soweit verformt, daß die einzelnen Zellen sowie die Raummatrix 18 des Formgebildes ihre mechanischen Festigkeiten verlie-0 ren. Dies kann dazu führen, daß die oberen Schichten des Formgebildes 11 kollabieren und somit die Kunststoff schaumfolie weich wird.

In Figur Ib ist ein Formgebilde 1 nach der Neuerung aus einem thermoplastischen Kunststoff gezeigt, bei dem Zellen 2 und 4 polyederähnliche Gestalt mit einer maximalen Abmessung <l,0 mm, insbesondere <0,4 mm, besitzen und aneinander angrenzen. Eine Oberfläche 10 des Formgebildes 1 ist anfänglich geschlossen, wird jedoch durch mechanisches Bearbeiten, wie Abschaben, Ritzen, Perforieren oder durch Abkühlen und gleichzeitiges Dehnen während der Extrusion geöffnet. Beim Perforieren handelt es sich um ein sogenanntes Nadeln der Oberfläche 10. Die Zellen 2 und 4 bilden eine

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Raummatrix 8 oder ein Zellengerüst und sind gestaltsmäßig unversehrt, d.h. Zellenwände 5 und 6, die mit Öffnungen 7 versehen sind, weisen keinerlei mechanische Deformationen auf. Jeweils zwei Wände 5, 6 jeder 5 offenen Zelle 4 besitzen derartige Öffnungen 7. Zu beiden Seiten jeder Öffnung 7 befinden sich Stege 3, die im Vergleich zu dem Formgebilde 11 in Figur la nicht verformt sind. Mit der Bezugszahl 2 sind die unmittelbar an die Oberfläche 10 anschließenden ZeI-len bezeichnet, während die darunterliegenden Zellen mit der Bezugszahl 4 belegt sind.

In Figur 2 ist perspektivisch eine Extrusionsanlage zur Herstellung des neuerungsgemäßen Formgebildes 1 dargestellt, wobei sich diese Anlage nicht von einer herkömmlichen Anlage zur Herstellung von geschlossenzelligen Kunststoffschäumen unterscheidet. Ein erster Extruder 21 wird über einen Einfülltrichter 22 mit einem Kunststoffgranulat, vermischt mit einem Nukleierungsmittel, beschickt. In dem Schneckenextruder wird die Mischung aus Kunststoffgranulat und Nukleierungsmittel homogen gemischt und, je nach der Art des Kunststoffgranulate, durch Erhitzen auf eine Temperatur bis zu 300 ⁰C die Mischung aufgeschmolzen.

Die Kunststoffschmelze wird im ersten Extruder 21 mit einem Treibmittel über einen Treibmittel-Injektor 23 mit hohem Druck von bis zu 350 bar beaufschlagt. Dieses Treibmittel wird homogen mit der Kunststoff schmelze vermischt und einem zweiten Extruder 24 zugeleitet, in welchem die Kunststoffschmelze auf eine Massetemperatur im Rereich von 120 bis 250 ⁰C vor der Extrusion abgekühlt wird. Diese Massetemperatur liegt um 10 bis 20 % höher als die Massetemperatur beim Extrudieren von Kunststoffschmelzen

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zu geschlossenzelligen Kunststoffschäumen. Beispielsweise beträgt die Massetemperatur einer Kunststoffschmelze, deren Basisstoff Polystyrol ist, etwa 170 ⁰C, während üblicherweise die Massetemperatur von Polystyrol beim Austritt an der Extrusionsdüse bei etwa 150 ⁰C liegt.

Bei der Herstellung von geschlossenzelligen Kunststoff schäumen entfaltet der Druck des Treibmittels bzw. Treibgases bei etwa 150 ⁰C während des Austritts aus der Extrusionsdüse die Wirkung, daß die Kunststoff schmelze durch Abkühlung vom plastischen in den annähernd elastischen Zustand übergeführt wird. An der Extrusionsdüse tritt dabei eine rasche Verdampfung und Aufschäumung des Treibmittels und ein Temperaturverlust von etwa 2 0 ⁰C ein. Danach kühlt der extrudierte Kunststoffschaum langsam weiter ab.

In Fig. 3 ist im Diagramm die Ausbildung von geschlossenzelliger und offenzelliger Struktur in einem Polystyrolschaum dargestellt, in Abhängigkeit von der Temperatur der Kunststoffschmelze an der ringförmigen Extrusionsdüse. Wie die untere Kurve erkennen läßt, sind die Zellen des Polystyrolschaumes bis zu einer Temperatur von etwa 155 ⁰C weitgehend geschlossen. Bei weiter ansteigenden Temperaturen der Polystyrolschmelze am Austritt der ringförmigen Extrusionsdüse beginnen sich Zellen des Polystyrolschaumes zu öffnen, und bei etwa 170 ⁰C Austrittstemperatur der Polystyrolschmelze sind die Zellen zum größten Teil geöffnet. Der übliche Temperaturbereich zur Herstellung von geschlossenzelligen Polystyrolschäumen liegt im Bereich von 140 bis 150 ⁰C. Dem Basisrohstoff Polystyrol ist hierbei als Nuklierungsmittel Talkum bei-

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gefügt. Die obere Kurve im Diagramm 3 zeigt Polystyrolschaum, der weitgehend eine offenzellige Struktur über einen Temperaturbereich von 135 ⁰C bis 170 ⁰C Ausgangstemperatur der Polystyrolschmelze an der ringförmigen Extrusionsdüse besitzt. Die Ausgangsstoffe dieses Polystyrolschaumes sind Polystyrolgranulat, Talkum als Nukleierungsmittel und ein Fremd-Polymer. Aus dem Diagramm läßt sich ablesen, daß eine offenzellige Struktur des Polystyrolschaumes entweder durch entsprechende Erhöhung der Austrittstemperatur der Polystyrolschmelze an der ringförmigen Extrusionsdüse erzielen läßt oder durch Zugabe eines Fremd-Polymers zu der Standardrezeptur des Polystyrolschaumes im üblichen Temperaturbereich von 14 0 bis 150 ⁰C, insbesondere 150 ⁰C.

Für die höhere Temperatur zum Erzielen eines offenzelligen Polymerschaumes gilt allgemein, daß die Temperatur 10 bis 20 % höher liegen muß als die Temperatür beim Extrudieren von geschlossenzelligen Polymerschäumen. Durch die höhere Temperatur an der Extrusionsdüse, bei sonst gleichen Bedingungen und Rezepturen wie bei der Herstellung von geschlossonzelligen Kunststoffschäumen, führt das in den Zellen eingeschlossene Treibmittel zu einem gleichmäßigen Öffnen der weichen Zellenwände, und in der Abkühlungsphase außerhalb der Extrusionsdüse überzieht dann eine Haut die Kunststoffschaumfolie. Wird die Oberfläche dieser Kunststoffschaumfolie abgeschabt, geritzt oder genadelt, d.h. mechanisch perforiert, so wird die offenzellige Struktur freigelegt, die zur Aufnahme von apolarer Flüssigkeit, d.h. ölähnlichen Flüssigkeiten, geeignet ist. Die Öffnung der Oberfläche wird ebenso

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durch Abkühlen und gleichzeitige Dehnung des extrudierten Kunststoffschaumgebildes erhalten.

Durch die höhere Temperatureinstellung sinkt die Viskosität, und es öffnen sich die Zellenwände durch den erhöhten Gasdruck, ohne Aufplatzen und ohne Deformationen, wodurch der Effekt der offenzelligen Struktur herbeigeführt wird. Auch wenn sich an der Oberfläche durch die weitere Abkühlung die Zellen schließen und erst durch eine mechanische Behandlung geöffnet werden müssen, kommt es im Inneren der Kunststoffschaumfolie nicht zu einem Verschließen der Zellen, d.h. diese bleiben weiterhin offen.

Im Diagramm der Figur 4 sind für verschiedene Polymere die Temperaturbereiche der jeweiligen Polymerschmelze in einer bzw. am Austritt einer Extrusionsdüse in ⁰C angegeben. Die schraffierten Temperaturbereiche für das jeweilige Polymer sind geeignet zum Erzielen von geschlossenen Zellenstrukturen, während die unschraffierten, höheren Temperaturbereiche des betreffenden Polymers bei der Herstellung zu offenzelligen Strukturen führen. Sowohl für die schraffierten als auch für die unschraffierten Temperaturbereiche gilt, daß für die niedrigste Temperatur jedes Bereiches die Menge des in die Polymerschmelze injizierten Treibmittels niedrig liegt und daß die erhaltene Zellenstruktur feinporig ist. Der höchsten Temperatur jedes Temperaturbereiches ist eine relativ 0 hohe Treibmittelmenge zugeordnet, und die erhaltene Zellenstruktur wird grobporig eingestellt.

Bei den thermoplastischen Polymeren, die zu Kunststoff schaum verarbeitet werden können, handelt es

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sich um Polymere aus der Gruppe der Polyolefine, wie Polyethylen (HDPE, LDPE, LLDPE), chloriertes Polyethylen, Polypropylen (PP), Polypropylencopolymere (PPC), Ethylenvinylacetatcopolymer (EVA), halogenierte Polyolefine; aus der Gruppe der Styrolpolymere, wie Polystyrol (PS), Polystyrolcopolymere (PSC), Acrylonitrilbutadien-styrolcopolymere (ABS), Styrolmaleinsäureanhydrid, schlagfeste Polystyrole (SPS); aus der Gruppe der Polyester, wie Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylenglykolterephthalat (PETP), Polybutylenterephthalat (PBT); aus Ethylenpropylenterpolymerisat, Polyvinylchlorid (PVC) und/oder Polyphenylenoxid. Diese Aufzählung ist nur beispielhaft und erhebt keinen Anspruch auf VoIlständigkeit.

Ebenso ist es möglich, thermoplastische Kunststoffschäume aus Copolymeren oder Blends thermoplastischer Polymere, aus Polymeren, Copolymeren oder Blends thermoplastischer Polymere und/oder Copolymere herzustellen. Derartige Blends können beispielsweise aus Polypropylen/Polyethylen, Polypropylen/Polybutylen, Polypropylen/Polyethylen/Polybutylenterpolymeren, bestehen.

Die Ausgangsstoffe der Kunststoffschäume sind dann jeweils Granulat, Pulver oder Masterbatch aus einem der voranstehend angeführten Polymere, Copolymere oder Blends, Nukleierungsmittel und Treibmittel.

Zum Herstellen der offenzelligen extrudierten Polymerschäume kann auch ein bestimmter Gewichtsanteil des Polymers durch ein Fremd-Polymer mit einem Ge-

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wichtsanteil in der gleichen Größenordnung ersetzt werden. Im allgemeinen ist der Gewichtsanteil des Fremd-Polymers kleiner als der Gewichtsanteil des Polymers und liegt in der Größenordnung von 0,2 bis 6 Gew.%, insbesondere 3 bis 5 Gew.%. Diesen Ausgangsstoffen können auch Additive, wie beispielsweise Benetzungsmittel, hinzugefügt werden, um die Aufnahmefähigkeit bzw. das Absorptionsvermögen für insbesondere polare Flüssigkeiten zu erhöhen. Die Dichten der Kunststoffschäume liegen im Bereich von 0,02 bis 0,20 g/cm-*, während die Aufnahmefähigkeit für polare Flüssigkeiten das 2- bis 30-fache, insbesondere das 8-bis 10-fache der Schaumdichte beträgt.

Das Fremd-Polymer wird in der Weise gewählt, daß es nur sehr geringe Affinität mit der Polymermatrix besitzt, d.h. mit anderen Worten, daß die Benetzbarkeit des Fremd-Polymers in der Polymermatrix nahezu Null ist.

Unter dem Begriff "Fremd-Polymer" ist in diesem Zusammenhang ein amorpher, kristalliner oder teilkristalliner Thermoplast zu verstehen, der aufgrund seiner Unverträglichkeit in der Polymerschaummatrix eine disperse Phase bildet. Als morphologische Form liegt eine tropfchenförmige Struktur vor, wie sie in Fig. 5a gezeigt ist. Hierbei handelt es sich um eine Polystyrolmatrix, in der das Fremd-Polymer, im vorliegenden Fall handelt es sich um Polypropylenpartikel, in der Polystyrolschaummatrix eingeschlossen ist. Wie die vergrößerte Detailansicht in Fig. 5a eines derartigen Polypropylenpartikels in der Polystyrolschaummatrix zeigt, sind die Adhäsionskräfte an den Phasengrenzflächen zwischen der Polystyrolschaum-

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matrix und dem Polypropylenpartikel sehr niedrig. Beim Schaumbildungsvorgang, bei dem starke Zellenwanddehnungen hervorgerufen werden, kommt es zu einer Rißbildung an der Phasengrenzfläche, was vor allem bei hauchdünnen Zellenwänden zu der offenzelligen Struktur des Polystyrolsschaumes führt.

Die Rißbildung in einer Zellenwand ist im Detail in Figur 5b dargestellt. Die Zellenwandstärke beträgt ca. 3 &mgr;&idiagr;&eegr;, und es ist leicht zu erkennen, daß infolge der Rißbildung an der Phasengrenzfläche der beiden unterschiedlichen Polymere die Zellenwand in ihrer Gestalt weitgehend erhalten bleibt und nicht deformiert ist. Die Rißbildung kann noch durch die größere Volumenkontraktion des teilkristallinen Polymers, d.h. des Polypropylens, im Vergleich zu Polystyrol, während der Abkühlung an der Phasengrenzfläche verstärkt werden, da bekannterweise die spezifische Volumensänderung von Polypropylen im gleichen Temperaturbereich von 150 ⁰C bis 100 ⁰C viel größer ist.

Als Treibmittel werden gesättigte, ungesättigte oder cyclische Kohlenwasserstoffe, halogenierte Kohlenwasserstoffe, Stickstoff, Kohlendioxid oder Mischungen hiervon eingesetzt. Bevorzugt werden die Treibmittel aus der Gruppe Methan, Ethan, Ethen, Propan, Propen, &eegr;-Butan, 1-Buten, 2-Buten, Isobutan, Isobuten, n-Pentan, Isopentan, 2,2-Dimethylpropan, Cyclopentan ausgewählt. So kann beispielsweise das Treibmittel eine Mischung aus Propan und &eegr;-Butan im Gewichtsverhältnis 30 bis 80 Gew.% Propan zu 20 bis 70 Gew.% &eegr;-Butan sein, ebenso kann, insbesondere bei der Herstellung von Polystyrolschaum, nur n-Butan eingesetzt werden. Als Nukleierungsmittel werden im

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allgemeinen Talkum, Kreide, Natriumcarbonat, Natriumbicarbonat und/oder Citronsäure mit einem Gewichtsanteil von 0,1 bis 5 Gew.% an der Polymerschmelze zugesetzt. Das Fremd-Polymer wird im allgemeinen aus der Gruppe Polyethylen, Polypropylen, Polypropylencopolymere, Ethylenvinylacetatcopolymere, Polymethylmethacrylat, Polyurethan, Polytetrafluorethylen ausgewählt. Dabei kann das Fremd-Polymer als Granulat, Masterbatch oder Pulver zugesetzt sein, und sein Gewichtsanteil an der Polymerschmelze liegt im Bereich von 0,2 bis 6 Gew.%.

Beim Hinzufügen eines Fremd-Polymers zu den Ausgangsstoffen der herzustellenden Polymerschmelze kann die optimale Temperatur von etwa 150 ⁰C am Austritt der Extrusionsdüse beibehalten werden. Ohne Zusatz eines Benetzungsmittels sind die erhaltenen Kunststoff schaumfolien im allgemeinen schon dafür geeignet, apolare Flüssigkeiten, das sind ölähnliche Flüssigkeiten, zu absorbieren. Anders verhält es sich mit der Absorption von polaren Flüssigkeiten, wie z.B. Wasser, da die Wassertröpfchen aufgrund ihrer Oberflächenspannung im allgemeinen eine kugelähnliche Gestalt annehmen und dadurch der Phasengrenzwinkel zwischen der Oberfläche der Kunststoffschaumfolie und den Tröpfchen der polaren Flüssigkeit meistens zu groß ist, so daß es nicht zu einer Absorption der polaren Flüssigkeit kommt. Zur Verkleinerung des Phasengrenzwinkels einer polaren Flüssigkeit gegenüber den Zellenwänden bzw. gegenüber der Oberfläche der Kunststoffschaumfolie wird der Polymerschmelze Benetzungsmittel aus kation-, anionaktiven, amphoteren oder nicht-ionogenen Verbindungen hinzugesetzt. Bei diesen Benetzungsmitteln handelt es sich u.a. um Al-

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kylsulfonate, von denen eines in Masterbatchform beispielsweise einer Polystyrolschmelze zugegeben wird. Der Gewichtsanteil des oder der Alkylsulfonate an der Schmelze beträgt im allgemeinen 0,1 bis 10 Gew.%, insbesondere 0,5 bis 5 Gew.%.

Zur Erhöhung der Absorptionsgeschwindigkeit von polaren Flüssigkeiten wird beispielsweise eine der Oberflächen der Kunststoffschaumfolie einer Corona-, Corona-Aerosol-Behandlung unterzogen. Ebenso ist es möglich, eine Molekularbeschichtung entsprechend dem sogenannten Nebelverfahren an einer der Oberflächen der Kunststoffschaumfolie vorzunehmen, um die Absorptionsgeschwindigkeit für polare Flüssigkeiten zu erhöhen und um aus einer wäßrigen Flüssigkeit, Emulsion oder dergleichen entweder den polaren oder apolaren Bestandteil selektiv zu absorbieren.

Die erhaltenen offenzelligen Kunststoffschaumfolien 0 können in verschiedenen Dicken hergestellt werden und sind zu Platten, Profilen und Blöcken verarbeitbar. Ihre Anwendung finden sie vor allem als Saugfilter, Verpackungsschalen für Nahrungsmittel oder sonstige Feuchtigkeit enthaltende Güter.
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In Figur 6 sind schematisch Schnittdarstellungen im vergrößerten Detail von Zellenstrukturen von Kunststof fschaumf olien dargestellt und deren Flüssigkeitsabsorptionsverhalten angedeutet.
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Figur 6a zeigt einen offenzelligen Polystyrolschaum, der mit der Basisrezeptur, wie sie nachstehend noch anhand der Beispiele angegeben wird, hergestellt wurde. Die Ausgangsstoffe dieses Polystyrolschaumes

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sind Polystyrolgranulat und Talkum als Nukleierungsmittel. Die Offenporigkeit wird durch die erhöhte Temperatur am Austritt der Extrusionsdüse erzielt. Wie der Figur 6a zu entnehmen ist, besitzt ein derartiger Polystyrolschaum ein großes Absorptionsvermögen für eine apolare Flüssigkeit, beispielsweise ein Öl, was gleichbedeutend damit ist, daß diese Flüssigkeit von der Schaumoberfläche unproblematisch in das Innere der offenen Zelle hineinfließen kann. Anders verhält sich das Absorptionsvermögen für eine polare Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, wie Figur 6b erkennen läßt. Aufgrund der hohen Oberflächenspannung des Wassertropfens bildet sich ein relativ großer Phasengrenzwinkel zwischen der Oberfläche des Polystyrolschaumes und dem Wassertropfen aus, wodurch ein Eindringen des Wassertropfens in die offene Zelle weitgehend verhindert wird. Das gleiche Absorptionsverhalten für apolare und polare Flüssigkeiten zeigen auch offenzellige Polystyrolschäume, bei deren Herstellung ein Fremd-Polymer der Basisrezeptur zugesetzt wird und die Temperatur an der Extrusionsdüse bei etwa 150 ⁰C liegt.

Die Figuren 6c und 6d zeigen das Absorptionsverhalten für apolare und polare Flüssigkeiten, wenn der Basisrezeptur bei der Herstellung des Polystyrolschaumes noch zusätzlich ein Benetzungsmittel hinzugefügt wird, das in den Schnittdarstellungen der Figuren 6c 0 und d durch schwarze Punkte in der Polystyrolmatrix bzw. in den Polystyrolzellenwänden angedeutet ist. Durch das Benetzungsmittel wird der Phasengrenzwinkel polarer Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser, so

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weit herabgesetzt, daß die polare Flüssigkeit ohne Probleme in die offene Zelle einfließt.

In Figur 6e ist gezeigt, daß die Absorption einer apolaren Flüssigkeit in einem offenzelligen Polystyrolschaum ohne Benetzungsmittel und ohne Vorbehandlung durch eine Koronaentladung oder eine Korona-Aerosol-Entladung stimuliert, d.h. beschleunigt, werden kann. Dabei kann der Polystyrolschaum entweder bei erhöhter Temperatur von 170 ⁰C der Extrusionsdüse oder bei der herkömmlichen Temperatur von 150 ⁰C, dann jedoch unter Zusatz eines Fremd-Polymers, hergestellt sein.

Aus Figur 6f ist zu entnehmen, daß durch eine Koronavorbehandlung die polare Flüssigkeitsabsorption in einem Polystyrolschaum, der Benetzungsmittel enthält, stimuliert, d.h. beschleunigt werden kann. Bei den Ausführungsformen des Polystyrolschaumes gemäß den 0 Figuren 6e und f kommt es zu einer selektiven Absorption der apolaren (Öl) bzw. polaren (Wasser) Flüssigkeit aus einer Flüssigkeit, die beide Bestandteile enthält.

Im folgenden sind einige Beispiele für offenzellige Polystyrolschäume mit einer Schaumdichte von 70-75 g/l in Tabelle 1 angegeben. Im Beispiel A wird für den Polystyrolschaum die Normalrezeptur der Ausgangsstoffe der Polystyrolschmelze verwendet, d.h. PoIystyrolgranulat mit 95 Gew.%, Talkum als Nukleierungsmittel mit 1 Gew.% und als Treibmittel Butan oder ein halogenierter Kohlenwasserstoff mit 4 Gew.%. Die Temperatur am Austritt der Extrusionsdüse beträgt etwa 170 ⁰C. Bei den Beispielen B und C ist jeweils ein

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Fremd-Polymer in der Größenordnung von 3 Gew.% zugesetzt, während der Anteil des Treibmittels unverändert bleibt und der Anteil des Nukleierungsmittels auf 3 Gew.% erhöht ist. Die Temperatur der Düse beträgt 150 ⁰C während des Extrusionsvorgangs. Dementsprechend betragen die Gewichtsanteile des Polystyrolgranulats 90 bzw. 87 Gew.%. Beim Beispiel C sind desweiteren noch 3 Gew.% Benetzungsmittel, beispielsweise Alkylsulfonat, zugesetzt, wodurch der so erhaltene Polystyrolschaum ein hohes selektives Absorptionsvermögen für polare bzw. wäßrige Flüssigkeiten besitzt. Der Polystyrolschaum gemäß Beispiel D enthält 92 Gew.% Polystyrol, 1 Gew.% Nukleierungsmittel, kein Fremd-Polymer, 3 Gew.% Benetzungsmittel und 4 Gew.% Treibmittel. Die Temperatur an der Düse beträgt 170 ⁰C während des Extrusionsvorgangs. In Tabelle 2 sind die Schaumdichten, die maximale Flüssigkeitsaufnahme für Wasser und das Absorptionsvermögen von Polystyrolschäumen zusammengestellt. Die Flüssigkeitsaufnahme wird gemäß der Formel

Flüssigkeitsaufnahme = \FL

<?PS

bestimmt, mit der FlüssigkeitsdichtePp-^, der Schaumdichte P _F und der Polystyroldichte P _pg jeweils in g/l.

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	A Normal rezeptur	B Selektive Absorption für ölartige Flüssigkeiten	C Selektive Absorption für wäßrige Flüssigkeiten	D Selektive Absorption für wäßrige Flüssigkeiten
PS-Granulat	95 %	90 %	87%	92%
Nukleierungs- mittel (z.B. Talkum)	1 %	3%	3%	1 %
Fremd- Polymere (z.B. PE, PP, PPC, EVA		3%	3%
Benetzungs mittel (z.B. Alkyl- sulfonat)			3%	3%
Treibmittel (z.B. Alkane, wie Butan, halogenierte Kohlenwas serstoffe)	4%	4%	4%	4%
Konstellation Zellenstruk tur (fein) <0,4 mm	offen	offen	offen	offen

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Tabelle

Schaumdichte (gr/i)	Maximale Flüssigkeits- aufnahme für Wasser (gr/i)	Absorptionsvermögen
30	971,4	32,4
40	961,9	24,0
50	952,4	19,0
60	942,9	15,7
70	933,3	13,3
80	923,8	11,5
90	914,3	10,2
100	904,8	9,0

Claims

HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT - WERK KALLE-ALBERT 93/K 059G - 24 - 30. Juli 1993 WL-DI.Z.-ge SCHÜTZANSPRÜCHE

1. Formgebilde aus einem thermoplastischen Kunststoff, der zumindest 10 Vol.% offene Zellen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (2, 4) eine polyederähnliche Gestalt besitzen und aneinander angrenzen, wobei Stege (3) der in einer Raummatrix (8) angeordneten polyederähnlichen Zellen (2, 4) gestaltsmäßig unversehrt sind und daß zumindest zwei Wände (5, 6) jeder offenen Zelle (4) Öffnungen (7) aufweisen, unter Beibehaltung der mechanischen Festigkeit der Raummatrix (8).

2. Formgebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teilbereich einer der Oberflächen des Formgebildes (1) geöffnet ist, so daß die an die Oberfläche angrenzenden Zellen für Flüssigkeiten zugänglich sind.

3. Formgebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formgebilde ein thermoplastischer Schaum zumindest eines Kunststoffes ist, aus der Gruppe der Polyolefine, wie Polyethylen (HDPE,

LDPE, LLDPE), chloriertes Polyethylen, Polypropylen (PP) , Polypropylencopolymere (PPC), Ethylenvinylacetatcopolymer (EVA), halogenierte Polyolefine; aus der Gruppe der Styrolpolymere, wie Polystyrol (PS) , Polystyrolcopolymere (PSC), Acrylonitrilbutadien-sty-

rolcopolymere (ABS), Styrolmaleinsaureanhydrid,

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schlagfeste Polystyrole (SPS); aus der Gruppe der Polyester, wie Polyethylenterephthalat (PET), PoIyethylenglykolterephthalat (PETP), Polybutylenterephthalat (PBT); aus Ethylenpropylenterpolymerisat, Polyvinylchlorid (PVC) und/oder Polyphenylenoxid.

4. Formgebilde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoffschaum

aus Copolymeren oder Blends thermoplastischer Polymere, aus Polymeren, Copolymeren oder Blends thermoplastischer Polymere und/oder Copolymere besteht.
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5. Formgebilde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstoffe des Kunststoffschaums zumindest ein Polymer, Nukleierungsmittel und Treibmittel sind.

6. Formgebilde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer Polystyrol mit bis zu 95 Gew.%, das Nukleierungsmittel Talkum, Kreide, Natriumcarbonat, Natriumbicarbonat und/oder Citronsäure mit bis zu 3 Gew.% und das Treibmittel Butan, Propan oder Mischungen hiervon mit bis zu 4 Gew.% sind.

7. Formgebilde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein bestimmter Gewichtsanteil des PoIymers durch ein Fremd-Polymer mit einem Gewichtsanteil in der gleichen Größenordnung ersetzt ist.

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8. Formgebilde nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsanteil des Fremd-Polymers kleiner als der Gewichtsanteil des Polymers ist.

9. Formgebilde nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsanteil des Fremd-Polymers 0,2 bis 6 Gew.%, insbesondere 3 bis 5 Gew.%, beträgt.

10. Formgebilde nach den Ansprüchen 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffschaum als Ausgangsstoffe Polystyrolgranulat mit ca. 90 Gew.%, Talkum mit ca. 3 Gew.%, Butan mit bis zu 4 Gew.% und Polypropylen-Copolymer mit bis zu 3 Gew.% enthält.

11. Formgebilde nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer Polystyrol ist und daß das Fremd-Polymer aus der Gruppe Polyethylen, Polypropylen, Polypropylencopolymere, Ethylenvinylacetatcopolymere, Polymethylmethacrylat, Polytetrafluorethylen, Polyurethan ausgewählt ist.

12. Formgebilde nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstoffe des Kunststoffschaumes Polymer, Nukleierungsmittel, Treibmittel, Fremd-Polymer und, als Additiv, ein Benetzungsmittel sind.

13. Formgebilde nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffschaum als Ausgangsstoffe 87 Gew.% Polystyrolgranulat, 3 Gew.% Talkum, 4 Gew.% Treibmittel aus der Gruppe Butan, Propan, Wasserstoff luoralkane, 3 Gew.% Fremd-Polymer aus der Gruppe Polypropylen, Polypropylencopolymere, Poly-

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ethylen und 3 Gew.% Alkylsulfonat als polares Benetzungsmittel enthält.

14. Formgebilde nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte im Bereich von 0,020 bis 0,200 g/cm³ liegt.

15. Formgebilde nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmefähigkeit des Kunststoffschaumes für polare und apolare Flüssigkeiten das 2- bis 30-fache, insbesondere das 8- bis 10-fache, der Schaumdichte beträgt.

16. Formgebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen eine maximale Abmessung von <l,0 mm, insbesondere von <0,4 mm aufweise,&igr;.