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Verfahren zur Herstellung von offenporigen Schaumstoffen aus Vinylchloridpolymerisaten
Offenporige Schaumstoffe aus thermoplastischen Polymeren werden im allgemeinen drucklos
unter Verwendung von Blähmitteln hergestellt, die in weichmacherhaltige Pasten eingemischt
und durch Wärmezuführung zersetzt werden. Hierbei ergibt sich die Notwendigkeit
einer exakten Blähmitteldosierung, besonders dann, wenn Schaumstoffbahnen oder -platten
im Streichverfahren hergestellt werden, um eine im voraus bestimmbare Schichtdicke
und Gleichmäßigkeit in der Porenbildung zu erzielen. Nachteilig wirkt sich bei diesem
bekannten Verfahren der vergleichsweise hohe Preis der Blähmittel aus, besonders
aber die Entstehung einer geschlossenen Oberflächenhaut.
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Erfindungsgegenstand ist ein Verfahren zur Herstellung von offenporigen
Schaumstoffen aus eine Wasserstoffperoxydlösung und eine Hefedispersion als Treibmittelsystem
sowie schaumstabilisierende Zusätze enthaltenden Plastisolen von Vinylchloridpolymerisaten
durch Verschäumen und Gelieren, dadurch gekennzeichnet, daß man den Plastisolen
die schaum stabilisierenden Zusätze als wäßrige Lösung und/oder Dispersion zumischt,
verschäumt und geliert.
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Durch die Verwendung von wäßrigen Lösungen bzw. Dispersionen sowohl
der Blähmittel als auch der schaumstabilisierenden Zusätze entstehen Wasser-in-ÖI-Emulsionen,
bei denen das Wasser und die darin gelösten bzw. dispergierten Zusätze das Dispersum
bildet. Auf diese Weise gelangt man unter dem Einfluß des sich zersetzenden Blähmittels
zu einem offenporigen Schaum, der durch das mit der Gelierung einhergehende Verdampfen
des Wassers seine offenporige Struktur beibehält. Es kann angenommen werden, daß
Gelierung und Verdampfen des Wassers über einen weiteren Bereich parallel zueinander
verlaufen, so daß auch in der Oberfläche des gebildeten Schaumstoffes die Ausbildung
einer massiven Haut infolge Zusammenfallens der gebildeten Poren nach dem Entweichen
des Blähmittels vermieden wird.
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Es ist zwar bereits bekanntgeworden, thermoplastische Schaumstoffe,
insbesondere Polyvinylchlorid-Schaumstoffe, durch Schlagen eines Latex zu Schaum
herzustellen. Hierbei bildet sich zunächst eine Öl-in-Wasser-Emulsion, die durch
Koagulation umgekehrt werden muß. In diesem Zustand muß sie zusätzlich stabilisiert
werden. Durch diese vergleichsweise umständliche Arbeitsweise war es nicht möglich
eine stets gleichmäßige Produktion mit ausreichender Sicherheit herzustellen.
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Zur Erzielung eines offenporigen Gefüges sowie
einer atmungsfähigen
Oberfläche ist es besonders vorteilhaft, wasserhaltige Substanzen in solchen Mengen
in die Paste einzumischen, daß unter Mitwirkung der oberflächenaktiven Substanzen
eine Wasser-in-Öl-Emulsion entsteht, bei der die schaumstabilisierenden Mittel als
Emulgatoren für derartige Emulsionen in an sich bekannten Typen vorliegen können.
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Es können aber als schaumstabilisierende Mittel besonders vorteilhaft
auch solche Substanzen verwendet werden, die zu einer Gerüstbildung innerhalb des
Schaumstoffes nach dem Aufblähen führen, um ein Zusammenfallen des Schaumes bis
zu seiner Verfestigung zu verhindern.
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Als schaumstabilisierende Mittel können alle bekannten Emulgatoren
der Emulsionstypen Wasser-in-Öl wie auch mit geringerem Effekt der Emulsionstypen
ÖI-in-Wasser verwendet werden. Hierzu gehören vor allen Dingen Substanzen mit einem
stark hydrophoben Rest, wie Silikonöle oder aromatische Verbindungen, z. B. Nonylphenol,
die gleichzeitig über einen ausgeprägt hydrophilen Rest verfügen, wie Polyäthylenglykole
mit einer bestimmten Kettenlänge, Besonders bewährt haben sich hierbei Substanzen,
die als hydrophilen Rest kurzkettige ithylenoxydreste aufweisen.
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Bei der Verwendung von Fettseifen wird die stabilisierende Wirkung
verbessert durch den Zusatz von Elektrolyten, die durch Aussalzen ein Niederschlagen
dieser Seifen an der Wandoberfläche des gebildeten Bläschens hervorrufen.
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Als schaumstabilisierende Mittel können besonders vorteilhaft Substanzen
verwendet werden, die bis zur Verfestigung des Schaumes ein festeres Gerüst, vorzugsweise
im Bereich der Zellwände liefern. Es ist hierbei nicht erforderlich und auch nicht
immer erwünscht, daß dieses Festigkeit gebende Gerüst auch
nach
der Verfestigung oder Gelierung des Schaumes noch wirksam bleibt und im Sinne einer
Vergrößerung der Härte oder Kompressibilität des Schaumes wirkt, sondern vielmehr,
daß dieses Gerüst nach der Verfestigung durch äußere Einflüsse, beispielsweise durch
Zusammendrücken, zerstört werden kann und die natürliche Weichheit des gebildeten
Schaumes wieder hervortreten läßt. Als derartige gerüstbildende Substanz können
Kieselsäureablagerungen verwendet werden, beispielsweise durch Zusatz von Wasserglas
zum wäßrigen Diskontinuum. Die Wirkung des Wasserglaszusatzes kann durch die Zugabe
von Stoffen, die zur Ausfällung von Kieselsäure führen, erhöht werden. Als solcher
Stoff kann beispielsweise Äthylenglykol verwendet werden. Andererseits ist sehr
vorteilhaft der Zusatz von Natriumsilicofluorid wegen seiner durch hydrolytische
Spaltung bedingten verzögerten Kieselsäureabscheidung. Hierbei erfolgt die Abscheidung
der Gerüstsubstanzen in vorteilhafter Weise nach dem Aufblähen.
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Es können als gerüstbildende Substanzen auch Stoffe verwendet werden,
die in der Lage sind, zu aggregieren und dabei einen unlöslichen, versteifenden
Film zu bilden, der je nach dem gewünschten Effekt weich oder spröde sein kann.
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Es kann bei der Durchführung des Verfahrens so vorgegangen werden,
daß zunächst eine Wasser-in-Öl-Emulsion aus dem Plastisol und der wäßrigen Hefedispersion
sowie den wäßrigen Lösungen der Schaumstabilisierungsmittel hergestellt wird und
das wäßrige Wasserstoffperoxyd sodann in der wäßrigen Phase der Emulsion verteilt
wird. Es kann aber auch so vorgegangen werden, daß-beide Stoffe gleichzeitig oder
in umgekehrter Reihenfolge zugemischt werden; Durch die katalytische Zersetzung
des Wasserstoffperoxyds werden die- - Räume der in dem Plastisol vorliegenden Wasserkügelchen
aufgebläht und in diesem Zustand durch die gleichzeitig in der wäßrigen Lösung oder
der Paste zugesetzten schaumstabilisierenden Mittel in geblähtem Zustand gehalten.
Noch während des blähens oder nach Abschluß der Blähreaktion kann die so erhaltene
Schaumstoffmasse in an sich bekannter Weise drucklos oder unter Anwendung eines
geringen Anpreßdruckes zu Formkörpern beliebiger Gestalt weiterverarbeitet werden
oder auf Streichmaschinen zu Bahnen oder Platten verformt bzw. ausgezogen werden.
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Es ist möglich, auf der Unter-undloder Oberseite der erhaltenen Schaumstoffbahn
verstärkende Gewebelagen anzuordnen, ebenso wie bei Verwendung von bekannten Trennmitteln
ein sicheres Ablösen der gebildeten Schaumstoffbahn nach der Verfestigung von der
Unterlage gewährleistet werden kann.
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Die thermischen und mechanischen Eigenschaften der nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Schaumstoffe lassen sich in weiten Grenzen variieren. So
ist es beispielsweise möglich, an Stelle von Weichmachern oder Weichmacheranteilen
Anpastflüssigkeiten zu verwenden, die als zusätzliches Blähmittel wirken und ihrerseits
keine weichmachende Wirkung auf das Endprodukt ausüben, wie dieses beispielsweise
bei der Verwendung von halogenierten Kohlenwasserstoffen der Fall ist.
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Es können mit den oder an Stelle der Weichmach er bzw. -gemische
auch Anpastflüssigkeiten verwendet werden, die auf das Endprodukt keine erweichende
Wirkung ausüben, sondern vielmehr selbst durch Polymerisation, Polykondensation
oder Poly-
addition für sich oder gegebenenfalls im Zusammenwirken mit anderen Stoffen
erhärten, wie z. B. Monostyrol, Divinylbenzol und Isocyanate, wobei die Mitverwendung
von unterhalb der Verarbeitungstemperatur verdampfenden, nichtwäßrigen Lösungsmitteln
sich günstig auswirken kann.
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Die Verwendung derartiger Anpastflüssigkeiten führt naturgemäß zu
harten Schaumstoffen. Es können auch weiterhin Weichmacher oder Weichmachergemische
verwendet werden, die ganz oder teilweise vernetzbar oder vulkanisierbar sind. Als
in diesem Sinne wirkender Weichmacher für Polyvinylchlorid können Nitrilkautschuke
ebenso wie deren Latizes verwendet werden. Es ist ebenfalls möglich, die vorgenannten
Anpastmittel bzw. Weichmachertypen für sich oder im Gemisch miteinander zu verwenden
und auf diese Weise weitere Variationsmöglichkeiten hinsichtlich der mechanischen
Eigenschaften des Schaumes zu erhalten.
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Ausführungsbeispiel 1 Es wird eine Grundpaste hergestellt aus Gewichtsteile
Polyvinylchlorid. 58 Butylbenzylphthalat .. 22 Dioctylphthalat . . 20 100 Gewichtsteile
dieser Grundpaste wurden mit Gewichtsteile Nonylphenolpolyglykoläther. . 0,75 Silikonöl..........
0, 5 . 0,5 Natriumsilikat (50%ig) . . 10 Wasser ........................... 15 Natriumsilicofluorid-Dispersion
(350/oig) , 5 H1O2 ' ............ . 7 gut durchmischt und daran anschließend unter
ständiger guter Durchmischung mit 16,0 Gewichtsteilen einer 120/oigen Hefedispersion
versetzt. Sofort nach Zugabe der Hefedispersion erfolgt unter leichter Erwärmung
des Reaktionsgemisches ein Aufblähen der Paste. Diese wird in vorgewärmtem Zustand
auf der Streichmaschine zu einer 0,8 cm dicken Bahn verstrichen und in einem Wärmetunnel
geliert. Nach dem Gelieren wird eine 0,65 cm dicke, offenzellige Kunststoffbahn
mit einem Raumgewicht von 0,24 g/cmS erhalten.
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Ausführungsbeispiel 2 Wie Ausführungsbeispiel 1, jedoch unter Verwendung
von 20 Gewichtsteilen Natriumsilikat. Die erhaltene Schaumstoffbahn hatte ein Raumgewicht
von 0,22 g/cm8. Eine anfänglich wahrnehmbare größere Härte wurde nach mehrmaligem
Zusammendrücken behoben, so daß die Schaumstoffbahn gegenüber der Schaumstoffbahn
gemäß Ausführungsbeispiel 1 die gleiche Härte behielt.
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Ausführungsbeispiel 3 Es wird eine Grundpaste hergestellt aus Gewichtsteile
Polvvinylchlorid ..... 58 Butylbenzylphthalat » . ....... 22 Dioctylphthalat ............
20 Epoxydharz (Sekundärweichmacher) 9
100 Gewichtsteile dieser Grundpaste
werden mit Gewichtsteile Nonylphenolpolyglykoläther . .... 0,75 Silikonöl ............
0,5 Natriumsilikat (500/oig) .. ...... 10 Wasser 15 Natriumsilicofluorid-Dispersion
(350/oig) ................ 5 H202 .......................... 7 gut durchmischt und
daran anschließend unter ständiger guter Durchmischung mit 16,0 Gewichtsteilen einer
12°loigen Hefedispersion versetzt. Sofort nach Zugabe der Hefedispersion erfolgt
unter leichter Erwärmung des Reaktionsgemisches ein Aufblähen der Paste. Diese wird
in vorgewärmtem Zustand auf der Streichmaschine zu einer 0,8 cm dicken Bahn verstrichen
und in einem Wärmetunnel geliert. Nach dem Gelieren wird eine 0,60 cm dicke, offenzellige
Kunststoffbahn mit einem Raumgewicht von 0,22 g/cm3 erhalten.
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Ausführungsbeispiel 4 Wie Ausführungsbeispiel 3, jedoch unter Verwendung
von 10 Gewichtsteilen einer 35%igen Natriumsilicofluorid-Dispersion. Die erhaltene
Schaumstoffbahn hatte ein Raumgewicht von 0,19 g/cm3. Sie war weicher als die gemäß
Ausführungsbeispiel 1 erzeugte Bahn. Die Porenstruktur war gleichmäßig und offenporig.
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Ausführungsbeispiel 5 Eine Grundpaste bestehend aus Gewichtsteile
Polyvinylchlorid .............. 59 Mischpolymerisat aus Polyvinylchlorid-Polyvinylacetat
5 Butylbenzylphthalat . 18 Dioctylphthalat ............ ............ 15 Epoxydharz
........................ 9 Natriumsilikat (500/oig) . ............ 10 wird zur kontinuierlichen
Herstellung einer Schaumstoffbahn über eine Dosier- und Mischvorrichtung mit 15
Gewichtsteilen einer Hefedispersion und 6,5 Gewichtsteilen einer 30%igen Wasserstoffperoxydlösung
versetzt und der Streichmaschine zugeführt.
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Nach diesem Beispiel hergestellte Schaumstoffbahnen haben eine Einstreichdicke
von 0,8 cm. Nach dem
Gelieren in einem Wärmetunnel wird eine 0,66 cm dicke offenzellige
Kunststoffbahn, die auch an der Oberfläche offenporig war, mit einem Raumgewicht
von 0,24 g/cm3 erhalten.
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen, daß das Raumgewicht
durch die Zugabe von Gerüstsubstanzen in verschiedenen Mengenanteilen variiert werden
kann. Als besonders vorteilhaft zur Erzielung eines niedrigen Raumgewichtes hat
sich eine erhöhte Zugabe von Natriumsilicofluorid erwiesen, bei dem die Kieselsäureabscheidung
in vorteilhafter Weise unmittelbar nach dem Aufblähen erfolgt und damit ein Zusammenfallen
des Schaumes bis zur Durchführung der Gelierung verhindert. Dies äußert sich besonders
in dem Erhalt eines Schaumes von niedrigem Raumgewicht. Erfolgt die Abscheidung
der Kieselsäure zu spät, wie an einem Modellversuch ohne Verwendung von Natriumsilicofluorid
festgestellt wurde, so ergeben sich Schaumstoffbahnen mit Raumgewichten über 0,27,
die für viele Zwecke zwar erwünscht sind, bei deren Herstellung aber eine Steuerung
des Raumgewichtes durch entsprechende Dosierung von Blähmitteln usw. weniger vorteilhaft
erscheint.
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Es ist weiterhin mit gutem Erfolg möglich und durchführbar, die Wirkung
der anspruchsgemäß verwendeten Blähmittel durch das Einschlagen von Luft auf an
sich bekannten Apparaturen zu unterstützen, wie dies beispielsweise für die Oaks-Maschine
der Fall ist.
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Neben Polyvinylchlorid können auch Mischpolymerisate des Polyvinylchlorids,
wie z. B. Vinylchlorid-Vinylacetat-Mischpolymerisate, die in bekannter Weise Füllstoffe
enthalten können, verwendet werden.