DE69430489T2

DE69430489T2 - Alkenyl-aromatischer polymerschaum mit niedrigem molekulargewicht

Info

Publication number: DE69430489T2
Application number: DE69430489T
Authority: DE
Inventors: H. Griffin; N. Paquet
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1993-10-14
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2014-09-17
Also published as: ATE216714T1; EP0748350A4; FI961636A0; CA2172052A1; NO961477D0; WO1995010560A1; FI961636L; NO961477L; DE69430489D1; JPH09503813A; CA2172052C; EP0748350B1; ES2171463T3; JP3340746B2; EP0748350A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine alkenylaromatische Polymerschaumstruktur mit niedrigem Molekulargewicht, welche erwünschte physikalische Eigenschaften besitzt. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Schaumstrukturen mit einem anorganischen Blähmittel.
Alkenylaromatische Polymerschaumstrukturen wurden bislang mit organischen Blähmitteln hergestellt. Solche Mittel schließen aliphatische Kohlenwasserstoffe, Chlorkohlenstoffe, Chlorfluorkohlenstoffe und Hydrofluorkohlenwasserstoffe ein. Die Verwendung einiger dieser Mittel wurde wegen möglichem Ozonabbau und anderen Umwelteffekten kritisiert.
Als Folge der derzeitigen Umwelteinwendungen gegenüber organischen Blähmitteln ist es wünschenswert, alkenylaromatische Polymerschaumstrukturen mit einem anorganischen Blähmittel wie Kohlendioxid, Stickstoff, Argon, Luft und Helium herzustellen.
Die US-A-5 006 566 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Polystyrolschaums unter Verwendung von Kohlendioxid oder einer Mischung von Kohlendioxid und bis zu 20 Gew.-% eines gasförmigen (Halogen)Kohlenwasserstoffs als Blähmittel.
Ein Problem bei Verwendung von anorganischen Blähmitteln für alkenylaromatische Polymerschaumstrukturen ist ihre relativ niedrige Löslichkeit in Schmelzen des alkenylaromatischen Polymeren. Die niedrige Löslichkeit ergibt hohen Systemdruck, dies hat einen hohen Druckabfall und hohen Druck an der Düse zur Folge. Die Erniedrigung des Druckabfalls und des Drucks an der Düse würde die Energiekosten herabsetzen und die Anforderungen an die Druckbeständigkeit für die Verfahrensausrüstung reduzieren.
Ein Mittel zur Reduzierung der Betriebsdrücke bei der Herstellung von Schaumstrukturen besteht darin, alkenylaromatische Polymere mit niedrigem Molekulargewicht zu verwenden. Solche Polymere mit niedrigem Molekulargewicht haben typischerweise ein Gewichtsdurchschnittsmolekulargewicht von 100.000 bis 165.000 gemäß Größenausschlußchromatographie (SEC). Üblicherweise zur Herstellung von kommerziellen Schaumstrukturen verwendete Polymere haben typischerweise ein Gewichtsdurchschnittsmolekulargewicht von 200.000 bis 300.000 gemäß SEC. Die Verarbeitungsvorteile der Polymere mit niedrigem Molekulargewicht schließen potentiell niedrigere Betriebs- und Schäumungstemperaturen und niedrigere Betriebsdrücke und Druckabfälle ein.
Ein Problem bei der Verwendung von alkenylaromatischen Polymeren mit niedrigem Molekulargewicht ist die relativ niedrige mechanische Festigkeit, welche in Schaumstrukturen beobachtet wird, die mit einigen konventionellen organischen Blähmitteln hergestellt wurden. Wenn das Zahlendurchschnittsmolekulargewicht abnimmt, nimmt typischerweise der Einfrierbereich ab. Ein relativ niedriger Einfrierbereich macht den Schaum üblicherweise spröder, dies beeinträchtigt die mechanische Festigkeit der Schaumstruktur bei bestimmten Anwendungen. Das Problem von mechanischer Festigkeit ist bei Anwendungen bei relativ niedriger Temperatur besonders offensichtlich, wie bei Kühlgerätenisolierung oder Anwendungen bei relativ hoher Temperatur wie bei Dachisolation. Die Herabsetzung der mechanischen Festigkeit wird ebenfalls bei Schaumstrukturen mit großen Zellen (größer als 0,8 Millimeter) offensichtlich, wie sie bei Schwimmkörperanwendungen und dekorativen Anwendungen und handwerklichen Anwendungen verwendet werden.
Es wäre wünschenswert, Schaumstrukturen mit alkenylaromatischen Polymeren mit niedrigem Molekulargewicht herzustellen, die jedoch die Werte von mechanischer Festigkeit, welche typischerweise mit Polymeren von hohem Molekulargewicht beobachtet werden, beibehalten. Weiterhin wäre es wünschenswert, solche Schaumstrukturen herzustellen, welche wünschenswerte mechanische Festigkeit bei einer Vielzahl von Anwendungen und Temperaturumgebungen aufweisen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist diese eine alkenylaromatische Polymerschaumstruktur, welche ein alkenylaromatisches Polymermaterial und ein Blähmittel umfaßt. Das alkenylaromatische Polymermaterial umfaßt mehr als 50 Gew.-% an alkenylaromatischen monomeren Einheiten. Das Polymermaterial umfaßt ein alkenylaromatisches Polymeres mit einem Gewichtsdurchschnittsmolekulargewicht von 100.000 bis 165.00 gemäß SEC. Das Blähmittel umfaßt 50 Gew.-% oder mehr eines anorganischen Blähmittels, bezogen auf das Gesamtgewicht des Blähmittels. Ein bevorzugtes Blähmittel ist Kohlendioxid. Überraschenderweise hat die Schaumstruktur mechanische Eigenschaften mit Werten, welche denjenigen von Schaumstrukturen von höherem Molekulargewicht, welche mit konventionellen organischen Blähmitteln geschäumt wurden, entsprechen können.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein schäumbares alkenylaromatisches Polymergel, umfassend eine Schmelze eines alkenylaromatischen Polymermaterials und eines Blähmittels. Die Zusammensetzung des alkenylaromatischen Polymermaterials und des Blähmittels ist wie oben beschrieben.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer alkenylaromatischen Polymerschaumstruktur. Das Verfahren umfaßt: a) Erhitzen eines alkenylaromatischen Polymermaterials; b) Einbau in die Schmelze des Polymermaterials bei einer erhöhten Temperatur eines Blähmittels zur Bildung eines schäumbaren Gels und c) Expandieren des schäumbaren Gels bei einem niedrigeren Druck zur Bildung einer Schaumstruktur. Die Zusammensetzung des alkenylaromatischen Polymermaterials und des Blähmittels ist wie oben beschrieben. Bevorzugt wird das schäumbare Gel durch seine Extrusion durch eine Düse in eine Zone von niedrigem Druck zur Bildung der Schaumstruktur expandiert.
Die vorliegende Schaumstruktur umfaßt ein alkenylaromatisches Polymermaterial. Geeignete alkenylaromatische Polymermaterialien schließen alkenylaromatische Homopolymere und Copolymere von alkenylaromatischen Verbindungen und copolymerisierbare ethylenartig ungesättigte Comonomere ein. Das alkenylaromatische Polymermaterial kann weiterhin kleinere Anteile von nicht-alkenylaromatischen Polymeren einschließen. Das alkenylaromatische Polymermaterial kann nur aus einem oder aus mehreren alkenylaromatischen Homopolymeren, einem oder mehreren alkenylaromatischen Copolymeren, einer Mischung von einem oder mehreren von jedem der alkenylaromaßischen Homopolymere und Copolymere oder Mischungen von beliebigen der zuvor genannten mit einem nicht-alkenylaromatischen Polymeren bestehen. Unabhängig von der Zusammensetzung umfaßt das alkenylaromatische Polymermaterial mehr als 50 und bevorzugt mehr als 70 Gew.-% an alkenylaromatischen monomeren Einheiten. Am meisten bevorzugt besteht das alkenylaromatische Polymermaterial vollständig aus alkenylaromatischen monomeren Einheiten.
Geeignete alkenylaromatische Polymere schließen solche ein, welche von alkenylaromatischen Verbindungen wie Vinylbenzol (oder Styrol), alpha-Methylstyrol, Ethylstyrol, Vinyltoluol, Chlorstyrol oder Bromstyrol abstammen. Ein bevorzugtes alkenylaromatisches Polymeres ist Polystyrol.
Kleinere Mengen von monoethylenartig ungesättigten Verbindungen wie C&sub1;&submin;&sub4;-Alkylsäuren und -estern, ionomere Derivate und C&sub4;&submin;&sub6;-Diene können mit alkenylaromatischen Verbindungen copolymerisiert sein. Beispiele von copolymerisierbaren Verbindungen schließen Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethacrylsäure, Maleinsäure, Itaconsäure, Acrylnitril, Maleinanhydrid, Methylacrylat, Ethylacrylat, Isobutylacrylat, n-Butylacrylat, Methylmethacrylat, Vinylacetat und Butadien ein. Das alkenylaromatische Polymermaterial umfaßt im wesentlichen (d. h. größer als 95%) und am meisten bevorzugt vollständig Polystyrol, da Polystyrol wirtschaftlich ist und erwünschte physikalische Eigenschaften besitzt.
Das in der vorliegenden Erfindung brauchbare alkenylaromatische Polymere hat ein Gewichtsdurchschnittsmolekulargewicht von 100.000 bis 165.000, bevorzugt 100.000 bis weniger als 150.000 und am meisten bevorzugt von 125.000 bis 145.000, entsprechend Größenausschlußchromatographie (SEC). Bevorzugt hat das Polymere einen Polydispersitätsindex von 2,0 bis 3,5 und mehr bevorzugt von 2,05 bis 3,0. Der Polydispersitätsindex ist das Verhältnis von Gewichtsdurchschnittsmolekulargewicht zu Zahlendurchschnittsmolekulargewicht (Mw/Mn), wobei beide Typen von Molekulargewichten durch SEC bestimmt sind.
Die Verwendung von alkenylaromatischem Polymerem mit niedrigem Molekulargewicht ergibt mehrere Verarbeitungsvorteile gegenüber alkenylaromatischen Polymeren mit hohem Molekulargewicht (d. h. 200.000 oder größeres Gewichtsdurchschnittsmolekulargewicht gemäß SEC), welche bislang zur Herstellung von Schaumstrukturen verwendet wurden. Die Verarbeitungsvorteile schließen potentiell niedrigere Verarbeitungstemperaturen ein, einschließlich Mischtemperaturen und Schäumungstemperaturen. Verarbeitungsvorteile schließen weiterhin niedrigeren Energieverbrauch und niedrigere Betriebsdrücke wie Mischdrücke, Drücke an der Düse und niedrigeren Druckabfall längs Abschnitten des Verfahrens oder beim Gesamtverfahrens ein.
Das Blähmittel macht 50 Gew.-% oder mehr und bevorzugt 50 bis 95 Gew.-% und mehr bevorzugt 70 Gew.-% oder mehr eines anorganischen Blähmittels, bezogen auf das Gesamtgewicht des Blähmittels aus. Erwünschte anorganische Blähmittel schließen Kohlendioxid, Stickstoff, Luft, Wasser, Helium und Argon ein. Ein bevorzugtes anorganisches Blähmittel ist Kohlendioxid.
Die Verwendung eines anorganischen Blähmittels und von alkenylaromatischen Polymeren mit niedrigem Molekulargewicht in der erfindungsgemäßen Schaumstruktur erlaubt es, daß bestimmte wichtige physikalische Eigenschaften im allgemeinen und bevorzugt im wesentlichen denjenigen entsprechen, welche typischerweise bei Schaumstrukturen beobachtet werden, die unter Verwendung von alkenylaromatischen Polymeren mit höherem Molekulargewicht und konventionellen organischen Blähmitteln geschäumt wurden. Solche wichtigen physikalischen Eigenschaften schließen Druckfestigkeit, Biegefestigkeit und Wärmeverformungstemperatur ein. Die oben genannten Eigenschaften sind besonders bei Anwendungen als Isolierschaum wichtig. Die erfindungsgemäßen Schaumstrukturen müssen jedoch nicht in allen physikalischen Eigenschaften entsprechen, da alle physikalischen Eigenschaften nicht kritisch sind.
Obwohl irgendeine besondere Theorie nicht gültig sein soll, wird angenommen, daß die anorganischen Blähmittel die physikalischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen. Schaumstruktur fördern, da sie Schmelzen des alkenylaromatischen Polymeren mit niedrigem Molekulargewicht nicht signifikant plastifizieren, und da sie weiterhin seinen Einfrierbereich nicht signifikant herabsetzen. Die Verwendung eines anorganischen Blähmittels ermöglicht, daß Plastifizierung und Einfrierbereich gesteuert werden. Im Gegensatz dazu plastifizieren konventionelle organische Blähmittel solche Polymerschmelzen und setzen den Einfrierbereich solcher Polymere herab.
Ein zusätzliches überraschendes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß bei Verwendung von anorganischen Blähmittelsystemen eine Reduzierung des Gewichtsdurchschnittsmolekulargewichtes des Polymermaterials keine signifikante Verschlechterung von wichtigen physikalischen Eigenschaften ergibt. So zeigt die erfindungsgemäße Schaumstruktur, welche ein Polymeres mit niedrigem Molekulargewicht und ein anorganisches Blähmittel verwendet, Leistungswerte bei bestimmten wichtigen physikalischen Eigenschaften, welche wenigstens im allgemeinen Schaumstrukturen entsprechen, die unter Verwendung eines Polymeren von konventionellem Molekulargewicht (d. h. 200.000 bis 300.000 Gewichtsdurchschnittsmolekulargewicht gemäß SEC) und einem anorganischen Blähmittel hergestellt wurden. Dies ist überraschend, da eine Herabsetzung des Molekulargewichtes des Polymermaterials in einer Schaumstruktur, insbesondere wenn organische Blähmittel verwendet werden, typischerweise eine Verschlechterung der physikalischen Eigenschaften ergeben.
Blähmittel, welche in Kombination mit dem anorganischen Blähmittel verwendet werden können, schließen organische Blähmittel und chemische Blähmittel ein. Organische Blähmittel schließen aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 1-9 Kohlenstoffatomen, aliphatische Alkohole mit 1-3 Kohlenstoffatomen und vollständig oder partiell halogenierte aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 1-4 Kohlenstoffatomen ein. Aliphatische Kohlenwasserstoffe schließen Methan, Ethan, Propan, n-Butan, Isobutan, n-Pentan, Isopentan, Neopentan, Dimethylether, Methylethylether und Diethylether ein. Aliphatische Alkohole schließen Methanol, Ethanol, n-Propanol und Isopropanol ein. Vollständig und partiell halogenierte aliphatische Kohlenwasserstoffe schließen Fluorether, Fluorkohlenstofe, Chlorkohlenstoffe und Chlorfluorkohlenstoffe ein. Beispiele von Fluorkohlenstoffen schließen Methylfluorid, Perfluormethan, Ethylfluorid, 1,1-Difluorethan (HFC-152a), 1,1,1-Trifluorethan (HFC-143a), 1,1,1,2-Tetrafluorethan (HFC-134a), Pentafluorethan, Difluormethan, Perfluorethan, 2,2-Difluorpropan, 1,1,1-Trifluorpropan, Perfluorpropan, Dichlorpropan, Difluorpropan, Perfluorbutan, Perfluorcyclobutan ein. Partiell halogenierte Chlorkohlenstoffe und Chlorfluorkohlenstoffe zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung schließen Methylchlorid, Methylenchlorid, Ethylchlorid, 1,1,1-Trichlorethan, 1,1-Dichlor-1-fluorethan (HCFC-141b), 1-Chlor-1,1- Difluorethan (HCFC-142b), Chlordifluormethan (HCFC-22), 1,1- Dichlor-2,2,2-trifluorethan (HCFC-123) und 1-Chlor-1,2,2,2- tetrafluorethan (HCFC-124) ein. Vollständig halogenierte Chlorfluorkohlenstoffe schließen Trichlormonofluormethan (CFC-11), Dichlordifluormethan (CFC-12), Trichlortrifluorethan (CFC-113), Dichlortetrafluorethan (CFC-114), Chlorheptafluorpropan und Dichlorhexafluorpropan ein. Chemische Blähmittel schließen Azodicarbonamid, Azodiisobutyronitril, Benzolsulfonhydrazid, 4,4-Oxybenzolsulfonyl-semicarbazid, p- Toluolsulfonyl-semicarbazid, Bariumazodicarboxylat, N,N'- Dimethyl-N,N'-dinitrosoterephthalamid und Trihydrazinotriazin ein.
Die Menge an in das Polymerschmelzmaterial eingegebenem Blähmittel zur Herstellung eines schaumbildenden Polymergels beträgt von 0,2 bis 5,0, bevorzugt von 0,5 bis 3,0 und am meisten bevorzugt von 1,0 bis 2,50 Mol pro Kilogramm an Polymerem.
Der erfindungsgemäße alkenylaromatische Polymerschaum wird im allgemeinen durch Erhitzen eines alkenylaromatischen Polymermaterials zur Bildung eines plastifizierten oder geschmolzenen Polymermaterials, Eingeben hierin eines Blähmittels zur Bildung eines schäumbaren Gels und Extrudieren des Gels durch eine Düse zur Bildung des Schaumproduktes hergestellt. Vor dem Mischen mit dem Blähmittel wird das Polymermaterial auf eine Temperatur bei oder oberhalb seinem/s Einfrierbereich/es oder Schmelzpunktes erhitzt. Das Blähmittel kann in das geschmolzene Polymermaterial mit Hilfe von auf dem Fachgebiet bekannten beliebigen Mitteln eingegeben oder gemischt werden, wie mit einem Extruder, Mischer oder Blender. Das Blähmittel wird mit dem geschmolzenen Polymermaterial bei einem ausreichend erhöhten Druck gemischt, um eine wesentliche Expansion des geschmolzenen Polymermaterials zu vermeiden und allgemein das Blähmittel homogen hierin zu dispergieren. Wahlweise kann ein Keimbildner mit der Polymerschmelze gemischt oder mit dem Polymermaterial vor dem Plastifizieren oder Schmelzen trockengemischt werden. Das schäumbare Gel wird typischerweise auf eine niedrigere Temperatur (auch bezeichnet als "optimale Schäumungstemperatur") gekühlt, um die physikalischen Eigenschaften der Schaumstruktur zu optimieren. Das Gel kann in dem Extruder oder einer anderen Mischvorrichtung oder in getrennten Kühlern abgekühlt werden. Das Gel wird dann durch eine Düse der gewünschten Gestalt zu einer Zone von reduziertem oder niedrigerem Druck extrudiert oder gefördert, um die Schaumstruktur zu bilden. Die Zone von niedrigerem Druck ist auf einem Druck niedriger als derjenige, unter dem das schäumbare Gel vor der Extrusion durch die Düse gehalten wird. Der niedrigere Druck kann überatmosphärisch oder unteratmosphärisch (Vakuum oder evakuiert) sein, jedoch liegt er bevorzugt auf atmosphärischem Wert.
Die erfindungsgemäße Schaumstruktur hat eine Dichte von 10 bis 150 Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m³), bevorzugt von 10 bis 70 kg/m³, mehr bevorzugt von 10 bis 56 kg/m³ und am meisten bevorzugt von 32 bis 48 kg/m³, entsprechend ASTM D-1622. Die Schaumstruktur hat eine durchschnittliche Zellengröße von 0,05 bis 5,0, bevorzugt von 0,1 bis 5,0 Millimeter und mehr bevorzugt von 0,2 bis 2,4 Millimeter, entsprechend ASTM D3576-77.
Die erfindungsgemäße Schaumstruktur kann eine beliebige auf dem Fachgebiet bekannte physikalische Konfiguration haben, wie Folien, Platten oder koaleszierte parallele Stränge. Die erfindungsgemäße Struktur ist besonders geeignet, um zu einer Platte (Plank) geformt zu werden, wünschenswerterweise zu einer mit einem Querschnitt von 30 Quadratzentimeter (cm²) oder mehr und einer Querschnittsdicke in der kleineren Abmessung von größer als 3/8 Zoll (9,5 Millimeter) und bevorzugt Zoll (12,7 Millimeter) oder größer.
Die Schaumkomponente der erfindungsgemäßen Schaumstruktur kann geschlossenzellig oder offenzellig sein. Bevorzugt ist der erfindungsgemäße Schaum zu mehr als 90% geschlossenzellig entsprechend ASTM D2856-A.
Verschiedene Zusatzstoffe können in die erfindungsgemäße Schaumstruktur eingebaut werden wie anorganische Füllstoffe, Pigmente, Antioxidantien, Säurefänger, UV-Absorber, Flammhemmmittel, Verarbeitungshilfsstoffe und Extrusionshilfsstoffe.
Zusätzlich kann ein Keimbildner zugegeben werden, um die Größe von Schaumzellen zu steuern. Bevorzugte Keimbildner schließen anorganische Substanzen wie Calciumcarbonat, Talk, Ton, Titanoxid, Siliziumdioxid, Bariumsulfat, Diatomeenerde und Mischungen von Zitronensäure und Natriumbicarbonat ein. Die angewandte Menge von Keimbildner kann von 0,01 bis 5 Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile eines Polymerharzes reichen. Ein bevorzugter Bereich beträgt von 0,02 bis 3 Gew.-Teile.
Obwohl das bevorzugte Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Struktur ein Extrusionsprozeß ist, ist darauf hinzuweisen, daß die obengenannte Struktur durch Eipansion von pre-expandierten Perlen, welche ein Blähmittel enthalten, geformt werden kann. Die expandierten Perlen können zum Zeitpunkt der Expansion zur Bildung von Gegenständen von verschiedenen Formen verformt werden. Isolierpaneele, hergestellt aus geformten, expandierten Perlen werden üblicherweise als Perlboards bezeichnet. Verfahren zur Herstellung von pre-expandierten Perlen und Gegenständen aus geformten expandierten Perlen sind in Plastic Foams, Teil II, Frisch and Saunders, S. 544-585, Marcel Dekker, Inc. (1973) und Plastic Materials, Brydson, 5. Aufl., S. 426-429, Butterworths (1989) beschrieben.
Die erfindungsgemäße Schaumstruktur kann zur Isolierung einer Oberfläche verwendet werden, wozu auf die Oberfläche ein Isolierpaneel, das aus der erfindungsgemäßen Struktur angepaßt wurde, aufgebracht wird. Solche Paneele sind bei beliebigen konventionellen Isolieranwendungen wie bei Dächern, Gebäuden und Kühlgeräten brauchbar.
Die erfindungsgemäße Schaumstruktur kann zu einer Vielzahl von diskreten geschäumten Teilchen für die konventionelle Polsterung mit Losefüllungen und für Verpackungsanwendungen verformt werden, oder sie kann zu Abfall zur Verwendung als Blasisolierung gemahlen werden.
Die erfindungsgemäße Schaumstruktur mit großer Zellgröße (0,8 mm oder mehr) ist als Schwimmkörper wie auch für Anwendungen für florale und Kunst/Handwerks-Zwecke brauchbar.
Im folgenden werden Beispiele der vorliegenden Erfindung gegeben, welche nicht als beschränkend angesehen werden sollen. Falls nichts anderes angegeben ist, beziehen sich alle Angaben in Prozentsätzen, Teilen oder Anteilen auf Gewicht.
Alkenylaromatische Polymerschaumstrukturen der vorliegenden Erfindung wurden entsprechend dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt.

Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1

Es wurde eine Schaumstruktur der vorliegenden Erfindung und eine Vergleichsschaumstruktur unter Verwendung eines 1- 1/2 Zoll (3,8 Zentimeter (cm)) Einschneckenextruders, eines Mischers, eines Kühlers und einer Düse in Reihe hergestellt. Ein Blähmittel wurde bei einer Einspeisöffnung für Blähmittel des Mischers injiziert.
Die Schaumstruktur der vorliegenden Erfindung wurde mit einem Polystyrolharz mit einem Mw von 127.000 und einem Mn von etwa 55.000 hergestellt. Die Vergleichsstruktur wurde unter Verwendung eines Polystyrolharzes mit einem Gewichtsdurchschnittsmolekulargewicht (Mw) von 200.000 und einem Zahlendurchschnittsmolekulargewicht (Mn) von etwa 85.000 hergestellt.
Das verwendete Blähmittel waren 4 Teile pro 100 (pph) Kohlendioxid und 0,2 pph Wasser, bezogen auf das Gewicht des Polystyrols. Das Polystyrol wurde in den Extruder mit einer Rate von 15 pounds pro Stunde (6,8 Kilogramm pro Stunde) eingespeist.
Die erfindungsgemäße Schaumstruktur konnte bei einem wesentlich niedrigeren Druckabfall als die Vergleichsstruktur hergestellt werden, und sie zeigte vergleichbare oder im wesentlichen vergleichbare Wärmeverformungstemperatur, Dichte, Zellgröße, Gehalt an offenen Zellen und Querschnitt, wie in Tabelle 1 ersichtlich ist. Am meisten bemerkenswert ist, daß der Druckabfall signifikant durch Verwendung des Harzes mit niedrigerem Molekulargewicht reduziert wurde, ohne daß die Wärmeverformungstemperatur beeinträchtigt wurde. Tabelle 1 Schaumstrukturen von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1
* Kein Beispiel der vorliegenden Erfindung (Vergleichsstruktur)
¹ Schäumungstemperatur (ºC)
² Dichte in Kilogramm/Kubikmeter (kg/m³)
³ Vertikale Zellgröße in Millimeter (mm) entsprechend ASTM D3576-77
&sup4; Gehalt an offenen Zellen in Prozentsatz entsprechend ASTM D2856-A
&sup5; Schaumstruktur-Querschnitt in Quadratzentimeter (cm²)
&sup6; Wärmeverformungstemperatur in ºC (ºF). Versuch 1 wurde nach etwa 8 Tagen und Versuch 2 nach etwa 9 Tagen gemessen.
&sup7; Druckabfall zwischen Einspeisungsöffnung des Blähmittels des Mischers und dem Einlaß der Düse.

Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2

Es wurde eine Schaumstruktur mit großen Zellen der vorliegenden Erfindung und eine Vergleichsschaumstruktur mit einem 2-1/2 Zoll (6,4 cm) Einschneckenextruder, einem Mischer, Kühlern und einer Düse in Reihe hergestellt.
Die vorliegende Struktur wurde mit einem Polystyrolharz mit einem Mw von 127.000 und einem Mn von 55.000 hergestellt. Die Vergleichsstruktur wurde mit einem Polystyrolharz mit einem Mw von 200.000 und einem Mn von 85.000 hergestellt.
Das verwendete Blähmittel waren 2 pph Kohlendioxid und 1,5 pph Wasser. Das Blähmittel wurde bei einer Einspeisöffnung für Blähmittel des Mischers injiziert.
Die vorliegende Schaumstruktur hat eine große Zellgröße und ist brauchbar bei Anwendungen von Dekorgegenständen.
Die vorliegende Schaumstruktur konnte mit einem wesentlich niedrigeren Druckabfall als demjenigen der Vergleichsstruktur hergestellt werden, und sie zeigte sehr ähnliche physikalische Eigenschaften, wie in Tabelle 2 ersichtlich ist. Daher wurde der Druckabfall signifikant durch Verwendung des Harzes mit niedrigerem Molekulargewicht ohne signifikante Herabsetzung von physikalischen Eigenschaften reduziert. Tabelle 2 Schaumstrukturen von Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2
* Kein Beispiel der vorliegenden Erfindung (Vergleichsstruktur)
¹ Dichte in Kilogramm/Kubikmeter (kg/m³)
² Vertikale Zellgröße in Millimeter (mm) entsprechend ASTM D3576-77
³ Wärmeverformungstemperatur in ºC (ºF). Versuch 1 wurde nach etwa 2 Wochen und Versuch 2 nach etwa 2 Wochen gemessen.
&sup4; Druckabfall zwischen Einspeisungsöffnung des Blähmittels des Mischers und dem Einlaß der Düse.
Während Ausführungsformen der Schaumstruktur und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf spezifische Einzelheiten gezeigt wurden, sei darauf hingewiesen, daß in Abhängigkeit von dem Herstellungsverfahren und den Wünschen des Herstellers die vorliegende Erfindung durch verschiedene Änderungen modifiziert werden kann, wobei immer exakt innerhalb des Umfangs der anliegenden Ansprüche verblieben wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer alkenylaromatischen Polymerschaumstruktur, umfassend:

a) Erhitzen eines alkenylaromatischen Polymermaterials, das mehr als 50 Gew.-% alkenylaromatische monomere Einheiten umfaßt, zur Bildung eines geschmolzenen Polymermaterials,

b) Eingeben in das geschmolzene Polymermaterial bei einem erhöhten Druck von 0,2 bis 5,0 Mol pro Kilogramm Polymerem eines Blähmittels zur Bildung eines schäumbaren Gels,

c) Expandieren des schäumbaren Gels bei einem niedrigeren Druck zur Bildung einer Schaumstruktur,

wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet, ist, daß das alkenylaromatische Polymermaterial ein alkenylaromatisches Polymeres mit einem Gewichtsdurchschnittsmolekulargewicht von 100.000 bis 165.000 umfaßt und das Verfahren weiter dadurch gekennzeichnet ist, daß das Blähmittel 50 Gew.-% oder mehr eines anorganischen Blähmittels, bezogen auf das Gesamtgewicht des Blähmittels, umfaßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das schäumbare Gel auf eine optimale Schäumungstemperatur abgekühlt wird und durch eine Düse zu einer Zone von niedrigerem Druck zur Bildung der Schaumstruktur extrudiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem das Blähmittel 70 Gew.-% oder mehr des anorganischen Blähmittels, bezogen auf das Gesamtgewicht des Blähmittels, umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem das Blähmittel Kohlendioxid ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, bei welchem das alkenylaromatische Polymermaterial 70 Gew.-% oder mehr alkenylaromatische monomere Einheiten umfaßt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, bei welchem das alkenylaromatische Polymermaterial Polystyrol umfaßt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, bei welchem das alkenylaromatische Polymermaterial einen Polydispersitätsindex von 2,0 bis 3,5 hat.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, bei welchem das alkenylaromatische Polymermaterial einen Polydispersitätsindex von 2,05 bis 3,0 hat.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, bei welchem die Schaumstruktur zu größer als 90% geschlossenzellig ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, bei welchem die Schaumstruktur eine Durchschnittszellengröße von 0,1 bis 5,0 Millimeter hat.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, bei welchem die Schaumstruktur eine Dichte von 10 bis 150 Kilogramm pro Kubikmeter hat.