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Pormmassen zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern aus Styrolpolymerisaten
Gegenstand der Erfindung sind Formmassen zur Herstellung von extrudierten Schaumstoff-Folien
oder -Profilen aus Styrolpolymerisaten.
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Es sind bereits eine Reihe ton Verfahren bekannt, schaumförmige Formkörger'aus
Polystyrol durch Strangpressen herzustellen. Insbesondere die Herstellung von schaumförmigen
Folien aus Polystyrol wurde bereits eingehend beschrieben, z.B. in den deutschen
Auslegeschriften 1 200 534 und 1 038 275. Solche Folien gewinnen in der Industrie
immer mehr an Bedeutung. So- lassen sich aus Schaumpolystyrolfolien die verschiedenartigsten
Verpackungsartikel herstellen.
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Im allgemeinen werden Verpackungen aus Schaumpolystyrolfolie durch
Vakuumtief ziehen, Stempelverformung, Druckluftverformung oder nach ähnlichen Verfahren
hergestellt, bei denen die Folien eine beträchtliche Flexibilität und Dehnbarkeit
(Tiefziehfähigkeit) besitzen müssen. Schaumfolien aus reinem Polystyrol sind jedoch
nur in begrenztem Umfang tiefziehfähig, da sie zu brüchig und zu wenig dehnbar sind.
Auch die fertigen Formkörper sind vielfach zu spröde, insbesondere bei tieferen
Temperaturen.
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Es liegt nun zwar nahe, die Tiefziehfähigkeit und Kältefestig keit
durch Zusatz von Weichmachern und/oder gummiartigen Komponenten zu verbessern. Es
hat sich jedoch gezeigt, daß die meisten Weichmacher oder gummiartigen Zusätze die
Zellatruktur des Schaumes in nachteiliger Weise beeinflussen. Der Schaum wird meistens
grobzellig und die Zellgröße ungleichmäßig.
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Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, Pormmassen
zur Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern vorzuschlagen, die diese Nachteile nicht
aufweisen.
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Es wurde nun gefunden, daß man Schaumfolien aus Styrolpolymerisaten
mit besonders hoher Kältefestigkeit, Dehnbarkeit und Flexibilität und feiner gleichmäßiger
Zellstruktur erhält, wenn man Formmassen verwendet, die aus einer Mischung von Styrolpolymerisaten
mit Kohlenwasserstoffen oder Fluor enthaltenden Kohlenwasserstoffen als Treibmittel
sowie Zellregulatoren und weiteren Zusätzen bestehen, wobei die Formmassen neben
den genannten Komponenten 0,1 bis 8, vorzugsweise 0,5 bis 5 Gew.% Polyisobutylen
vom Molekulargewicht 1000 bis 200 000 und 0,05 bis 5, vorzugsweise 0,1 bis 3 Gew.
eines Esters der o-Phthalsäure oder einer aliphatischen Carbonsäure mit insgesamt
10 bis 40, vorzugsweise 14 bis 30 Kohlenstoffatomen homogen verteilt enthalten.
Beide Prozentsätze sind auf das treibmittelfreie Styrolpolymerisat bezogen.
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Die für die Ester angegebene Zahl von Kohlenstoffatomen (10 bis 40,
vorzugsweise 12 bis 30) gilt für das gesamte Estermolekül, also die Summe aus den
Kohlenstoffatomen der Säuren und der Alkohole Beide Komponenten können auch ätherartig
gebundenen Sauerstoff oder andere (und gegebenenfalls andersartig. gebundene) Heteroatome
enthalten, sofern diese den weichmachenden Charakter des Esters nicht zunichte machen.
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Geeignete Weichmacher sind beispielsweise Ester der o-Phthalsäure
mit unverzweigten und besonders mit verzweigten höheren Alkoholen und deren Gemischen,
z.B. mit 2-ÄthylhexandL, Isooctanol, Isononanol, Isodecanol; n-Butanol, iso-Butanol,
Methoxyäthanol, Butoxyäthanol; ferner Butylstearat; 2-Äthylhexansäure-butylester.
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Die Mischung aus Weichmacher und Polyisobutylen kann der treibmittelhaltigen
Styrolpolymerisatschmelze auf die verschiedenste Art zugemischt werden: Es ist z.B.
möglich, die Mischung im monomeren Styrol geg.benenfalls zusammen mit anderen Mischpolymerisationskomponenten
zu lösen und die Monomerenmischung in Gegenwart der Mischung aus Weichmacher und
Polyisobutylen in wäßriger Suspension zu polymerisieren, Man erhält dabei perlförmige
Styrolpolymerisate,
die die Mischung aus Weichmacher und Polyisobutylen
in homogener Verteilung enthalten. Die perlförmigen Teilchen können in einem Extruder
aufgeschmolzen, die Treibmittel und Zellregler im Extruder zugemischt und zu einer
schlauchförmigen Schaumfolie extrudiert werden.
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Es ist auch möglich, die Suspensionspolymerisation der oben genannten
Mischung bereits zusammen mit aem Treibmittel durchzuführen. In diesem Fall können
die treibmittelhaltigen; perlförmigen Teilchen unter Zusatz eines Porenreglers in
einem -herkömmlichen Extruder zu einer schlauchförmigen Schaumfolie extrudiert werden.
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Die Polymerisation von Styrol, gegebenenfalls mit anderen Mischpolymerisationskomponenten
und den genannten Zusätzen, kann auch im Block erfolgen.
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Schließlich ist es auch möglich, in einem Extruder Polystyrolteilchen
aufzuschmelzen oder den Extruder mit Polystyrolschmelze zu beschicken und die Mischung
aus Weichmacher und Polyisobutylen erst im Extruder zuzumischen. In diesem Fall
wird auch das~Treibmittel erst im Extruder zugemischt.
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Selbstverständlich brauchen Weichmacher und Polyisobutylen nicht vorher
miteinander gemischt zu werden, sondern können der Styrolpolymerisatschmelse auch
einzeln zugemischt werden.
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Die extrudierte, schlauchförmige Folie kann weiterbehandelt werden,
wie z.B. in der deutschen Auslegeschrift 1 200 534 und 1 Q38 275 beschrieben. Die
Schaumfolie kann in der Wärme (Wasserbad) nachexpandiert und z.B. auf Papierbahnen
heißkaschiert oder der Folienschlauch zu einer Doppelfolie verschweißt werden.
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Es ist zweckmäßig, der treibmittelhaltigen Styrolpolymerisatschmelze
Zellregler zuzusetzen. Man verwendet am besten die in der deutschen Auslegeschrift
1 038 275 beschriebene Kombination aus Kohlendioxid, abapaltenden Mitteln und einer
geeigneten Säure oder auch Talkum oder andere feinstteilige anorganische Substanzen.
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Als Treibmittel werden aliphatische Kohlenwasserstoffe oder Halogenkohlenwasserstoffe
mit mindestens einem Fluoratom mit einem Siedepunkt von maximal etwa'900C verwendet
in Mengen von ca.
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2,5 % bis 9 %, z.B. Pentan, Hexan, Cyclohexan, Butan, iso-Butan, Difluordichlormethan,
1,2,2-rifluor-i,2,2-Irichloräthan, Unter Styrolpolymerisaten werden Polystyrol und
Mischpolymerisate des Styrols, die mindestens 50 Gew. Styrol enthalten, verstanden.
Als Mischpolymerisationskomponente kommen beispielsweise infrage Oi-Methylstyrol,
kernhalogenierte Styrole, kernmethylierte Styrole, Acrylnitril, Methacrylnitril,
Ester der Acrylsäure, Metheorylsäure oder Fumarsäure, Butadien, N-Vinylcarbazol,
N-Vinylpyridin.
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Die Styrolpolymerisate können noch andere Zusatzstoffe enthalten,
z.B. Farbstoffe, Füllstoffe, Stabilisierungsmittel und Flammschutzmittel.
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Beispiel 1 a) Ein Einschneckenextruder mit 90 mm Schneckendurchmesser
(D) und einer Schneckenlänge von 20 D wird mit expandierbarem, weichmacherhaltigem
Polystyrol beschickt, das in wäßriger Suspension in üblicher Weise hergestellt wurde.
Die perlförmigen Polymerisatteilchen haben folgende Zusammensetzung: 350 Teile Polystyrol
vom K-Wert *) 59 7 Teile Butylstearat 10 Teile Polyisobutylen vom Molekulargewicht
3000 22 Teile Pentan 2 Teile ZitronensEure Vor der Zugabe in den Extruder wird den
Polymerisatperlen 0,5 % Natriumbicarbonat gleichmäßig zugemischt.
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Die Schmelze wird bei einer Temperatur von 140°C durch eine Ringdüse
ausgepreßt, wobei das Polymerisat zu einer Schaumfolie aufschäumt. Die Folie ist
feinzellig und hat eine Dichte von 150 g/l. Sie wird in einem des Extruder nachgeschalteten
Wasserbad bei 970C weiter expandiert und hat dann eine Dichte *) vgl. H. Fikeütscher,
Cellulosechemie 13, (1932), 58. 5
von 60 g/l und eine Dicke von
3 mm.
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b) Zum Vergleich wird ein in gleicher Weise hergestellten perlförmiges
Polymerisat der Zusammensetzung; 350 Teile Polystyrol vom E-Wert *) 59 22 Teile
Pentan 2 Teile Zitronensäure, dem vor Zugabe in den Extruder ebenfalls 0,5 % Natriumbicarbonat
gleichmäßig zugemischt werden, in der oben beschriebenen Weise zu Schaumpolystyrolfolie
der Dichte 150 g/l extrudiert und anschließend im Wasserbad auf 60 g/l nachexpandiert.
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aus beiden Folien werden Schalen und Eierverpackungen mit inem Tiefziehverhältnis
von maximal 1 : 1 hergestellt.
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Bei der Herstellung der Eierverpackung beträgt die Aueachußquote durch
Reißen der Folie beim Tiefziehen bei Verwendung der gemäß a) hergestellten Folie
1 %, bei der anderen 20 %.
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Die Schalen werden nach achttägiger Lagerung folgender Prüfung unterzogen.
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1. Zerreißprüfung: Von den gemäß a) und b) hergestellten Schalen wird
die Dehnbarkeit, längs und quer zur Extruderrichtung, ermittelt: Dehnung % Schale
längs quer a 22 24 b 10 8 2. Kälte'festigkeitsprüfung Bei dieser Prüfung werden
die Schalen 24 Stunden bei 95 % relativer Luftfeuchtigkeit in einem Klimaschrank
gelagert. Anschließend wird ein Stück der Folie über eine scharfe Kante rechtwinkelig
gebogen (Biegetest). Die Folie sollte dabei nicht brechen. In einem weiteren Test
läßt man wie beschrieben vorbehandelte und mit einer Knetmasse gefüllte Schalen
aus *)vgl. H. Fikentscher Cellulosechemie 1D, (1932.) , 58. -6-einer
Höhe
von 2 m auf Betonboden fallen. Die Schalen sollten dabei nicht brechen oder splittern
(Falltest).
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Biegeprobe Falltest Schale +20°C 0°C -15°C -25°C -35°C +20°C 0°C
-15°C -35°C a 0 0 0 0 ca.0 0 0 0 0 b 0 20 80 99 ca.100 0 10 70 95 Bruchquote in
Prozent in Abhängigkeit von der Temperatur [°C].
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Beispiel 2 Ein Doppelschneckenextruder mit nachgeschaltetes Verweilseitextruder
wird mit geschmolzenem Polystyrol vom K-Wert 60 beschickt. In den Doppelschneckenextruder
werden über eine Dosierbandwaage fein zerkleinerte Zitronensäure und mittels beheizter
Dosierpumpe Di-iso-decanyl-phthalat, Polyisobutylen vom nittleren Molekulargewicht
3000 und Pentan in solchen Mengen zugegeben, daß die Mischung folgende Zusammensetzung
hat: 350 Teile Polystyrol vom K-Wert .60 6 Teile Di-iso-decenyl-phthalat 11 Teile
Polyisobutylen 22 Teile Pentan 3 Teile Zitronensäure Die geschmolzene Mischung wird
an der Düse des Verweilseitextruders in Form von Fäden abgezogen, die nach Austritt
aus der Düse rasch in Wasser von 200C abgekühlt werden, so daß sie nicht aufschäumen.
Die gekühlten Polymerisatfäden werden zu Granalien mit einer Länge von ca. 2 bis
3 mm zerkleinert und diese getrocknet.
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Die Polymerisatteilchen werden in einem Einschneckenextruder wie in
Beispiel 1 beschrieben aufgeschmolzen und zu einer Schaunfolle von 150 g/l expandiert.
Diese wird in einem Wasserbad von 9700 auf 60 g/l nachexpandiert.
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b) Hierbei werden in die in der Ausführungsform a) beschriebene Schmelzmischung
im Doppelschneckenextruder noch zusätzlich 3,0 Teile Natriumbicarbonat zugegeben.
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Die Schmelze wird durch eine Rlngdüse am Verweilzeitextruder direkt
zu einer Schaumfolie von 150 g/l und in dem nachgeschalteten Wasserbad bei 97 0C
auf eine Dichte von 60 g/l weiter expandiert.
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c) Hierbei wird der Polymerisatschmelze kein Di-iso-decanylphthalat
und kein Polyisobutylen zugegeben. In übrigen hat die Schmelze dieselbe Zusammensetzung
wie unter b) und wird wie dort beschrieben direkt über eine Ringdüse des Verweilzeitextruders
zu einer Schaumfolie von. 150 g/l und anschließend im Wasserbad bei 970C auf 60
g/l expandiert.
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Die gemäß a) bis c) hergestellten Folien werden zu Schalen und Eierverpackungen
tiefgezogen.
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Bei der Herstellung der Eierverpackungen gibt es bei Verwendung der
Folie gemäß Ausführungsform a) und b) Je 0,5 %, bei der Folie gemäß c) 25 % Ausschuß
infolge Bruch der Folie.
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Die Schalen werden nach einer Ablagerung von 8 Tagen folgender Prüfung
unterzogen: 1. Zerreißprüfung Von den gesäß a) bis c) hergestellten Schalen wird
die Dehnbarkeit, längs und quer zur Extruderrichtung, ermittelt: -Dehnung % Schale
längs quer 28 30 b 27 29 c , 10 8 2. Die Kältefestigkeitsprüfung wird wie bei Beispiel
1 beschrieben durchgeführt.
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Biegetest Falltest Schale -20° 0° -15° -25° -35° +20° 0° -15° -35°
a 0 0 0 0 ca.0 0 0 0 ca.0 b O 0 0 O ca.0 0 0 0 0 c ca.0 20 80 98 ca.100 0 10 70
ca.95 Bruchquote in Prozent in Abhangigkeit von der Temperatur [°C]