Verfahren zur Herstellung von Zellkörpern. Es ist bekannt, Zellkörper mit geschlossenen Zellen aus Kautschuk herzustellen, indem man vulkanisierbare oder anvulkanisierte, mastizierte Kautschukgemische in Form von Platten, Bändern, zum Beispiel auf einem Dorn aufgewickelt, in Autoklaven oder Pres sen mit Gasen unter hohem Druck behandelt, dann die gashaltige Masse expandieren lässt und gegebenenfalls fertig vulkanisiert. Auf thermoplastische Kunststoffe konnte dieses Verfahren nicht.
direkt übertragen werden, weil diese Stoffe an und für sich auch unter hohem Gasdruck eine geringe Lösefähigkeit für Gase besitzen. Man hat daher diese Kunst stoffe mit Lösungs- und Weichmachungsmittel zu Pasten angerieben und diese durch leich tes Erwärmen während der erforderlichen Zeit in Gele von mehr oder weniger fester Konsistenz verwandelt. Diese Gele sind gallert artige Massen ohne eigentliche Festigkeit und Elastizität, in welchen sich die Kunststoffe in gequollenem Zustande befinden.
Sie wei sen eine gute Gasaufnahme bzw. Gaslösefähig- keit auf, die um so grösser ist, je höher der Lösungs- und Weichmachungsmittelgehalt ist. Diese Gele werden dann mit den Gasen unter Druck behandelt, so dass sich die Gase in der Masse lösen. Die gashaltige Masse wird dann bei gewöhnlicher oder leicht erhöhter Tem peratur zur Expansion gebracht.
Der expan dierte Körper wird darauf einer Wärme behandlung bei erhöhter Temperatur unter worfen, wobei die gallertartige Masse in den eigentlichen Kunststoff mit hohen Festigkeits- und Elastizitätseigenschaften umgewandelt wird, ein Vorgang, welcher äusserlich gesehen der Vulkanisation bei der Herstellung von Zellkautschllk entspricht.
Bei der Durchführung in der Praxis haben sich bei diesem Verfahren verschiedene Nach teile ergeben, wie zum Beispiel, dass die Zell- körper oft starke Deformationen zeigen, dass man ferner mit grösseren Mengen an Weich macher arbeiten muss, die zu weiche Zellkör- per ergeben, und dass man nur Polymerisäte verwenden kann, welche sich mit @-#'eichmacher zu Pasten anrühren lassen, was bekanntlich nur für bestimmte Kunststoffsorten der Fall ist.
Vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Herstellung von Zellkörpern mit geschlossenen Zellen durch Aufnahme von Gasen unter Druck in thermoplastischen Kunststoffmassen mittels Autoklaven und Expandieren der gashaltigen Masse, das da durch gekennzeichnet ist, dass man die Kunst stoffmassen zuerst bei so weit erhöhter Tem peratur plastifiziert, dass festelastische Mas sen gebildet werden, und dann erst der Be handlung mit Gasen unter hohem Druck un terwirft.
Es wurde nämlich gefunden, dass man zu Zellkör gern mit besseren Festigkeits- und Ela- stizitätseigenschaften sowie mit einem regel mässigen Zellenaufbau gelangen kann, wenn man die Massen vor der Begasung in den plastifizierten Zustand überführt, das heisst, wenn man die Ausgangsmischung bei so weit erhöhten Temperaturen, zum Beispiel für Polyvinylchloridmassen bei 150 bis 170 C, gelatiniert,
dass sie in einen festelastischen Zustand übergehen und dass man dann erst die Begasung runter Druck vornimmt. Über raschenderweise hat es sich gezeigt, dass solche plastifizierte Massen immer noch eine gute Gasaufnahme bzw. Gaslösefähigkeit besitzen und sich sehr gut zu Zeltkörpern verarbeiten lassen.
Mit Rücksicht darauf, dass in Fachkreisen die Plastifizierung und Homogenisierung der Massen bei höheren Temperaturen, wobei sie in einen homogenen, festelastischen Zustand übergeführt werden, auch als Gelatinierung bezeichnet wird, sei darauf verwiesen, dass man klär unterscheiden muss zwischen Gela- tinierumg bei niedrigen Temperaturen unter mässigem Erwärmen der Masse, so dass sich gelartige Stoffe bilden, ohne Festigkeit und Dehnung, bei der die Kunststoffe nur ange- quollen sind,
einerseits und Gelatinierung bei höherer Temperatur anderseits, wobei eine gründliche Gelatinierung erfolgt und homo gene, mehr oder weniger harte, festelastische Massen entstehen, die eine bedeutende Festig keit und Elastizität besitzen.
Nach der vorliegenden Erfindung werden die Massen vor der Begasung bei so hoher Temperatur gelatiniert (Plastifizierung), dass sieh Produkte bilden, die gegenüber den bei tieferen Temperaturen gelatinierten Massen wesentlich verbesserte mechanische Eigen schaften, wie Reissdehnung und Reissfestigkeit, besitzen. Die folgende Tabelle zeigt einige Beispiele von bei niedriger und bei höherer Temperatur gelatinierten Polyvinylchlorid- Dioctylphthalat-1lIa.ssen, welche eine Stunde bei verschiedenen Temperaturen erhitzt wur den.
EMI0002.0028
Verhältnis <SEP> Reiss PVC <SEP> zu <SEP> Temperatur <SEP> dehnung <SEP> Reissfestig Weich- <SEP> 0C <SEP> % <SEP> heit <SEP> kg/cm macher
<tb> 50150 <SEP> 60-90 <SEP> unwesentlich <SEP> unwesentlich
<tb> 120 <SEP> 110 <SEP> "
<tb> 140 <SEP> 240 <SEP> 80
<tb> 160 <SEP> 375 <SEP> 100
<tb> 60/40 <SEP> 50-90 <SEP> unwesentlich <SEP> unwesentlich
<tb> 120 <SEP> 60 <SEP> 36
<tb> 140 <SEP> 150 <SEP> 80
<tb> 160 <SEP> 250 <SEP> 144
<tb> 70130 <SEP> 60-90 <SEP> unwesentlich <SEP> unwesentlich
<tb> 120 <SEP> 65 <SEP> 85
<tb> 160 <SEP> 240 <SEP> 160 Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, dass man durch Gelatinierung unter 100 C Massen er hält, die keine befriedigende Reissdehnung und Reissfestigkeit aufweisen.
Bei 120 C nehmen die Reissfestigkeit und Reissdehnung schon- höhere Werte an, um dann bei -140 bis 160 C und höher die besten Werte zu er reichen. Für die vorliegende Erfindung kom men also zum Beispiel Polyvinylchlorid-Mas- sen in Betracht, die bei über 100 C gelati niert und dadurch in Produkte mit mindestens 50 % Reissdehnung und mindestens 30 kg/cm2 Reissfestigkeit übergeführt wurden.
Natürlich ändern sich die Daten je nach der Art. der Kunststoffe und der Weichmacher; doch kann jeder Fachmann die Temperaturen bestim men, bei welchen die gewünschten mechani schen Eigenschaften erreicht werden.
Die so homogenisierte und plastifizierte Masse wird in Form von Platten, Bändern, Folien und dergleichen in bekannter Weise mit. Gaseis unter Druck in Autoklaven behan delt. Solche Platten sind fest sowie elastisch und lassen sich sehr viel leichter handhaben als die bei den bekannten Verfahren verwendeten leiehtbrüchigen Gele. Sie werden vorzugs weise in einer Dicke von einigen Millimetern, zum Beispiel 1 bis 4 mm, verwendet.
Die Begasung erfolgt in bekannter Weise im Autoklaven unter hohem Druck von mehreren 100 at., zum Beispiel 400 bis 500 at., bei hö heren Temperaturen, welche zweckmässig etwas unterhalb der Plastifizierungstempera- t.ur liegen.
Man kann aber auch die plastifizierten und homogenisierten Ausgangsmassen mit einem flüchtigen Lösungsmittel, zum Beispiel in Mengen von 25 bis 100 % der Masse, be- handeln, so dass das Lösungsmittel unter Quellung von der plastifizierten Masse aufge nommen wird.
In diesem Falle kann die Be- gasung unter hohem Druck schon bei gewöhn licher Temperatur erfolgen. Die begaste Masse wird dann unter leichter Temperaturerhöhung, zum Beispiel von 100 C, zur Expansion ge bracht.
Man kann ferner auch Kunststoffpulver ohne Weichmacher auf heissen Walzen plasti- fizieren sowie homogenisieren, dann mit einem flüchtigen Lösungsmittel behandeln und das so erhaltene Produkt der Gaslösung bei ge wöhnlicher Temperatur -unterwerfen..
Die Behandlung der plastifizierten Massen mit den Gasen, wie zum Beispiel Stickstoff, Wasserstoff, Kohlensäure oder deren Gemi schen, unter hohem Druck in Autoklaven er folgt zweckmässig, indem man zum Beispiel Platten in der Dicke von zum Beispiel 1 bis 4 mm in bekannter Weise auf einen Dorn mit Zwischenlagen von Papier und Stahlband auf wickelt oder eventuell durch Aufstreuen eines Kunstharzpulvers voneinander trennt, das die Gasaufnahme erleichtert und beim Erwärmen von der Masse absorbiert wird. Vorteilhafter weise besteht das Pulver aus dem gleichen Kunststoff wie die Ausgangsmasse.
Die auf gewickelten Platten werden dann in einem Hochdruck-Autoklaven mit Gas unter Druck von zum Beispiel 400 bis 500 at. bei erhöhter Temperatur behandelt. Wird dagegen die pla- stifizierte Masse, wie oben dargelegt, mit Lö sungsmitteln getränkt, so kann die Behand- lung mit Gasen unter Druck schon bei ge wöhnlicher Temperatur erfolgen.
Dadurch entfallen das Erhitzen und Wiederabkühlen der grossen und schweren Druckautoklaven. Als Weichmacher kann man solche Verbin dungen verwenden, welche mit den entspre chenden thermoplastischen Stoffen bei erhöh ter Temperatur sich zu. homogenen Massen plastifizieren lassen. Als Lösungsmittel kön nen flüchtige Lösumgs- bzw. Quellumgsmittel verwendet werden, welche die Gasaufnahme bzw. Gaslösefähigkeit der Masse erhöhen und die sich bei oder nach der Expansion ver flüchtigen. Als thermoplastische Kunststoffe kommen vor allem Polymerisate, wie z.
B. Polyvinyl- acetat, Polyacrylsäureverbindungen, Poly styrol, insbesondere aber Polyvinylchlorid, sowie Mischpolymerisate dieser Stoffe in Be tracht, ferner auch Celluloseester, wie Cellu- loseacetat. Die Stoffe werden meistens mit Weichmachern gemischt, wobei die Wahl des Weichmachers der Art des Kunststoffes an gepasst werden muss, so dass sie bei erhöhter Temperatur mit dem Kunststoff plastifiziert werden.
Es ist ein Vorteil des Verfahrens, dass man auch Kunststoffe verwenden kann, die in der Kälte und auch bei mässigem Er wärmen keine Paste oder Gele mit dem Weich macher bilden, und auch mit nur geringen Mengen oder ganz ohne Weichmachungsmittel arbeiten kann. Für Polyvinylchlorid kann man zum Beispiel als Weichmacher Trikresyl- phosphat oder organische Phthalsäureester verwenden.
Als flüchtige Lösungsmittel kom men zum Beispiel Aceton, Methyläthylketon, Tetrahydrofuran in Frage. In gewissen Fällen kann man, -um eine regelmässige, feinporige Zellenbildung zu be günstigen, den Ausgangsmassen kleine Men gen an Treibmittel, wie zum Beispiel Azoiso- buttersäuredinitril und dergleichen,
in Men- gen von 1 bis 2 % zugeben. Diese werden dann in flüchtigem Lösungsmittel gelöst und bei dessen Anwendung mit in die plastifizier- tenMassen, zum Beispiel in Form von Folien, hineingebracht. <I>Beispiele:</I> 1.
Eine Mischung aus 5000 g Polyvinyl- chlorid und 5000 g Dioctylphthalat wird auf heissen Walzen bei etwa 165 C zu einer Platte von 2 mm ausgezogen. Durch dieses Plastifi- zieren entsteht ein festelastisches Produkt mit über 100 kg/cm? Reissfestigkeit und über 350 /o Reissdehnung.
Dieses wird dann auf einen Dorn mit Zwischenlagen von Papier und Stahlband in bekannter Weise aufgewickelt und- die so erhaltene Rolle in einen Autoklaven gebracht und dann mit einem Stickstoffdruck von 400 bis 500 at. bei etwa 165 C behandelt. Nach Abkühlen des Autosklaven wird die Rolle heräusgenommen. Man wickelt sie dann auf und bringt die Masse durch Erwärmen auf etwa 100 C zur Expansion. Man erhält ein ungefähr 5 mm dickes Zellkörperband mit einem speziellen Gewicht von etwa 0,08 und einem regelmässigen Zellenaufbau.
2. 6000 g Polyvinylchlorid werden mit 4000 g Diöctylphthalat zum - Plastifizieren 20 Xinuten lang auf einem Walzwerk bei etwa 170 C so lange gelatiniert; bis das Pro dukt seinen vollen Festigkeitswert erreicht hat und dann zu einer Platte von etwa 4 mm ausgezogen.
Die Platte wird dann während einer genügenden Zeit, etwa drei Stunden, mit so viel Äthylmethylketon (ein flüchtiges Lösungsmittel) zusammengebracht, dass dieses völlig und gleichmässig von der Platte auf genommen wird und die Gewichtszunahme der Platte etwa 25 % beträgt. , Diese Platte wird dann wie im Beispiel 1 aufgewickelt auf einen Dorn und in einen Autoklaven gebracht und mit einem Stick stoffdruck von etwa 400 atü. behandelt, ohne Anwendung von Heiztemperatur, also bei nor maler Zimmertemperatur. Nach etwa einer Stunde kann der Druck vom Autoldaven be reits entfernt und die Platte herausgenom men werden.
Nach dem Abwickeln wird sie durch Erwärmen auf etwa 100 C zur Ex pansion gebracht. Man erhält ein etwa 10 mm dickes Zellkörperband mit einem spezifischen Gewicht von etwa 0,05 mit sehr regelmässigem und feinporigem Zellenaufbau. Auf gleiche Weise lassen sich auch Mi schungen anderer Kunststoffmassen, wie zum Beispiel aus Celluloseacet.at mit Triphenyl- phosphat, verarbeiten.