DE19921386A1 - Offenzellig Partikelschaumstoffe - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft offenzellige Partikelschaumstoffe auf Basis einer Thermoplastmatrix, die A. 99 bis 50 Gew.-% eines Stryrolpolymerisats und B. 1 bis 50 Gew.-% eines mit dem Styrolpolymerisat wenig verträglichen Polymeren enthält.
Description
Die Erfindung betrifft offenzelligen Partikelschaumstoff auf Basis
von Styrolpolymerisaten.
Offenzellige Schaumstoffe bieten den Vorteil, daß sie evakuiert
werden können. Die dabei erhaltenen evakuierten Vakuumformteile
weisen eine erheblich niedrigere Wärmeleitfähigkeit und damit
ein wesentlich besseres Isoliervermögen auf als herkömmliche
Schaumstoffe.
Offenzellige extrudierte Schaumstoff-Folien und -Platten auf
Basis von Styrolpolymerisation sind bekannt, z. B. aus
EP-A 642,907, WO 9600258 und WO 96/34038. Sie werden hergestellt
durch Extrusion einer Polystryrolschmelze, die ein flüchtiges
Treibmittel sowie ein Nukleierungsmittel zugemischt enthält, bei
Temperaturen im Bereich von 110 bis 140°C. Nach WO 98/58991 sollen
dabei dem Polystyrol 0,1 bis 7 Gew.-% eines Ethylen/Vinylacetat-
Copoylmeren zugemischt werden.
Schaumstoff-Folien und -Platten haben jedoch eine einfache
Gestalt; ihre Dicke und Breite ist durch die Dimensionen der
Extrusionsapparatur vorgegeben.
Polystyrolschaumstoff-Formkörper beliebiger Dimensionen und
Gestalt können bekanntlich durch Verschäumen von treibmittel
haltigem Polystyrolgranulat und Versintern der dabei erhaltenen
Schaumstoffpartikel hergestellt werden.
Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, offenzellige
Partikelschaumstoffe auf Basis von Styrolpolymerisaten bereitzu
stellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dann gelöst, wenn die Thermo
plastmatrix A. 99-50 Gew.-% eines Styrolpolymerisats und B.
1-50 Gew.-% eines mit A wenig verträglichen Polymeren enthält.
Styrolpolymerisate A im Sinne dieser Erfindung sind Polystyrol
und Mischpolymerisate des Styrols, die mindestens 80 Gew.-%
Styrol einpolymerisiert enthalten. Als Comonomere kommen z. B. in
Betracht α-Methylstyrol, kernhalogenierte Styrole, kernalkylierte
Styrole, Acrylnitril, Ester der (Meth)acrylsäure von Alkoholen
mit 1 bis 8 C-Atomen, N-Vinylverbindungen wie Vinylcarbazol oder
auch geringe Mengen an Verbindungen, die zwei polymerisierbare
Doppelverbindungen enthalten wie Butadien, Divinylbenzol oder
Butandioldiacrylat. Bevorzugt ist Polystyrol.
Die Polymermischung A + B enthält 1 bis 50, vorzugsweise 2 bis 35
Gew.-% eines mit A wenig verträglichen Polymeren B. Im Fall von
Polypropylen als Polymer B ist die bevorzugte Menge 3 bis 10
Gew.-%, bei Polymethylmethacrylat 10 bis 25 Gew.-%.
Die Verträglichkeit von B mit A wird folgendermaßen bestimmt:
Die Glasübergangstemperatur der Polymermischung wird nach der DSC-Methode gemessen. Wenn in der DSC-Kurve die Glaspunkte der Einzelkomponenten einzeln erkennbar sind, und wenn diese Glaspunkte nicht gegenüber den Glaspunkten der reinen Einzel komponenten deutlich verschoben sind, liegt Unverträglichkeit vor.
Die Glasübergangstemperatur der Polymermischung wird nach der DSC-Methode gemessen. Wenn in der DSC-Kurve die Glaspunkte der Einzelkomponenten einzeln erkennbar sind, und wenn diese Glaspunkte nicht gegenüber den Glaspunkten der reinen Einzel komponenten deutlich verschoben sind, liegt Unverträglichkeit vor.
Geeignete Polymere B sind Polyethylen, Polypropylen, Ethylen/
Vinylacetat-Copolymer, Polyurethan, Polyamide, Polycarbonat,
Polyethersulfone, Polyoxymethylen, Polyvinylchlorid und Polyimid.
Bevorzugt sind Polymethylacrylat und Polypropylen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung sind offenzellige
Partikelschaumstoffe mit erhöhter Wärmeformbeständigkeit. Diese
werden erhalten, wenn das Polymergemisch A + B noch 5 bis 50,
vorzugsweise 10 bis 30 Gew.-%, bezogen auf A + B, eines Thermo
plasten C mit einer Glastemperatur von höher als 140°C, vorzugs
weise höher als 180°C, zugesetzt werden. Geeignete Thermoplasten C
sind zum Beispiel Styrol/Maleinsäureanhydrid-Copolymere und Poly
phenylensulfid. Bevorzugt ist Polyphenylenether. Durch den Zusatz
des Thermoplasten C wird die Glastemperatur der Thermoplastmatrix
A + C auf Temperaturen oberhalb von 105°C angehoben. Dadurch wird
erreicht, daß z. B. beim Einschäumen von Vakuum-Panels in Poly
urethan der Schaumstoff nicht erweicht.
Ausgangsmaterial für die Herstellung der erfindungsgemäßen offen
zelligen Partikelschaumstoffe ist treibmittelhaltiges Granulat.
Zu dessen Herstellung werden zunächst die Polymeren A, B und ggf.
C mit üblichen Zusatzstoffen in der Schmelze vermischt.
Als übliche Zusatz- und/oder Hilfsstoffe können der Thermoplast
matrix Stabilisatoren, Farbstoffe, Füllstoffe, Flammschutzmittel
und/oder Keimbildner in üblichen Mengen zugesetzt werden. Bevor
zugt sind 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf A + B + C, eines Infrarot
absorbers, z. B. Aluminium- oder Titandioxidpulver oder von Koh
lenstoffpartikeln, insbesondere von Graphitpulver, wodurch die
Offenzelligkeit noch weiter erhöht wird.
Das nach dem Vermischen erhaltene Granulat wird dann nach
üblichen Verfahren und flüchtigen Treibmitteln imprägniert,
vorzugsweise in wässriger Suspension bei Temperaturen zwischen
100 und 150°C und Drücken von 3 bis 15 bar. Geeignete Treibmittel
sind gesättigte aliphatische C4-C7-Kohlenwasserstoffe, ins
besondere Pentan. Das erhaltene treibmittelhaltige Granulat wird
mit Wasserdampf bei Temperaturen zwischen 60 und 160°C vor
geschäumt, wobei - bedingt durch das zugesetzte mit Polystyrol
wenig verträgliche Polymere B - die Zellmembranen platzen und
offenzellige Schaumpartikel entstehen. Durch mehrmaliges Schäumen
kann die Dichte der Schaumpartikel gezielt eingestellt werden.
Schließlich werden die Schaumpartikel mit Wasserdampf oder Heiß
luft in nicht gasdichtschließenden zu Schaumstoff-Formkörper ver
sintert. Diese weisen erfindungsgemäß eine Offenzelligkeit von
mehr als 80%, vorzugsweise von mehr als 90%, und insbesondere
von mindestens 95%, auf. Ist die Offenzelligkeit zu niedrig,
dann läßt sich der Formkörper nicht ausreichend stark evakuieren;
sie enthält dann noch zu viel Gas in den Zellen, so daß die Wär
meleitfähigkeit nicht stark genug erniedrigt ist.
Die erfindungsgemäßen offenzelligen Schaumstoffe können zu Vaku
um-Formkörpern evakuiert werden. Diese finden Anwendung als Vaku
um-Panels in Kälteisolierungen, z. B. in Kühlschränken, Tiefkühl
schränken und bei Kühltransporteinrichtungen.
Mittels eines Zweischneckenextruders wird ein Blend aus 95%
Polystyrol (VPT, BASF AG) und 5% Polypropylen (3200 MC, BASF AG)
hergestellt. 20 kg des durch Kaltabschlag erhaltenen Granulats
(größter Durchmesser circa 1,5 mm) werden in einen druckfesten
Kessel unter Vorlage von 20 kg vollentsalztem Wasser, sowie 35 g
Natriumpyrophosphat und 70 g Magnesiumsulfat (Bittersalz) und
1,8 g Emulgator K 30 als Suspensionsstabilisator eingebracht. Der
Kesselinhalt wird auf 125°C erhitzt, wobei nach Erreichen von
110°C 1600 g Pentan dosiert wird. Nachdem der Kessel für 4 h bei
125°C gehalten wurde, wird der Kessel auf Raumtemperatur abge
kühlt. Man erhält ein kompaktes perlförmiges Granulat, das
mittels Wasserdampf in einem diskontinuierlichen Druckvorschäu
mer, wie er für die EPS-Verarbeitung bekannt ist, bei 0,3 bar
Überdruck aufgeschäumt wurde. Die so erhaltenen Schaumperlen
besaßen eine Schüttdichte von 15 g/l. Daraus wurde ein Schaum
stofformteil gleicher Dichte durch Versintern der einzelnen Per
len erhalten. Das so erhaltene Schaumstofformteil besaß eine
Offenzelligkeit von 95%. Der Offenzelligkeitsgrad wurde nach
ASTM D 2856-87, Verfahren C, mit einem Accupyc 1330-Gerät
bestimmt.
Analog Beispiel 1, jedoch ohne Polypropylen. Das so erhaltene
Schaumstoffformteil besaß eine Offenzelligkeit von 0%.
Analog Beispiel 1, jedoch mit 80% Polystyrol und 20% Poly
methylmethacrylat (Lucryl G77E). Das so erhaltene Schaumstoff
formteil besaß eine Offenzelligkeit von 95%.
Claims (8)
1. Partikelschaumstoffe mit einer Offenzelligkeit von mehr als
80% auf Basis von Styrolpolymerisaten, dadurch gekennzeich
net, daß die Thermoplastmatrix
- A. 99 bis 50 Gew.-% eines Styrolpolymerisats und
- B. 1 bis 50 Gew.-% eines mit dem Styrolpolymerisat wenig verträglichen Polymeren
2. Partikelschaumstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Thermoplastmatrix zusätzlich 5 bis 50 Gew.-%,
bezogen auf A + B, eines mit A verträglichen Thermoplasten C
mit einer Glastemperatur von höher als 140°C enthält.
3. Partikelschaumstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Thermoplast A Polystyrol ist.
4. Partikelschaumstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Polymere B Polyethylen, Polypropylen, ein Ethylen/Vi
nylacetat-Copolymer, ein Polyurethan oder Polymethylmeth
acrylat ist.
5. Partikelschaumstoffe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Thermoplast C Polyphenylenether ist.
6. Partikelschaumstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sie 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf A + B + C, athermane
Partikel, vorzugsweise Graphit, enthalten.
7. Verfahren zur Herstellung der Partikelschaumstoffe nach An
spruch 1 durch Imprägnieren von Granulat, welches die Polyme
ren A, B und ggf. C enthält, mit 3 bis 15 Gew.-%, bezogen auf
A + B + C, eines flüchtigen Treibmittels in wässriger
Suspension unter Druck bei erhöhter Temperatur, Expandieren
des treibmittelhaltigen Granulats zu offenzelligen Schaum
stoffpartikeln und Verschweißen dieser Schaumstoffpartikel.
8. Verwendung der Partikelschaumstoffe nach Anspruch 1 zur Her
stellung von offenzelligen Schaumstoff-Formteilen.
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