Verfahren zur Herstellung von Partikeln aus vorgeschäumtem Polystyrol, wobei die Partikeloberfläche mit mindestens einem wasserabsorbierenden Polymer W beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass man: a) zunächst Partikel aus expandierbarem Polystyrol vorschäumt, wobei man vorgeschäumte Partikel mit einer Schüttdichte gemäß DIN EN ISO 60 von 5 bis 50 g/l erhält, und b) erst danach die erhaltenen Partikel mit dem wasserabsorbierenden Polymer W beschichtet.
Beschreibung[de]
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln
aus vorgeschäumtem Polystyrol, wobei die Partikeloberfläche mit mindestens
einem wasserabsorbierenden Polymer W beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
man:
a) zunächst Partikel aus expandierbarem Polystyrol vorschäumt, wobei
man vorgeschäumte Partikel mit einer Schüttdichte gemäß DIN
EN ISO 60 von 5 bis 50 g/l erhält, und
b) erst danach die erhaltenen Partikel mit dem wasserabsorbierenden Polymer
W beschichtet.
Außerdem betrifft die Erfindung mit einem wasserabsorbierenden
Polymer W beschichtete Partikel aus vorgeschäumtem Polystyrol, erhältlich
nach diesem Verfahren, sowie die Verwendung dieser Partikel zur Herstellung von
Formteilen aus Polystyrolschaum. Weiterhin betrifft die Erfindung Formteile aus
Polystyrolschaum, erhältlich aus den Partikeln.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
der Formteile durch Verpressen, dadurch gekennzeichnet, dass man
I) die in Anspruch 9 definierten Partikel in eine gasdurchlässige Form
einfüllt,
II) die eingefüllten Partikel in der geschlossenen Form unter Volumenreduktion
zu einem Pressling verpresst,
III) den Pressling durch Temperieren auf 20 bis 100°C aushärtet, und
IV) das erhaltene Formteil aus der Form entnimmt,
sowie ein Verfahren zur Herstellung der Formteile durch Ausschäumen, dadurch
gekennzeichnet, dass man
i) die in Anspruch 9 definierten Partikel in eine Form einfüllt,
ii) die eingefüllten Partikel in der geschlossenen Form durch Temperieren auf
60 bis 120°C ausschäumt, wobei die Partikel zu dem Formteil verschweißen,
und
iii) das erhaltene Formteil aus der Form entnimmt.
Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung der Formteile
im Bauwesen.
Schaumstoff-Formteile aus expandiertem Polystyrol sind sogenannte
Partikelschäume und werden in der Regel in einem mehrstufigen Verfahren hergestellt.
Zunächst stellt man expandierbares Polystyrol (EPS) her, was nach verschiedenen
Verfahren erfolgen kann:
A) durch Suspensionspolymerisation von Styrol oder anderer vinylaromatischer
Monomere bzw. Comonomere in Gegenwart von Treibmitteln, wodurch unmittelbar treibmittelhaltige
EPS-Partikel entstehen
B) durch Imprägnieren von treibmittelfreien Polystyrolpartikeln mit dem
Treibmittel unter Druck in einer erhitzten Suspension, wobei das Treibmittel in
die erweichten Partikel diffundiert; beim Abkühlen der Suspension unter Druck
erhält man treibmittelhaltige EPS-Partikel
C) im sog. Extrusionsverfahren durch Einmischen des Treibmittels in eine Polystyrolschmelze
mittels eines Extruders oder einer anderen Mischvorrichtung; die treibmittelhaltige
Schmelze wird unter Druck ausgetragen und z.B. mittels Unterwasserdruckgranulierung
zu EPS-Partikeln granuliert.
Die erhaltenen Partikel können kompakt (dies ist bevorzugt) oder
bereits in geringem Ausmaß angeschäumt sein.
Bei dem anschließenden sog. Vorschäumen werden die treibmittelhaltigen
EPS-Partikel durch Erwärmen, üblicherweise mit Wasserdampf, expandiert
und man erhält treibmittelhaltige, partiell expandierte Partikel. Diese vorgeschäumten
Partikel werden üblicherweise zwecks teilweisem Austausch des Treibmittels
gegen Luft zwischengelagert. Schließlich wird beim sog. Ausschäumen eine
dem gewünschten Schaumstoffkörper entsprechende Form vollständig
mit den zwischengelagerten Partikeln gefüllt, verschlossen und (in der Regel
ebenfalls mit Wasserdampf) erhitzt. Dabei expandieren die Partikel nochmals und
verschweißen miteinander zu dem fertigen Formkörper aus EPS-Schaumstoff,
der auch als Partikelschaum bezeichnet wird.
Aus vorgeschäumten EPS-Partikeln hergestellte Formteile, insbesondere
Schaumstoffplatten werden u.a. im Bauwesen verwendet, beispielsweise zur Wärmedämmung
von Gebäudekellern, -wänden und -dächern. Die Dämmung kann an
der an der Außenseite des Kellers, der Wand bzw. des Daches angebracht sein
(Außendämmung), oder an der Innenseite (Innendämmung). Eine Innendämmung
ist besonders für Gebäude geeignet, deren Außenansicht nicht verändert
werden soll, beispielsweise Altbauten oder denkmalgeschützte Gebäude.
Polystyrolschäume sind hydrophob, nehmen keine Feuchtigkeit auf
und sind daher beständig gegen Verrottung. Allerdings können bei der Innendämmung
durch hinter der Dämmschicht kondensierende Raumluftfeuchtigkeit unerwünschte
Feuchtigkeitsschäden am Bauwerk auftreten, beispielsweise Schimmelbildung.
Außerdem kann die Dämmschicht die feuchtigkeitsregulierende Wirkung bestimmter
Baustoffe (u.a. Ton, Sandstein) vermindern, was zu stärkeren Schwankungen der
Luftfeuchtigkeit führt und so das Raumklima verschlechtert. Daher wäre
eine Dämmung mit Polystyrolschäumen wünschenswert, welche diese Nachteile
nicht aufweist.
Die EP 459 147 A2 beschreibt
expandierbare Styrolpolymerisate, enthaltend a) ein Styrolpolymerisat, b) Wasser,
c) ein feinteiliges organisches Polymer mit hohem Wasseraufnahmevermögen, beispielsweise
ein vernetztes, teilweise neutralisiertes Acrylsäurepolymer (Superabsorber),
und d) Kohlenwasserstoffe als Treibmittel. Das wasseraufnehmende Polymer c) kann
im partikelförmigen Styrolpolymerisat a) gleichmäßig verteilt, oder/und
als Oberflächenbeschichtung vorliegen. Zur Herstellung beschichteter vorgeschäumter
Partikel werden gemäß Spalte 4 Zeilen 2–16 die Partikel zunächst
mit Komponente c) beschichtet und danach vorgeschäumt.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die wasseraufnehmende Beschichtung
c) beim anschließenden Vorschäumen durch den Kontakt mit dem dazu verwendeten
Wasserdampf mit Feuchtigkeit gesättigt wird. Außerdem kann die Beschichtung
beim Vorschäumen durch Reibung der Partikel aneinander oder an der Vorschäumapparatur
abgerieben werden.
Es bestand die Aufgabe, den geschilderten Nachteilen abzuhelfen. Insbesondere
bestand die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung vorgeschäumter Polystyrolpartikel
bereit zu stellen, die mit einem wasserabsorbierenden Polymer beschichtet sind,
wobei die Beschichtung nicht mit Wasser(dampf) in Kontakt kommt.
Außerdem sollte die Beschichtung durch das Vorschäumen nicht
durch Abrieb oder andere Belastungen beeinträchtigt werden.
Dem gemäß wurden das eingangs genannte Verfahren zur Partikelherstellung,
die Partikel, Verwendungen, und Formteile sowie die Verfahren zur Formteilherstellung
und die Verwendungen der Formteile, gefunden. Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Alle Druckangaben sind
Absolutdrucke.
Vorschäumen der Partikel (Schritt a))
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren setzt man Partikel aus
expandierbarem Polystyrol ein. Bei der vorliegenden Erfindung wird Polystyrol als
Sammelbegriff für Homopolymere und Copolymere des Styrols oder anderer vinylaromatischer
Monomere, sowie als Sammelbegriff für Blends dieser Polymere mit anderen Polymeren,
verwendet. Unter Polystyrol sind beispielsweise Standard-Polystyrol (General Purpose
Polystyrene, GPPS, üblicherweise glasklar), schlagzähes Polystyrol (High
Impact Polystyrene, HIPS, enthaltend z.B. Polybutadien- oder Polyisoprenkautschuk),
Styrol-Maleinsäure(anhydrid)-Polymerisate, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Polymerisate
(ABS), Styrol-Acrylnitril-Polymerisate (SAN), Acrylnitril-Styrol-Acrylester (ASA)
oder deren Mischungen, zu verstehen. Bevorzugtes Polystyrol ist Standard-Polystyrol.
Weiterhin steht Polystyrol auch für Blends aus den vorgenannten
Polymeren mit Polyphenylenethern (PPE) oder anderen thermoplastischen Polymeren.
Der Begriff Styrol wird hier analog als Sammelbegriff für die
eingesetzten Monomere, also Styrol als solches, andere vinylaromatische Monomere
und sonstige Comonomere, verwendet.
Die Partikel enthalten in der Regel ein Treibmittel. Als Treibmittel
eigenen sich die üblicherweise in EPS eingesetzten physikalischen Treibmittel,
wie aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 7 Kohlenstoffatomen, Alkohole, Ketone,
Ether, halogenierte Kohlenwasserstoffe oder Wasser, oder deren Mischungen. Bevorzugt
wird iso-Butan, n-Butan, iso-Pentan oder n-Pentan, bzw. deren Mischungen, eingesetzt.
Wie eingangs erwähnt kann das Treibmittel je nach Herstellungsverfahren
des EPS z.B. bei der Polymerisation des Styrols, durch Imprägnierung der Polystyrolpartikel
in erhitzter Suspension oder durch Einmischen in eine Polystyrolschmelze im Extruder,
eingebracht werden. Die Menge des Treibmittels beträgt je nach EPS-Verfahren
0,5 bis 15, bevorzugt 1 bis 10 und insbesondere 2 bis 8 Gew.-%, bezogen auf das
eingesetzte Polystyrol.
Demnach erhält man die vorgeschäumten Partikel bevorzugt
A) durch Suspensionspolymerisation von Styrol und ggf. Comonomeren in Gegenwart
eines Treibmittels, oder B) durch Imprägnierung von Polystyrol mit einem Treibmittel
in erhitzter Suspension, oder C) durch Einmischen eines Treibmittels in eine Polystyrolschmelze
in einer Mischvorrichtung (z.B. Extruder) mit anschließender Granulierung (z.B.
Unterwasserdruckgranulierung), woran sich jeweils das Vorschäumen anschließt.
Bei der Herstellung der Partikel und/oder deren Beschichtung (zur
Beschichtung siehe weiter unten) kann man übliche Additive mitverwenden, z.B.
Keimbildner, Weichmacher, IR-Absorber wie Ruß und Graphit, Aluminiumpulver,
lösliche und unlösliche Farbstoffe und Pigmente, oder Flammschutzmittel.
Die Additive werden in den dafür üblichen Mengen eingesetzt. Geeignete
Keimbildner (Nukleierungsmittel) sind z.B. Talkum und/oder Wachse sowie Ruß,
Graphit und pyrogene Kieselsäuren, in Mengen von insgesamt 0,05 bis 30 Gew.-%,
bezogen auf das eingesetzte Polystyrol. Bevorzugte Weichmacher sind Mineralöle,
oligomere Styrolpolymere und Phthalate in Mengen von insgesamt 0,05 bis 10 Gew.-%,
bezogen auf das eingesetzte Polystyrol. Je nach Art der EPS-Herstellung sowie Art
und Zweck des Additivs kann es vor, während und/oder nach der Styrolpolymerisation,
der Imprägnierung bzw. der Extrusion zugefügt werden.
Beim Vorschäumen werden die EPS-Partikel in an sich bekannter
Weise expandiert. Die Erwärmung erfolgt üblicherweise durch Wasserdampf
oder Heißluft.
Um zu verhindern, dass die Partikel bereits beim Vorschäumen
vorzeitig miteinander verschweißen, liegen beim Vorschäumen die Partikel
bevorzugt als lockere Schüttung vor. Lockere Schüttung bedeutet, dass
die Kontaktflächen der Partikel miteinander klein sind, und die Schüttdichte,
d.h. der Quotient aus Partikelmasse und eingenommenem Volumen einschließlich
der Zwischenräume zwischen den Partikeln, gering ist. Eine geringe Schüttdichte
bedeutet große Zwischenräume zwischen den Partikeln.
Die Verfahrensbedingungen beim Vorschäumen, z.B. Temperatur,
Druck und Dauer des Vorschäumens, Dichte und Bewegungsgeschwindigkeit der Schüttung,
sind in der beschriebenen Weise derart zu wählen, dass die Partikel noch nicht
oder nur in untergeordnetem Ausmaß miteinander verschweißen. Ein geringer
Anteil solcher vorzeitig verschweißter Partikel (Agglomerate), beispielsweise
bis 10 Gew.-% bezogen auf die vorgeschäumten Partikel, ist üblicherweise
unproblematisch. Ist der Agglomeratanteil größer, so kann er durch Klassieren,
z.B. durch Sieben der Partikel mit entsprechender Maschenweite oder durch Windsichten,
abgetrennt werden.
Nach dem Vorschäumen liegen die Partikel partiell expandiert
vor. Erfindungsgemäß beträgt die Schüttdichte der vorgeschäumten
Partikel 5 bis 50, bevorzugt 5 bis 40 und insbesondere 8 bis 30 g/l, ermittelt nach
DIN EN ISO 60.
Falls gewünscht werden die vorgeschäumten Partikel vor der
Beschichtung mit dem wasserabsorbierenden Polymer W (Schritt b)) an der Luft bei
0 bis 80, bevorzugt 10 bis 40°C für eine Dauer von 1 bis 48, bevorzugt
4 bis 24 Stunden zwischengelagert, wobei die Umgebungsluft in die Partikel eindiffundiert
und einen Teil des eingeschlossenen Treibmittels verdrängt. Die eingetretene
Luft erleichtert das Ausschäumen beim Ausschäumverfahren (siehe unten)
und erhöht die Stabilität des Schaums.
Wasserabsorbierendes Polymer W
Die vorgeschäumten Partikel werden erfindungsgemäß
mit einem wasserabsorbierenden Polymer W beschichtet.
Bevorzugt ist das wasserabsorbierende Polymer W ein Säuregruppen
tragendes Polymer, dessen Säure-Gruppen zu 10 bis 90 mol-% neutralisiert sind.
Besonders bevorzugt sind 35 bis 80, insbesondere 40 bis 75 mol-% der Säuregruppen
neutralisiert.
Die wasserabsorbierenden Polymere W werden beispielsweise durch Polymerisation
einer Monomermischung, enthaltend
a) mindestens ein ethylenisch ungesättigtes, säuregruppentragendes
Monomer a),
b) mindestens einen Vernetzer b),
c) gegebenenfalls ein oder mehrere mit dem Monomeren a) copolymerisierbare ethylenisch
und/oder allylisch ungesättigte Comonomere c) und
d) gegebenenfalls ein oder mehrere wasserlösliche Polymere d), auf welche
die Monomere a), b) und ggf. c) zumindest teilweise aufgepfropft werden können,
erhalten. Die Komponenten c) und d) sind optional.
Geeignete Monomere a) sind beispielsweise ethylenisch ungesättigte
Carbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Fumarsäure
und Itaconsäure, oder deren Derivate, insbesondere deren Salze, z.B Alkalimetallsalze
wie Natriumacrylat bzw. -methacrylat. Besonders bevorzugte Monomere sind Acrylsäure
und Methacrylsäure. Ganz besonders bevorzugt ist Acrylsäure.
Die Monomere a), insbesondere Acrylsäure, enthalten vorzugsweise
bis zu 0,025 Gew.-% eines Hydrochinonhalbethers. Bevorzugte Hydrochinonhalbether
sind Hydrochinonmonomethylether (MEHQ) und/oder Tocopherole.
Unter Tocopherol werden Verbindungen der folgenden Formel verstanden
wobei R1 Wasserstoff oder Methyl, R2 Wasserstoff oder Methyl,
R3 Wasserstoff oder Methyl und R4 Wasserstoff oder einen Säurerest
mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen bedeutet. Bevorzugte Reste für R4
sind Acetyl, Ascorbyl, Succinyl, Nicotinyl und andere physiologisch verträgliche
Carbonsäuren. Die Carbonsäuren können Mono-, Di- oder Tricarbonsäuren
sein.
Bevorzugt ist alpha-Tocopherol mit R1 = R2 =
R3 = Methyl, insbesondere racemisches alpha-Tocopherol. R1
ist besonders bevorzugt Wasserstoff oder Acetyl. Insbesondere bevorzugt ist RRR-alpha-Tocopherol.
Die Monomerlösung enthält bevorzugt höchstens 130 Gew.-ppm,
besonders bevorzugt höchstens 70 Gew.-ppm, bevorzugt mindesten 10 Gew.-ppm,
besonders bevorzugt mindesten 30 Gew.-ppm, insbesondere um 50 Gew.-ppm, Hydrochinonhalbether,
jeweils bezogen auf Acrylsäure, wobei Acrylsäuresalze als Acrylsäure
gerechnet und mit berücksichtigt werden. Beispielsweise kann zur Herstellung
der Monomerlösung eine Acrylsäure mit einem entsprechenden Gehalt an Hydrochinonhalbether
verwendet werden.
Die Vernetzer b) sind Verbindungen mit mindestens zwei polymerisierbaren
Gruppen, die in das Polymernetzwerk radikalisch einpolymerisiert werden können.
Geeignete Vernetzer b) sind beispielsweise Ethylenglykoldimethacrylat, Diethylenglykoldiacrylat,
Allylmethacrylat, 1,1,1-Trimethylolpropantriacrylat, Triallylamin, Tetraallylethoxyethan,
wie in EP-A-0 530 438 beschrieben, Di- und Triacrylate, wie in EP-A-0 547 847, EP-A-0
559 476, EP-A-0 632 068, WO-A-93/21237, WO-A-03/104299, WO-A-03/104300, WO-A-03/104301
und DE-A-103 31 450 beschrieben, gemischte Acrylate, die neben Acrylatgruppen weitere
ethylenisch ungesättigte Gruppen enthalten, wie in DE-A-103 31 456 und WO-A-04/013064
beschrieben, oder Vernetzermischungen, wie beispielsweise in DE-A-195 43 368, DE-A-196
46 484, WO-A-90/15830 und WO-A-02/32962 beschrieben.
Geeignete Vernetzer b) sind insbesondere N,N'-Methylenbisacrylamid
und N,N'-Methylenbismethacrylamid, Ester ungesättigter Mono- oder Polycarbonsäuren
von Polyolen, wie Diacrylat oder Triacrylat, beispielsweise Butandiol- oder Ethylenglykoldiacrylat
bzw. -methacrylat sowie 1,1,1-Trimethylolpropantriacrylat und Allylverbindungen,
wie Allyl(meth)acrylat, Triallylcyanurat, Maleinsäurediallylester, Polyallylester,
Tetraallylethoxyethan, Triallylamin, Tetraallylethylendiamin, Allylester der Phosphorsäure
sowie Vinylphosphonsäurederivate, wie sie beispielsweise in EP-A-0 343 427
beschrieben sind. Weiterhin geeignete Vernetzer b) sind Pentaerythritoldi-, Pentaerythritoltri-
und Pentaerythritoltetraallylether, Polyethylenglykoldiallylether, Ethylenglykoldiallylether,
Glyzerindi- und Glyzerintriallylether, Polyallylether auf Basis Sorbitol, sowie
ethoxylierte Varianten davon. Ebenfalls einsetzbar sind Di(meth)acrylate von Polyethylenglykolen,
wobei das eingesetzte Polyethylenglykol ein Molekulargewicht zwischen 300 und 1000
aufweist.
Besonders vorteilhafte Vernetzer b) sind Di- und Triacrylate des 3-
bis 15-fach ethoxylierten Glyzerins, des 3- bis 15-fach ethoxylierten Trimethylolpropans,
des 3- bis 15-fach ethoxylierten Trimethylolethans, insbesondere Di- und Triacrylate
des 2- bis 6-fach ethoxylierten Glyzerins oder Trimethylolpropans, des 3-fach propoxylierten
Glyzerins oder Trimethylolpropans, sowie des 3-fach gemischt ethoxylierten oder
propoxylierten Glyzerins oder Trimethylolpropans, des 15-fach ethoxylierten Glyzerins
oder Trimethylolpropans, sowie des 40-fach ethoxylierten Glyzerins, Trimethylolethans
oder Trimethylolpropans.
Die Menge an Vernetzer b) beträgt vorzugsweise mindestens 0,001
mol-%, besonders bevorzugt mindestens 0,005 mol-%, ganz besonders bevorzugt mindestens
0,01 mol-%, und vorzugsweise bis zu 10 mol-%, besonders bevorzugt bis zu 5 mol-%,
ganz besonders bevorzugt bis zu 2 mol-%, jeweils bezogen auf das Monomer a).
Mit den Monomeren a) copolymerisierbare ethylenisch ungesättigte
Comonomere c) sind beispielsweise Säureamide wie Acrylamid, Methacrylamid oder
Crotonsäureamid.
Weiterhin als Comonomere c) geeignet sind Säureester, insbesondere
Ester der Acrylsäure bzw. Methacrylsäure wie Dimethylaminoethylmethacrylat,
Dimethylaminoethylacrylat, Dimethylaminopropylacrylat, Diethylaminopropylacrylat,
Dimethylaminobutylacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat,
Dimethylaminoneopentylacrylat und Dimethylaminoneopentylmethacrylat.
Falls man Comonomere c) mitverwendet, beträgt ihre Menge üblicherweise
0,01 bis 50, bevorzugt 0,1 bis 20 und besonders bevorzugt 1 bis 10 mol-%, bezogen
auf das Monomer a).
Als wasserlösliche Polymere d) können Polyvinylalkohol,
Polyvinylpyrrolidon, Stärke, Stärkederivate, Polyglykole oder Polyacrylsäuren,
vorzugsweise Polyvinylalkohol und Stärke, eingesetzt werden.
Falls wasserlösliche Polymere d) mitverwendet werden, beträgt
deren Menge in der Regel 0,01 bis 50, bevorzugt 0,1 bis 20 und besonders bevorzugt
1 bis 10 mol-%, bezogen auf das Monomer a).
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das wasserabsorbierende
Polymer W ein Polymer auf Basis einer vernetzten Acrylsäure (Polyacrylsäure).
Solche Polymere werden auch als Superabsorber bezeichnet. Ebenfalls bevorzugt liegt
das wasserabsorbierende Polymer in Form oberflächennachvernetzter Partikel
vor.
Es versteht sich, dass auch Mischungen verschiedener wasserabsorbierender
Polymere W verwendet werden können.
Die Herstellung eines geeigneten wasserabsorbierenden Polymers sowie
weitere geeignete hydrophile ethylenisch ungesättigte Monomere werden in DE-A-199
41 423, EP-A-0 686 650, WO-A-01/45758 und WO-A-03/104300 beschrieben. Geeignete
wasserabsorbierende Polymere werden üblicherweise durch Polymerisation einer
wässrigen Monomerlösung und gegebenenfalls einer anschließenden Zerkleinerung
des Hydrogels erhalten. Geeignete Herstellverfahren sind in der Literatur beschrieben.
Wasserabsorbierende Polymere können beispielsweise erhalten werden durch
– Gelpolymerisation im Batchverfahren bzw. Rohrreaktor und anschließender
Zerkleinerung im Fleischwolf, Extruder oder Kneter (EP-A-O 445 619, DE-A-19 846
413)
– Polymerisation im Kneter, wobei durch beispielsweise gegenläufige
Rührwellen kontinuierlich zerkleinert wird (WO-A-01/38402)
– Polymerisation auf dem Band und anschließende Zerkleinerung im
Fleischwolf, Extruder oder Kneter (DE-A-38 25 366, US-6,241,928)
– Emulsionspolymerisation, wobei bereits Perlpolymerisate relativ enger
Gelgrößenverteilung anfallen (EP-A-O 457 660)
– In-situ Polymerisation einer Gewebeschicht, die zumeist im kontinuierlichen
Betrieb zuvor mit wässriger Monomerlösung besprüht und anschließend
einer Photopolymerisation unterworfen wurde (WO-A-02/94328, WO-A-02/94329)
Die Umsetzung wird vorzugsweise in einem Kneter, wie beispielsweise
in WO-A-01/38402 beschrieben, oder auf einem Bandreaktor, wie beispielsweise in
EP-A-O 955 086 beschrieben, durchgeführt.
Die Säuregruppen der erhaltenen Hydrogele sind zu 10 bis 90,
bevorzugt 35 bis 80 und insbesondere 40 bis 75mol-% neutralisiert, wobei die üblichen
Neutralisationsmittel verwendet werden können, vorzugsweise Alkalimetallhydroxide,
Alkalimetalloxide, Alkalimetallcarbonate oder Alkalimetallhydrogencarbonate sowie
deren Mischungen. Statt Alkalimetallsalzen können auch Ammoniumsalze verwendet
werden. Natrium und Kalium als Alkalimetalle sind besonders bevorzugt, ganz besonders
bevorzugt sind Natriumhydroxid, Natriumcarbonat oder Natriumhydrogencarbonat sowie
deren Mischungen.
Üblicherweise wird die Neutralisation durch Einmischung des Neutralisationsmittels
als wässrige Lösung oder bevorzugt auch als Feststoff erreicht. Beispielsweise
kann Natriumhydroxid mit einem Wasseranteil deutlich unter 50 Gew.-%
als wachsartige Masse mit einem Schmelzpunkt oberhalb 23°C vorliegen. In diesem
Fall ist eine Dosierung als Stückgut oder Schmelze bei erhöhter Temperatur
möglich.
Die Neutralisation kann nach der Polymerisation auf der Stufe des
Hydrogels durchgeführt werden; diese Neutralisation der Monomerlösung
auf den Endneutralisationsgrad ist bevorzugt. Es ist aber auch möglich, beispielsweise
bis zu 40 mol-%, vorzugsweise 10 bis 30 mol-%, besonders bevorzugt 15 bis 25 mol-%,
der Säuregruppen bereits vor der Polymerisation zu neutralisieren (Vorneutralisation),
indem man einen Teil des Neutralisationsmittels bereits der Monomerlösung zusetzt,
und anschließend den gewünschten Endneutralisationsgrad nach der Polymerisation
auf der Stufe des Hydrogels einzustellen (Nachneutralisation).
Die Monomerlösung kann durch Einmischen des Neutralisationsmittels
neutralisiert werden. Das Hydrogel kann mechanisch zerkleinert werden, beispielsweise
mittels eines Fleischwolfes, wobei das Neutralisationsmittel aufgesprüht, übergestreut
oder aufgegossen und dann sorgfältig untergemischt werden kann. Dazu kann die
erhaltene Gelmasse noch mehrmals zur Homogenisierung gewolft werden.
Das neutralisierte Hydrogel wird dann beispielsweise mit einem Band-
oder Walzentrockner getrocknet bis der Restfeuchtegehalt vorzugsweise unter 15 Gew.-%,
insbesondere unter 10 Gew.-% liegt, wobei der Wassergehalt gemäß der von
der EDANA (European Disposables and Nonwovens Association) empfohlenen Testmethode
Nr. 430.2-02 "Moisture content" bestimmt wird. Wahlweise kann zur Trocknung auch
ein Wirbelbetttrockner oder ein beheizter Pflugscharmischer verwendet werden.
Falls besonders weiße Produkte erhalten werden sollen, ist es
vorteilhaft bei der Trocknung dieses Gels einen schnellen Abtransport des verdampfenden
Wassers sicherzustellen. Dazu ist die Trocknertemperatur zu optimieren, die Luftzu-
und -abführung muss kontrolliert erfolgen, und es ist in jedem Fall auf ausreichende
Belüftung zu achten. Die Trocknung ist naturgemäß umso einfacher
und das Produkt umso weißer, wenn der Feststoffgehalt des Gels möglichst
hoch ist. Bevorzugt liegt der Feststoffgehalt des Gels vor der Trocknung zwischen
30 und 80 Gew.-%. Besonders vorteilhaft ist die Belüftung des Trockners mit
Stickstoff oder einem anderen nicht-oxidierenden Inertgas. Wahlweise kann aber auch
einfach nur der Partialdruck des Sauerstoffs während der Trocknung abgesenkt
werden, um oxidative Vergilbungsvorgänge zu verhindern. Im Regelfall führt
aber auch eine ausreichende Belüftung und Abführung des Wasserdampfes
zu einem weißen Produkt. Vorteilhaft hinsichtlich Farbe und Produktqualität
ist in der Regel eine möglichst kurze Trocknungszeit.
Das getrocknete Hydrogel wird vorzugsweise gemahlen und gesiebt, wobei
zur Mahlung üblicherweise Walzenstühle, Stiftmühlen oder Schwingmühlen
eingesetzt werden können. Die Partikelgröße des gesiebten, trockenen
Hydrogels beträgt vorzugsweise unter 1000 &mgr;m, besonders bevorzugt unter
900 &mgr;m, ganz besonders bevorzugt unter 850 &mgr;m, und vorzugsweise über
80 &mgr;m, besonders bevorzugt über 90 &mgr;m, ganz besonders bevorzugt
über 100 &mgr;m.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Partikelgröße (Siebschnitt)
von 100 bis 850 &mgr;m. Die Partikelgröße wird gemäß der von
der EDANA empfohlenen Testmethode Nr. 420.2-02 "Particle size distribution" bestimmt.
Die wasserabsorbierenden Polymere werden vorzugsweise anschließend
oberflächennachvernetzt. Hierzu geeignete Nachvernetzer sind Verbindungen,
die mindestens zwei Gruppen enthalten, die mit den Carboxylatgruppen des Hydrogels
kovalente Bindungen bilden können. Geeignete Verbindungen sind beispielsweise
Alkoxysiliylverbindungen, Polyaziridine, Polyamine, Polyamidoamine, Di- oder Polyepoxide,
wie in EP-A-O 083 022, EP-A-543 303 und EP-A-937 736 beschrieben, di- oder polyfunktionelle
Alkohole, wie in DE-C-33 14 019, DE-C-35 23 617 und EP-A-450 922 beschrieben, oder
&bgr;-Hydroxyalkylamide, wie in DE-A-102 04 938 und US-6,239,230 beschrieben.
Des weiteren sind in DE-A-40 20 780 zyklische Karbonate, in DE-A-198
07 502 2-Oxazolidon und dessen Derivate, wie 2-Hydroxyethyl-2-oxazolidon, in DE-A-198
07 992 Bis- und Poly-2-oxazolidinone, in DE-A-198 54 573 2-Oxotetrahydro-1,3-oxazin
und dessen Derivate, in DE-A-198 54 574 N-Acyl-2-Oxazolidone, in DE-A-102 04 937
zyklische Harnstoffe, in DE-A- 103 34 584 bizyklische Amidacetale, in EP-A-1 199
327 Oxetane und zyklische Harnstoffe und in WO-A-03/031482 Morpholin-2,3-dion und
dessen Derivate als geeignete Oberflächennachvernetzer beschrieben.
Die Menge der genannte Oberflächennachvernetzer, falls mitverwendet,
beträgt üblicherweise 0,001 bis 5, bevorzugt 0,01 bis 3 Gew.-%, bezogen
auf das Hydrogel.
Vorteilhaft werden polyvalente Kationen neben den Oberflächennachvernetzern
zur Oberflächennachvernetzung verwendet. Die einsetzbaren
polyvalenten Kationen sind beispielsweise zweiwertige Kationen, wie die Kationen
von Zink, Magnesium, Kalzium und Strontium, dreiwertige Kationen, wie die Kationen
von Aluminium, Eisen, Chrom, Seltenerden und Mangan, vierwertige Kationen, wie die
Kationen von Titan und Zirkonium. Als Gegenion sind Chlorid, Bromid, Sulfat, Hydrogensulfat,
Carbonat, Hydrogencarbonat, Nitrat, Phosphat, Hydrogenphosphat, Dihydrogenphosphat
und Carboxylat, wie Acetat und Lactat, möglich. Aluminiumsulfat ist bevorzugt.
Die Menge der polyvalenten Kationen, falls mitverwendet, beträgt
üblicherweise 0,001 bis 10, bevorzugt 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Hydrogel.
Die Nachvernetzung wird üblicherweise so durchgeführt, dass
eine Lösung des Oberflächennachvernetzers auf das Hydrogel oder das trockene
Polymerpulver aufgesprüht wird. Dabei können Oberflächennachvernetzer
und polyvatentes Kation in einer gemeinsamen Lösung oder als getrennte Lösungen
aufgesprüht werden. Im Anschluss an das Aufsprühen wird das Polymerpulver
thermisch getrocknet, wobei die Vernetzungsreaktion sowohl vor als auch während
der Trocknung stattfinden kann.
Das Aufsprühen einer Lösung des Vernetzers wird vorzugsweise
in Mischern mit bewegten Mischwerkzeugen, wie Schneckenmischer, Paddelmischer, Scheibenmischer,
Pflugscharmischer und Schaufelmischer, durchgeführt werden. Besonders bevorzugt
sind Vertikalmischer, ganz besonders bevorzugt sind Pflugscharmischer und Schaufelmischer.
Geeignete Mischer sind beispielsweise Lödige®-Mischer, Bepex®-Mischer,
Nauta®-Mischer, Processall®-Mischer und Schugi®-Mischer.
Ganz besonders bevorzugt werden Hochgeschwindigkeitsmischer, beispielsweise vom
Typ Schuggi-Flexomix® oder Turbolizer® eingesetzt.
Die thermische Trocknung wird vorzugsweise in Kontakttrocknern, besonders
bevorzugt Schaufeltrocknern, ganz besonders bevorzugt Scheibentrocknern, durchgeführt.
Geeignete Trockner sind beispielsweise Bepex®-Trockner und Nara®-Trockner.
Überdies können auch Wirbelschichttrockner eingesetzt werden. Die Trocknung
kann im Mischer selbst erfolgen, durch Beheizung des Mantels oder Einblasen von
Warmluft. Ebenso geeignet ist ein nachgeschalteter Trockner, wie beispielsweise
ein Hordentrockner, ein Drehrohrofen oder eine beheizbare Schnecke. Es kann aber
auch beispielsweise eine azeotrope Destillation als Trocknungsverfahren benutzt
werden.
Bevorzugte Trocknungstemperaturen liegen im Bereich 50 bis 250°C,
bevorzugt bei 50 bis 200°C, und besonders bevorzugt bei 50 bis 150°C.
Die bevorzugte Verweilzeit bei dieser Temperatur im Reaktionsmischer oder Trockner
beträgt unter 30 Minuten, besonders bevorzugt unter 10 Minuten.
Beschichten der Partikel (Schritt b)) und optionale Polymerdispersion D
Das Beschichten der vorgeschäumten Partikel in Schritt b) erfolgt
in üblicher Weise, beispielsweise durch Mischen, Besprühen, Tauchen oder
anderweitiges Benetzen der Partikel mit dem wasserabsorbierenden Polymer W, oder
durch Auftrommeln des Polymers W auf die Partikel. Dazu werden übliche Mischer,
Sprühvorrichtungen, Tauchvorrichtungen bzw. Trommelapparaturen verwendet. Bevorzugt
wird das wasserabsorbierende Polymer W trocken oder feucht (z.B. als Gel), jedoch
nicht als leichtflüssige Lösung aufgebracht.
Das Mengenverhältnis beim Beschichtungsvorgang hängt u.a.
von der Menge an wasserabsorbierenden Polymer W ab, welche die fertigen beschichteten
Partikel enthalten sollen. Üblicherweise liegt das Mengenverhältnis von
vorgeschäumten Polystyrolpartikeln (aus Schritt a)) zu wasserabsorbierendem
Polymer W bei 0,5:1 bis 100:1, bevorzugt 1:1 bis 50:1, insbesondere 2:1 bis 50:1.
Dabei wird das wasserabsorbierende Polymer W gerechnet als getrocknetes Polymer,
also beispielsweise gerechnet als getrocknetes Hydrogel (Superabsorber-Pulver).
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt b) eine
Polymerdispersion D mitverwendet. Bevorzugt enthält diese Dispersion D Polymere
X auf Basis von Monomeren, die ausgewählt sind aus vinylaromatischen Monomeren,
Dienen, &agr;, &bgr;-ungesättigten Carbonsäuren, Estern oder Amiden
dieser Carbonsäuren, und Alkenen.
Demnach ist das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt dadurch
gekennzeichnet, dass in Schritt b) eine Polymerdispersion D mitverwendet wird, die
Polymere X auf Basis von Monomeren enthält, die ausgewählt sind aus vinylaromatischen
Monomeren, Dienen, &agr;, &bgr;-ungesättigten Carbonsäuren, Estern
oder Amiden dieser Carbonsäuren, und Alkenen.
Bevorzugt handelt es sich um eine wässrige Polymerdispersion
D mit einem Feststoffgehalt von 10 bis 60, insbesondere 20 bis 50 Gew.-%.
Vorzugsweise wird als vinylaromatisches Monomer mindestens eine Verbindung
der allgemeinen Formel IV gewählt,
in der R7 und R8 unabhängig voneinander jeweils für
Wasserstoff, Methyl oder Ethyl stehen, R9 Methyl oder Ethyl bedeutet
und k eine ganze Zahl von 0 bis 2 bedeutet; ganz besonders bevorzugt sind R7
und R8 jeweils Wasserstoff, und ganz besonders bevorzugt gilt k = 0.
Styrol ist besonders bevorzugt; außerdem sind auch &agr;-Methylstyrol, p-Methylstyrol,
Ethylstyrol, tert.-Butylstyrol, Vinylstyrol, Vinyltoluol, 1,2-Diphenylethylen, 1,1-Diphenylethylen
oder deren Mischungen geeignet.
Als Diene kommen alle polymerisierbaren Diene in Betracht, insbesondere
1,3-Butadien, 1,3-Pentadien, 1,3-Hexadien, 2,3-Dimethylbutadien, Isopren, Piperylen
oder Mischungen davon. Bevorzugt sind 1,3-Butadien (kurz: Butadien), Isopren oder
deren Mischungen.
Als &agr;, &bgr;-ungesättigte Carbonsäure bzw. deren
Derivate eignen sich bevorzugt Verbindungen der allgemeinen Formel I,
worin bedeuten:
R1 gewählt aus
– unverzweigtem oder verzweigtem C1-C10-Alkyl,
wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl,
n-Pentyl, iso-Pentyl, sec.-Pentyl, neo-Pentyl, 1,2-Dimethylpropyl, iso-Amyl, n-Hexyl,
iso-Hexyl, sec.-Hexyl, n-Heptyl, n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Nonyl, n-Decyl; besonders
bevorzugt C1-C4-Alkyl wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl,
n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl und tert.-Butyl;
– oder Wasserstoff,
– ganz besonders bevorzugt sind Wasserstoff und Methyl;
R2 gewählt aus
– unverzweigtem oder verzweigtem C1-C10-Alkyl,
wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl,
n-Pentyl, iso-Pentyl, sec.-Pentyl, neo-Pentyl, 1,2-Dimethylpropyl, iso-Amyl, n-Hexyl,
iso-Hexyl, sec.-Hexyl, n-Heptyl, n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Nonyl, n-Decyl; besonders
bevorzugt C1-C4-Alkyl wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl,
n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl und tert.-Butyl;
– oder ganz besonders bevorzugt Wasserstoff.
R3 gewählt aus
– Wasserstoff (womit Verbindung I die Carbonsäure selbst ist),
– Oder unverzweigtem oder verzweigtem C1-C10-Alkyl
(womit Verbindung I ein Carbonsäureester ist), wie Methyl, Ethyl, n-Propyl,
iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl, n-Pentyl, iso-Pentyl, sec.-Pentyl,
neo-Pentyl, 1,2-Dimethylpropyl, iso-Amyl, n-Hexyl, iso-Hexyl, sec.-Hexyl, n-Hep-tyl,
n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Nonyl, n-Decyl; besonders bevorzugt C1-C4-Alkyl
wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl und tert.-Butyl;
sowie 2-Ethylhexyl.
Bevorzugte Verbindungen der Formal I sind Acrylsäure und Methacrylsäure.
Weiterhin bevorzugt sind die C1-10-Alkylester der Acrylsäure, insbesondere
die Butylester, vorzugsweise n-Butylacrylat, und die C1-10-Alkylester
der Methacrylsäure, insbesondere Methylmethacrylat (MMA).
Als Carbonsäureamide eignen sich insbesondere die Amide der vorgenannten
Verbindung I, beispielsweise Acrylsäureamid und Methacrylsäureamid.
Als Monomere für die Polymerdispersion ebenfalls in Betracht
kommen Verbindungen der allgemeinen Formel Va und Vb, wobei es sich bei den Verbindungen
Va formal um OH-substituierte Carbonsäureamide handelt:
worin bedeuten:
R10 gewählt aus
– unverzweigtem oder verzweigtem C1-C10-Alkyl,
wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl,
n-Pentyl, iso-Pentyl, sec.-Pentyl, neo-Pentyl, 1,2-Dimethylpropyl, iso-Amyl, n-Hexyl,
iso-Hexyl, sec.-Hexyl, n-Hep-tyl, n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Nonyl, n-Decyl; besonders
bevorzugt C1-C4-Alkyl wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl,
n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl und tert.-Butyl;
– oder Wasserstoff;
– ganz besonders bevorzugt sind Wasserstoff und Methyl
R11 gewählt aus
– unverzweigtem oder verzweigtem C1-C10-Alkyl,
wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl,
n-Pentyl, iso-Pentyl, sec.-Pentyl, neo-Pentyl, 1,2-Dimethylpropyl, iso-Amyl, n-Hexyl,
iso-Hexyl, sec.-Hexyl, n-Heptyl, n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Nonyl, n-Decyl; besonders
bevorzugt C1-C4-Alkyl wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl,
n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl und tert.-Butyl;
– oder ganz besonders bevorzugt Wasserstoff.
R12 wird gewählt aus unverzweigtem oder verzweigtem C1-C10-Alkyl,
wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl,
n-Pentyl, iso-Pentyl, sec.-Pentyl, neo-Pentyl, 1,2-Dimethylpropyl, iso-Amyl, n-Hexyl,
iso-Hexyl, sec.-Hexyl, n-Heptyl, n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Nonyl, n-Decyl; besonders
bevorzugt C1-C4-Alkyl wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl,
n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl und tert.-Butyl,
– oder ganz besonders bevorzugt Wasserstoff.
X gewählt aus
– Wasserstoff,
– Glycidyl
– Gruppen mit tertiären Aminogruppen, beispielsweise NH(CH2)b-N(CH3)2,
wobei b eine ganze Zahl im Bereich von 2 bis 6 ist,
– enolisierbaren Gruppen mit 1 bis 20 C-Atomen, beispielsweise Acetoacetyl
wobei
R13 gewählt wird aus unverzweigtem oder verzweigtem C1-C10-Alkyl,
wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl,
n-Pentyl, iso-Pentyl, sec.-Pentyl, neo-Pentyl, 1,2-Dimethylpropyl, iso-Amyl, n-Hexyl,
iso-Hexyl, sec.-Hexyl, n-Heptyl, n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Nonyl, n-Decyl; besonders
bevorzugt C1-C4-Alkyl wie Methyl, Ethyl,
n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl und tert.-Butyl.
Ganz besonders bevorzugt ist in Formel Va bzw. Vb R10 gewählt
aus Wasserstoff und Methyl und R11 und R12 sind jeweils Wasserstoff.
Insbesondere bevorzugt als Verbindung der Formel Va ist Methylolacrylamid.
Die Polymerdispersion kann auch unter Verwendung von Alkenen hergestellt
werden. Als Alkene eignen sich insbesondere Ethylen (Ethen) und Propylen (Propen).
Man kann ein Homopolymer verwenden, beispielsweise eine Dispersion von Polyethylen
oder Polypropylen, oder – bevorzugt – alkenhaltige Copolymere. Gut
geeignet sind z.B. Coplymere aus Propylen und Carbonsäuren bzw. Carbonsäureverbindungen
der obigen Formel I, beispielsweise Acrylsäure oder Methacrylsäure oder
den genannten Acrylsäurealkylestern oder Methacrylsäurealkylestern. Derartige
Produkte sind beispielsweise als Poligen® von BASF erhältlich.
Eine geeignete Polymerdispersion ist z.B. eine solche aus Propylen-Alkylacrylat-Copolymer.
Außerdem kann man als Comonomere zur Herstellung der Polymerdispersion
mitverwenden: jeweils 1 bis 5 Gew.-% (Meth)acrylnitril, (Meth)acryl-amid, Ureido(meth)acrylat,
2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, 3-Hydroxypropyl(meth)acrylat, Acrylamidpropansulfonsäure
(verzweigt oder unverzweigt) oder das Natriumsalz der Vinylsulfonsäure.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt dadurch gekennzeichnet,
dass die Monomere des Polymeren X ausgewählt sind aus Styrol, Butadien, Acrylsäure,
Methacrylsäure, C1-4-Alkylacrylaten, C1-4-Alkylmethacrylaten,
Acrylsäureamid, Methacrylsäureamid und Methylolacrylsäureamid.
Die Polymerdispersion kann unvernetzt oder vernetzt sein und weist
bevorzugt eine Glasübergangstemperatur von –60 bis +140°C, bevorzugt
–20 bis +80°C auf, bestimmt mittels Differential Scanning Calorimetry
(DSC) an dem Polymerpulver, das durch Sprühtrocknung der entsprechenden Polymerdispersion
erhalten wurde.
Bevorzugte Polymerdispersionen enthalten ein Polymer auf Basis von
w) Styrol, oder
x) Styrol und n-Butylacrylat, oder
y) n-Butylacrylat, MMA, Methacrylsäure, Acrylamid und Methylolacrylamid,
oder
z) Styrol und den bei y) genannten Monomeren.
Die Herstellung der Polymerdispersion erfolgt in an sich bekannter
Weise, etwa durch Emulsions-, Suspensions-, oder Dispersionspolymerisation in flüssiger
Phase. Soll die Polymerdispersion eine wässrige sein, polymerisiert man bevorzugt
in wässriger Phase. Man kann das Polymer auch durch Lösungs- oder Massepolymerisation
herstellen, ggf. zerteilen und die Polymerpartikel anschließend in Wasser (oder
einem anderen Dispersionsmittel, siehe oben) in üblicher Weise dispergieren.
Bei der Polymerisation werden die für das jeweilige Polymerisationsverfahren
üblichen Initiatoren, Emulgatoren bzw. Suspensionshilfsmittel, Regler bzw.
sonstigen Hilfsstoffe mitverwendet; und man polymerisiert kontinuierlich oder diskontinuierlich
bei den für das jeweilige Verfahren üblichen Temperaturen und Drucken
in gebräuchlichen Reaktoren.
Die Polymerdispersion wird bevorzugt auf die vorgeschäumten Partikel
aufgebracht, bevor man sie mit dem wasserabsorbierenden Polymer beschichtet. Demnach
ist das Verfahren bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass man in Schritt b) die Partikel
zunächst mit der Polymerdispersion D beschichtet und die erhaltenen Partikel
danach mit dem wasserabsorbierenden Polymer W beschichtet.
Das Beschichten der vorgeschäumten Partikel mit der Polymerdispersion
erfolgt in üblicher Weise, beispielsweise durch Mischen, Besprühen, Tauchen
oder anderweitiges Benetzen der Partikel mit der Dispersion D, oder durch Auftrommeln
der Dispersion D auf die Partikel. Dazu werden übliche Mischer, Sprühvorrichtungen,
Tauchvorrichtungen bzw. Trommelapparaturen verwendet.
Das Mengenverhältnis hängt u.a. von der Menge an Polymerdispersion
D bzw. darin enthaltenem Polymer X ab, welche die fertigen beschichteten Partikel
enthalten sollen. Üblicherweise liegt das Mengenverhältnis von vorgeschäumten
Polystyrolpartikeln (aus Schritt a)) zu Polymerdispersion D bei 0,5:1 bis 500:1,
bevorzugt 1:1 bis 200:1, insbesondere 2:1 bis 100:1. Hierbei wird die Dispersion
als solche, also einschließlich des enthaltenen Wassers bzw. sonstigen Dispersionsmittels,
gerechnet.
Bevorzugt wählt man das Mengenverhältnis von vorgeschäumten
Polystyrolpartikeln zu Polymerdispersion derart, dass die Polymerdispersion vollständig
auf die Oberfläche der Partikel aufzieht. Dies hat den Vorteil, dass sich eine
spätere Abtrennung der beschichteten Partikel von überschüssiger
Polymerdispersion erübrigt.
Die in der Polymerdispersion D enthaltenen flüchtigen Hilfsstoffe,
insbesondere das enthaltene Wasser bzw. sonstige Lösungs- bzw. Dispersionsmittel,
können vor der Verarbeitung der beschichteten Partikel zu Formteilen durch
Trocknen in üblichen Trocknungsvorrichtungen, z.B. Wirbelbetttrocknern oder
Zyklonen, oder einfaches Verdunstenlassen entfernt werden. Falls getrocknet wird,
ist empfiehlt es sich, dabei umzuwälzen, um eine gleichmäßige Beschichtung
zu erreichen.
Zwingend erforderlich ist ein Entfernen der flüchtigen Hilfsstoffe
durch Trocknen o.ä. jedoch nicht, d.h. die mit der Dispersion D beschichteten
Partikel können auch in noch feuchtem Zustand mit dem wasserabsorbierenden
Polymer W beschichtet werden.
Weiterhin kann man in Schritt b) des Verfahrens Verbindungen Y einsetzen,
die wasserbindende Eigenschaften haben. Diese wasserbindenden Verbindungen Y werden
bevorzugt dann mitverwendet, wenn man in Schritt b) eine Polymerdispersion D, insbesondere
eine wässrige Polymerdispersion D, einsetzt. Es besteht die Vorstellung, dass
die wasserbindenden Verbindungen Y das in der Dispersion D enthaltende Wasser binden.
Dadurch wird vermieden, dass die wasserabsorbierenden Polymere W vorzeitig mit Feuchtigkeit
(nämlich dem Dispersions-Wasser) gesättigt werden. Außerdem wird
vermutlich das Verfilmen der Dispersion erleichtert bzw. beschleunigt.
Demnach ist in einer bevorzugten Ausführungsform das Verfahren
dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) eine wasserbindende Verbindung Y mitverwendet
wird. Bevorzugt wird dann eine Verbindung Y eingesetzt, wenn auch eine Polymerdispersion
D verwendet wird.
Als wasserbindende Verbindungen Y eignen sich u.a. Alkalimetallsilikate.
Besonders geeignet ist Wasserglas, also aus dem Schmelzfluss erstarrte, glasartige,
wasserlösliche Kalium- und Natriumsilikate oder deren viskose wässrige
Lösungen. Sie enthalten in der Regel 2 bis 4 mol SiO2 pro 1 mol
Alkalioxid, und werden üblicherweise hergestellt durch Zusammenschmelzen von
Quarzsand mit Natriumcarbonat oder Kaliumcarbonat bei z.B. 1400 bis 1500°C,
wobei CO2 frei wird. Die erstarrte Schmelze wird in der Regel gemahlen.
Das erhaltene Wasserglaspulver kann als solches verwendet werden,
oder nach Zusatz von Wasser. Je nach zugefügter Wassermenge liegt ein wasserhaltiges,
immer noch festes Wasserglaspulver vor, oder eine Wasserglaslösung gewünschter
Konzentration.
Wasserglas als wasserbindende Verbindung Y kann beispielsweise als
ein Gemisch aus Wasserglaslösung und festem Wasserglaspulver eingesetzt werden.
Die Wasserglaslösung enthält üblicherweise 30 bis 99,9, bevorzugt
35 bis 80 und insbesondere 40 bis 70 Gew.-% Wasser. Das Wasserglaspulver enthält
in der Regel 0 bis 40, bevorzugt 0 bis 30 und insbesondere 1 bis 20 Gew.-% Wasser.
Das Gemisch enthält üblicherweise 10 bis 99,9, bevorzugt 20 bis 80 und
besonders bevorzugt 30 bis 70 Gew.-% Wasserglaslösung und den an 100 Gew.-%
fehlenden Anteil an Wasserglaspulver.
Andere in Betracht kommende wasserbindende Verbindungen Y sind Gips,
Zement und ähnliche Stoffe.
Die Menge der wasserbindenden Verbindung Y hängt u.a. vom Wassergehalt
der Polymerdispersion D ab. Üblicherweise liegt das Mengenverhältnis von
vorgeschäumten Polystyrolpartikeln (aus Schritt a)) zu wasserbindenden Verbindungen
Y bei 1:1000 bis 1000:1, bevorzugt 1:200 bis 200:1, insbesondere 1:100 bis 100:1.
Bevorzugt wird die wasserbindende Verbindung Y getrennt von dem wasserabsorbierenden
Polymer W eingesetzt, beispielsweise in einem separaten Beschichtungsschritt. Besonders
bevorzugt erfolgt das Aufbringen der wasserbindenden Verbindung Y vor dem Beschichten
mit dem wasserabsorbierenden Polymer W.
Bezüglich der Polymerdispersion D kann man die wasserbindende
Verbindung Y getrennt von der Dispersion in einem separaten Beschichtungsschritt
aufgebracht werden, wie er weiter oben für die Dispersion bereits beschrieben
wurde.
Jedoch bringt man bevorzugt die wasserbindende Verbindung Y zusammen
mit der Dispersion D auf die Partikel auf. Dazu kann man vorteilhaft eine Mischung
M einsetzten, welche die Polymerdispersion D und die wasserbindende Verbindung Y
enthält. In einer solchen Mischung M beträgt das Verhältnis von Polymerdispersion
D zu wasserbindender Verbindung Y 1:100 bis 100:1, bevorzugt 1:50 bis 50:1 und besonders
bevorzugt 1:20 bis 20:1. Hierbei wird die Dispersion als solche, also einschließlich
des enthaltenen Wassers bzw. sonstigen Dispersionsmittels, gerechnet.
Eine besonders bevorzugte Mischung M, die auf die vorgeschäumten
Polystyrolpartikel – vorzugsweise vor dem Beschichten mit dem wasserabsorbierenden
Polymer W – aufgebracht wird, enthält
– 40 bis 80, bevorzugt 50 bis 70 Gew.-Teile einer Wasserglaslösung
(als Verbindung Y) mit einem Wassergehalt von 40 bis 90, bevorzugt 50 bis 70 Gew.-%,
– 20 bis 60, bevorzugt 30 bis 50 Gew.-Teile eines Wasserglaspulvers (als
Verbindung Y) mit einem Wassergehalt von 0 bis 30, bevorzugt 1 bis 25 Gew.-%, und
– 5 bis 40, bevorzugt 10 bis 30 Gew.-Teile einer Polymerdispersion D
mit einem Feststoffgehalt von 10 bis 60, bevorzugt 20 bis 50 Gew.-%.
Die Mischung M kann beispielsweise durch Rühren hergestellt werden.
Erforderlichenfalls kann man Hilfsstoffe mitverwenden, welche das Vermischen erleichtern,
beispielsweise übliche Netzmittel. Außerdem kann man die Mischung M durch
Zufügen geeigneter Additive, z.B. gebräuchliche Schutzkolloide oder Antiabsetzmittel,
gegen eine Entmischung stabilisieren.
Fall erforderlich, kann man die Partikel mehrfach mit den genannten
Verbindungen (wasserabsorbierendes Polymer W, und/oder Polymerdispersion D bzw.
darin enthaltenes Polymer X und/oder wasserbindendes Polymer Y und/oder Mischung
M) beschichten, um die Menge des jeweiligen Stoffes auf der Partikeloberfläche
zu erhöhen.
Formteile aus den beschichteten Partikeln und Herstellung der
Formteile
Gegenstand der Erfindung sind auch die mit einem wasserabsorbierenden
Polymer W beschichteten Partikel aus vorgeschäumtem Polystyrol, erhältlich
nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren.
Diese Partikel können zur Herstellung von Formteilen aus Polystyrolschaum
verwendet werden. Diese Verwendung und solche Formteile aus Polystyrolschaum sind
ebenfalls Gegenstand der Erfindung. Bevorzugt handelt es sich bei den Formteilen
um Halbzeuge (Platten, Blöcke, Rohre, Stäbe, Profile, etc.) oder sonstige
Formteile mit einfacher oder komplexer Gestalt. Bevorzugt handelt es sich bei den
Formteilen um Platten, insbesondere Schaumstoffplatten.
Es ist auch möglich, als Formteil zunächst Blöcke herzustellen
und die Blöcke anschließend in Platten zu zerteilen, beispielsweise durch
Schneiden oder Sägen.
Die Dicke der Schaumstoffplatten kann in weiten Grenzen variieren
und beträgt üblicherweise 1 bis 500, bevorzugt 10 bis 300 mm. Die Länge
und Breite der Platten ist ebenfalls in weiten Grenzen variabel. Sie wird u.a. durch
die Größe des Werkzeugs (Press- oder Schäumform) und beim Verpressen
(siehe unten) durch die Schließkraft der verwendeten Presse begrenzt.
Außerdem wurde ein Verfahren zur Herstellung der Formteile durch
Verpressen (Verpressverfahren) gefunden, und ein Verfahren zur Herstellung der Formteile
durch Ausschäumen (Ausschäumverfahren) gefunden.
Beim Verpressverfahren werden in Schritt I) die erfindungsgemäßen
expandierbaren, vorgeschäumten und mit dem wasserabsorbierenden Polymer W beschichteten
Partikel in eine gasdurchlässige Form gefüllt. Die Gasdurchlässigkeit
kann beispielsweise durch Bohrungen erzielt werden, mit denen die Form versehen
ist und die bevorzugt derart beschaffen sind, dass sie beim anschließenden
Verpressen (Schritt II), siehe unten) nicht vom Polymer verstopft werden, beispielsweise
indem sie einen geringen Durchmesser aufweisen.
Die Geometrie (Raumform) der gasdurchlässigen Form entspricht
in der Regel der gewünschten Geometrie des späteren Formteils. Sollen
Schaumstoffplatten hergestellt werden, kann man eine einfache kastenförmige
Form verwenden. Insbesondere bei komplizierteren Geometrien kann es erforderlich
sein, die Schüttung der in die Form eingefüllten Partikel zu verdichten
und auf diese Weise unerwünschte Hohlräume zu beseitigen. Das Verdichten
kann z.B. durch Rütteln der Form, Taumelbewegungen oder andere geeignete Maßnahmen
erfolgen.
Da die Partikel anschließend verpresst werden, ist es –
anders als beim weiter unten beschriebenen Ausschäumverfahren – nicht
bevorzugt, aber auch nicht nachteilig, die Form randvoll mit den Partikeln zu füllen.
Der Füllgrad richtet sich u.a. nach der gewünschten Dicke des späteren
Formteils.
In Schritt II) werden die eingefüllten Partikel unter Volumenreduktion
zu einem Pressling verpresst. Die Volumenreduktion beträgt in der Regel 1 bis
80, bevorzugt 5 bis 60 und insbesondere 10 bis 50 Vol.-%, bezogen auf das Volumen
der eingefüllten Partikel vor dem Verpressen.
Die Temperatur beim Verpressen beträgt üblicherweise 20
bis 100, bevorzugt 30 bis 90 und insbesondere 40 bis 80°C. Das Temperieren
kann z.B. durch elektrische Beheizung oder Wärmeüberträgermedien
erfolgen. Das Druckmaximum beim Pressvorgang bzw. die Schließkraft der Presse
sowie die Dauer des Verpressens (Presszeit) hängen u.a. von Größe
und Geometrie sowie der gewünschten Dichte des Formteils ab und können
in weiten Grenzen variieren.
Die Gasdurchlässigkeit der Form gewährleistet, dass in und
zwischen den Partikeln vorhandenes Treibmittel, Luft oder andere Gase beim Verpressen
gleichmäßig entweichen können. Sofern die beschichteten Partikel
nicht getrocknet, sondern mit „feuchter" Beschichtung eingesetzt wurden,
entweichen auch die flüchtigen Hilfsstoffe, z.B. Wasser.
Zum Verpressen eignen sich übliche Pressen mit Pressform und
Stempel, beispielsweise Etagenpressen. Dabei können die Form oder der Stempel
oder beide Bauteile temperiert sein.
In Schritt III) wird der in Schritt II) erhaltene Pressling ausgehärtet,
indem man ihn bzw. die Form auf 20 bis 100, bevorzugt 30 bis 90 und insbesondere
40 bis 80°C temperiert. Das Temperieren kann z.B. durch elektrische Beheizung
oder Wärmeüberträgermedien erfolgen. Der Druck beim Aushärten
und die Aushärtungsdauer hängen u.a. von Größe und Geometrie
des Formteils ab und variieren in weiten Grenzen.
Die genannten Temperaturen und Drucke müssen nicht während
der gesamten Aushärtungsdauer aufrecht erhalten werden; vielmehr kann man den
Pressling auch bei z.B. Raumtemperatur und Umgebungsdruck eine gewisse Zeit ruhen
lassen, während der er vollständig aushärtet. Die Form kann beim
Aushärten geschlossen oder geöffnet sein.
Temperatur, Druck, Presszeit und sonstige Bedingungen beim Verpressen
können innerhalb der bei Schritt II) genannten Bereiche derart gewählt
werden, dass der Pressling bereits beim Verpressen aushärtet, d.h. der Verpressungsschritt
II) und der Aushärtungsschritt III) fallen zusammen. Alternativ kann Schritt
III) im Anschluss an Schritt II) ausgeführt werden, wofür dann die für
Schritt III) genannten Bedingungen gelten.
In Schritt IV) des Verpressverfahrens entnimmt man das erhaltene Formteil
aus der Form. Dies kann manuell oder automatisiert mittels üblicher Auswurf-
bzw. Entformungsvorrichtungen erfolgen.
Demnach ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung
der Formteile durch Verpressen dadurch gekennzeichnet, dass man
I) die erfindungsgemäßen Partikel in eine gasdurchlässige Form
einfüllt,
II) die eingefüllten Partikel in der geschlossenen Form unter Volumenreduktion
zu einem Pressling verpresst,
III) den Pressling durch Temperieren auf 20 bis 100°C aushärtet, und
IV) das erhaltene Formteil aus der Form entnimmt.
Die Dichte der mit diesem Verpressverfahren erhaltenen Formteile beträgt
in der Regel 15 bis 150, bevorzugt 20 bis 120 und besonders bevorzugt 20 bis 100
g/l gemäß DIN 53420. Die Formteile weisen bevorzugt keinen ausgeprägten
Dichtegradienten auf, d.h. die Randschichten haben keine deutlich höhere Dichte
als die inneren Bereiche des Formteils.
Beim Ausschäumverfahren werden in Schritt i) die erfindungsgemäßen
vorgeschäumten und mit dem wasserabsorbierenden Polymer W beschichteten Partikel
in eine Form gefüllt.
Die Geometrie (Raumform) der Form entspricht üblicherweise der
gewünschten Geometrie des späteren Formteils. Für Schaumstoffplatten
ist beispielsweise eine einfache kastenförmige Form geeignet. Bei komplizierteren
Geometrien kann es erforderlich sein, die Schüttung der in die Form eingefüllten
Partikel zu verdichten wie beim Verpressverfahren beschrieben.
Da die Partikel beim anschließenden Ausschäumen miteinander
verschweißen sollen, ist es vorteilhaft, die Form randvoll mit den Partikeln
zu füllen, um das Leervolumen in der Form gering zu halten.
In Schritt ii) werden die eingefüllten Partikel in der geschlossenen
Form durch Temperieren (beispielsweise mit Wasserdampf, Heißluft oder einem
anderen Wärmeüberträger) auf 60 bis 120, bevorzugt 70 bis 110°C
ausgeschäumt. Dabei verschweißen die Partikel zu dem Formteil, indem die
Zwischenräume in der Partikelschüttung durch die expandierenden Partikel
ausgefüllt werden und die erweichten Partikel miteinander „verschmelzen".
Der Druck beim Ausschäumen ist üblicherweise nicht kritisch
und beträgt in der Regel 0,05 bis 2 bar. Die Dauer des Ausschäumens hängt
u.a. von Größe und Geometrie sowie der gewünschten Dichte des Formteils
ab und kann in weiten Grenzen variieren.
In Schritt iii) des Ausschäumverfahrens entnimmt man das erhaltene
Formteil aus der Form, was manuell oder automatisiert mittels üblicher Auswurf-
bzw. Entformungsvorrichtungen erfolgen kann.
Folglich ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung
der Formteile durch Ausschäumen dadurch gekennzeichnet, dass man
i) die erfindungsgemäßen Partikel in eine Form einfüllt,
ii) die eingefüllten Partikel in der geschlossenen Form durch Temperieren
auf 60 bis 120°C ausschäumt, wobei die Partikel zu dem Formteil verschweißen,
und
iii) das erhaltene Formteil aus der Form entnimmt.
Die mit diesem Ausschäumverfahren erhaltenen Formteile weisen
üblicherweise eine Dichte von 10 bis 100, bevorzugt 15 bis 80 und besonders
bevorzugt 15 bis 60 g/l auf, bestimmt gemäß DIN 53420. Die Formteile weisen
bevorzugt keinen ausgeprägten Dichtegradienten auf, d.h. die Randschichten
haben keine deutlich höhere Dichte als die inneren Bereiche des Formteils.
Typische Abmessungen der mit dem Verpress- oder Ausschäumverfahren
erhältlichen Schaumstoffplatten wurden bereits genannt.
Die erfindungsgemäßen Formteile, beispielsweise Schaumstoffplatten,
können mit Formgebungen oder Elementen versehen sein, die eine Montage erleichtern
und mit denen sich eine ebene, weitgehend fugenfreie Oberfläche erzielen lässt.
Beispielsweise kann man die Seitenflächen bzw. Ränder der Platten als
Nut-Feder-Verbindungen, Klemm-, Schnapp- oder Einrastverbindungen ausbilden. Sie
lassen sich z.B. durch Bohrungen, Falze, Stege, Nuten, Ausschnitte oder mittels
angeformter Zungen, Zapfen, Laschen o.ä. verwirklichen.
Außerdem kann man die Formteile mit einer oder mehreren Deckschichten
aus Papier, Pappe, Karton, Gipskarton, Kunststoffen oder Metallen versehen. Die
Deckschicht kann z.B. die mechanische Stabilität der Platte bzw. des sonstigen
Formteils erhöhen (im Sinne einer Tragschicht), die akustischen Eigenschaften
oder das Brandverhalten verändern, und/oder als Dekorschicht dienen. Es können
geschlossene Deckschichten oder solche mit Aussparungen aufgebracht werden; letztere
sind beispielsweise Lochplatten Gitter oder Netze. Das Aufbringen (Kaschieren) erfolgt
beispielsweise durch Kleben, Pressen oder andere übliche Kaschierverfahren.
Verwendung der Formteile
Die erfindungsgemäßen Formteile können zu vielfältigsten
Zwecken verwendet werden, beispielsweise im Bauwesen. Diese Verwendung ist ebenfalls
Gegenstand der Erfindung. Besonders bevorzugt werden die Formteile zur Innendämmung
von Gebäuden verwendet.
Bei der vorliegenden Erfindung schließt der Begriff „Gebäude"
auch andere geschlossene Räume ein, beispielsweise Transport- und Aufbewahrungsbehälter,
Frachtcontainer, Güterwaggons, Laderäume von Flugzeugen, Raumfahrzeugen,
Schiffen und Fahrzeugen (Pkw, Lkw, Schienenfahrzeuge, etc.). Die Formteile eignen
sich demnach auch zur Dämmung derartiger Behälter, Frachtcontainer, Waggons
bzw. Laderäume.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung vorgeschäumter
Polystyrolpartikel kommt die Beschichtung mit dem wasserabsorbierenden Polymer nicht
mit Wasser(dampf) in Kontakt. Außerdem wird die Beschichtung durch das Vorschäumen
nicht durch Abrieb oder andere Belastungen beeinträchtigt. Die gefundenen Verfahren
zur Herstellung der Partikel und der Formteile sind einfach durchführbar und
kostengünstig zu betreiben.
Die beschichteten Partikel und die daraus erhältlichen Formteile
zeichnen sich dadurch aus, dass sie Luftfeuchtigkeit reversibel aufnehmen können.
Werden die erfindungsgemäßen Formteile in Innenräumen verwendet,
so beobachtet man geringere Schwankungen der Luftfeuchtigkeit und ein konstanteres,
verbessertes Raumklima.
Beispiele
Es wurden folgende Einsatzstoffe verwendet:
Polystyrolpartikel:
Handelsübliche, treibmittelhaltige, nicht expandierte Polystyrolpartikel.
Superabsorber:
Ein wasserabsorbierendes Polymer auf Basis einer vernetzten Acrylsäure,
enthaltend Polyethylenglykoldiacrylat als Vernetzer. Das Polymer war partikelförmig
und mit einer Mischung aus Oxazodilinon und Aluminiumsulfat oberflächennachvernetzt.
Ca. 60 mol-% der Acrylsäuregruppen waren neutralisiert. Die Partikelgröße
(Siebschnitt) betrug 150 bis 850 &mgr;m, bestimmt gemäß der von der
EDANA empfohlenen Testmethode Nr. 420.2-02 "Particle size distribution". Die Zentrifungenretentionskapazität
(CRC) des Superabsorbers betrug 30 g/g, ermittelt in 0,9 gew.-%iger wässriger
Natriumchlorid-Lösung gemäß der von der EDANA empfohlenen Testmethode
Nr. 441.2-02 „Centrifuge retention capacity".
Polymerdispersion D:
Es wurde das Handelsprodukt Acronal® S 790 von BASF
verwendet, eine wässrige Dispersion eines Acrylsäureester-Styrol-Copolymers
mit folgenden Eigenschaften:
• pH-Wert 7,5 bis 9 bei 23°C, nach DIN/ISO 976 • Dichte:
1,04 g/cm3 bei 20°C, nach ISO 2811-1
• dynamische Viskosität: 700 bis 1500 mPa·s bei 23°C und
100 Umdrehungen/sec, nach DIN/EN/ISO 3219
• Feststoffgehalt: etwa 50 %.
Mischung M:
Erhalten bei 20°C durch Vermischen von
– 2 kg der obigen Polymerdispersion D,
– 6 kg Wasserglaslösung mit einem Wassergehalt von 62 Gew.-%, und
– 4 kg Wasserglaspulver.
Beispiel 1:
A) Die Polystyrolpartikel wurden in einer handelsüblichen Vorschäumapparatur
mit 0,2 bar Wasserdampfdruck vorgeschäumt. Die Schüttdichte der vorgeschäumten
Partikel betrug 15 g/l, gemessen nach DIN EN ISO 60.
B) 40 g dieser vorgeschäumten Partikel wurden mit 80 g der Polymerdispersion
D in einem Mischer 5 min lang bei 25°C vermischt. Dabei zog die Dispersion
vollständig auf die Partikel auf. Danach fügte man ohne weitere Trocknung
9 g des Superabsorbers zu und mischte weitere 5 min bei 25°C.
C) Ohne weitere Trocknung füllte man die beschichteten Partikel in eine
mit feinen Bohrungen versehene, gasdurchlässige rechteckige Form (100 ×
100 mm). Die Form wurde mit einem Stempel verschlossen und der Inhalt in einer Presse
150 sec bei 60°C und 3 bar Druckmaximum zu einem plattenförmigen Pressling
verpresst. Die Volumenreduktion beim Verpressen betrug 40 Vol.-%, bezogen auf das
Volumen der eingefüllten Partikel vor dem Verpressen.
D) Danach härtete man den Pressling aus, indem man die geschlossene Form
30 min auf 60°C temperierte. Anschließend wurde das Schaumstoff-Formteil
aus der Form entnommen. Seine Abmessungen waren 100 × 100 × 50 mm und
die Dichte betrug 70 g/l.
Beispiel 2:
Es wurde vorgegangen wie in Beispiel 1, jedoch anstelle des Beschichtungsschritts
B) ein abgewandelter Beschichtungsschritt B*) durchgeführt:
B*) 40 g der vorgeschäumten Partikel wurden mit 100 g der Mischung M in einem
Mischer 5 min lang bei 25°C vermischt. Dabei zog die Mischung vollständig
auf die Partikel auf. Danach fügte man ohne weitere Trocknung 5 g des Superabsorbers
zu und mischte weitere 5 min bei 25°C.
Beispiel 3V (zum Vergleich):
Die Polystyrolpartikel wurden vorgeschäumt wie in Schritt A)
von Beispiel 1 beschrieben und ohne weitere Beschichtung unmittelbar zu einem Schaumstoff-Formteil
mit den Abmessungen 100 × 100 × 50 mm und einer Schaumdichte von 15 g/l
in üblicher Weise mit Wasserdampf ausgeschäumt.
Untersuchung der Feuchtigkeitsaufnahme der Formteile:
Das Formteil wurde in einem Klimaschrank gelagert und sein Gewicht
im Abstand von 20 sec ermittelt. Es wurde folgendes Klimaprofil vorgegeben:
Zunächst (Startzeit t = 0) wurde das Formteil zwecks Gleichgewichtseinstellung
60 min bei einem Normalklima von 23°C und 50 % relativer Feuchte (RF; die relative
Feuchte ist der Quotient aus Wasserdampfpartialdruck und Wasserdampfdruck multipliziert
mit 100%) gelagert. Aus den letzten 10 Messwerten dieser Normalklima-Lagerung wurde
das arithmetische Mittel gebildet; es stellte den Bezugspunkt (Nullpunkt) für
die folgenden Messungen dar. Das Volumengewicht des Schaumstoffs [g/dm3]
nach der Normalklima-Lagerung wurde ermittelt, siehe Tabelle. Ein hohes Volumengewicht
entspricht einer hohen Feuchtigkeitsaufnahme.
Dem Normalklima folgte unmittelbar (ab t = 60 min) ein Feuchtklima
mit 30°C und 90 RF für die Dauer von 90 min. Aus den letzten 10 Messpunkten
bei Feuchtklima wurde die flächenbezogene Feuchtigkeitsaufnahme [g/m2]
ermittelt, siehe Tabelle.
Dem Feuchtklima folgte unmittelbar (ab t = 150 min) ein Trockenklima
von 40°C und 40 % RF für die Dauer von 100 min. Die Tabelle nennt die
flächenbezogene Feuchtigkeitsabnahme [g/m2], definiert als Messwert
zu Beginn des Trockenklimas minus Messwert zum Ende des Trockenklimas.
Die Tabelle nennt außerdem den maximalen Einzelwert, der während
des gesamten Klimaprofils (bis zum Ende der Trockenphase bei t = 250 min) gemessen
wurde, und zwar bezogen auf die Fläche des Formteils [g/m2], sein
Gewicht [g/100g Formteil] und sein Volumen [g/dm3].
2) bezogen auf Feuchtigkeitsgehalt am Ende der Normalklimalagerung
Wie sich aus den Volumengewichten gegen Ende der Normalklima-Lagerung
ablesen lässt, wurde von den erfindungsgemäßen Formteilen (hergestellt
aus Partikeln mit wasserabsorbierender Beschichtung) im Normalklima wesentlich mehr
Feuchtigkeit aufgenommen als von dem nicht erfindungsgemäßen Formteil
(hergestellt aus Partikeln ohne wasserabsorbierende Beschichtung).
Nach 90 min Feuchtklima-Lagerung hatten die erfindungsgemäßen
Formteile 7 g bzw. 23 g Feuchtigkeit (Wasser) pro Quadratmeter Formteiloberfläche
aufgenommen. Hingegen gab das nicht erfindungsgemäße Formteil 17 g Feuchtigkeit
pro m2 ab.
Nach weitern 100 min Trockenklimalagerung hatten die erfindungsgemäßen
Formteile 28 g bzw. 20 g Feuchtigkeit pro Quadratmeter Formteiloberfläche abgegeben,
bezogen auf den Feuchtigkeitsgehalt am Ende der Normalklimalagerung. Hingegen gab
das nicht erfindungsgemäße Formteil 52 g Feuchtigkeit pro m2
ab.
Die maximalen Einzelwerte der Feuchtigkeitsaufnahme über das
gesamte Klimaprofil waren bei den erfindungsgemäßen Formteilen deutlich
geringer als bei dem nicht erfindungsgemäßen Formteil.
Zur Beurteilung der Luftfeuchtigkeits-Schwankungen wurden außerdem
die einzelnen, im 20 sec-Abstand aufeinander folgenden Messwerte betrachtet. Bei
den erfindungsgemäßen Formteilen lagen der höchste und der niedrigste
Einzelwert (entlang des gesamten Klimaprofils von t = 0 bis t = 250 min) enger beieinander
als beim Vergleichs-Formteil. Die Feuchtigkeitsaufnahme und -abgabe der erfindungsgemäßen
Formteile war geringeren Schwankungen unterworfen als die des Vergleichs-Formteils.
Bei den erfindungsgemäßen Formteilen stellten sich demnach geringere Schwankungen
der Luftfeuchtigkeit und ein konstanteres Raumklima ein.
Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung von Partikeln aus vorgeschäumtem Polystyrol,
wobei die Partikeloberfläche mit mindestens einem wasserabsorbierenden Polymer
W beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass man:
a) zunächst Partikel aus expandierbarem Polystyrol vorschäumt, wobei man
vorgeschäumte Partikel mit einer Schüttdichte gemäß DIN EN ISO
60 von 5 bis 50 g/l erhält, und
b) erst danach die erhaltenen Partikel mit dem wasserabsorbierenden Polymer W beschichtet.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserabsorbierende
Polymer W ein Säuregruppen tragendes Polymer ist, dessen
Säuregruppen zu 10 bis 90 mol-% neutralisiert sind.Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet,
dass das wasserabsorbierende Polymer W ein Polymer auf Basis einer vernetzten Acrylsäure
ist.Verfahren den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
in Schritt b) eine Polymerdispersion D mitverwendet wird, die Polymere X auf Basis
von Monomeren enthält, die ausgewählt sind aus vinylaromatischen Monomeren,
Dienen, &agr;, &bgr;-ungesättigten Carbonsäuren, Estern oder Amiden
dieser Carbonsäuren, und Alkenen.Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Monomere des Polymeren X ausgewählt sind aus Styrol, Butadien, Acrylsäure,
Methacrylsäure, C1-4-Alkylacrylaten, C1-4-Alkylmethacrylaten,
Acrylsäureamid, Methacrylsäureamid und Methylolacrylsäureamid.Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass man in Schritt b) die Partikel zunächst mit der Polymerdispersion D beschichtet
und die erhaltenen Partikel danach mit dem wasserabsorbierenden Polymer W beschichtet.Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass in Schritt b) eine wasserbindende Verbindung Y mitverwendet wird.Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
dass die wasserbindende Verbindung Y Wasserglas ist.Mit einem wasserabsorbierenden Polymer W beschichtete Partikel aus vorgeschäumtem
Polystyrol, erhältlich nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen
1 bis 8.Verwendung der Partikel gemäß Anspruch 9 zur Herstellung von
Formteilen aus Polystyrolschaum.Formteile aus Polystyrolschaum, erhältlich aus den Partikeln gemäß
Anspruch 9.Formteile nach Anspruch 11, wobei es sich um Schaumstoffplatten handelt.Verfahren zur Herstellung der Formteile gemäß den Ansprüchen
11 bis 12 durch Verpressen, dadurch gekennzeichnet, dass man
I) die in Anspruch 9 definierten Partikel in eine gasdurchlässige Form einfüllt,
II) die eingefüllten Partikel in der geschlossenen Form unter Volumenreduktion
zu einem Pressling verpresst,
III) den Pressling durch Temperieren auf 20 bis 100°C aushärtet, und
IV) das erhaltene Formteil aus der Form entnimmt.Verfahren zur Herstellung der Formteile gemäß den Ansprüchen
11 bis 12 durch Ausschäumen, dadurch gekennzeichnet, dass man
i) die in Anspruch 9 definierten Partikel in eine Form einfüllt,
ii) die eingefüllten Partikel in der geschlossenen Form durch Temperieren auf
60 bis 120°C ausschäumt, wobei die Partikel zu dem Formteil verschweißen,
und
iii) das erhaltene Formteil aus der Form entnimmt.Verwendung der Formteile gemäß den Ansprüchen 11 bis
12 im Bauwesen.Verwendung nach Anspruch 15, wobei die Formteile zur Innendämmung
von Gebäuden verwendet werden.