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Dokumentenidentifikation DE102007012626A1 15.11.2007
Titel Verfahren zur Herstellung wasserabsorbierend beschichteter Partikel aus Polystyrol
Anmelder BASF AG, 67063 Ludwigshafen, DE
Erfinder Allmendinger, Markus, Dr., 67480 Edenkoben, DE;
Alteheld, Armin, Dr., 55543 Bad Kreuznach, DE;
Hahn, Klaus, Dr., 67281 Kirchheim, DE;
Ziemer, Antje, Dr., 68199 Mannheim, DE;
Altmann, Stephan, Dr., 67146 Deidesheim, DE;
Champ, Samantha, Dr., 67063 Ludwigshafen, DE
DE-Anmeldedatum 16.03.2007
DE-Aktenzeichen 102007012626
Offenlegungstag 15.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.11.2007
IPC-Hauptklasse C08L 25/06(2006.01)A, F, I, 20070316, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C08J 5/00(2006.01)A, L, I, 20070316, B, H, DE   C08J 7/04(2006.01)A, L, I, 20070316, B, H, DE   C08J 9/00(2006.01)A, L, I, 20070316, B, H, DE   E04B 1/74(2006.01)A, L, I, 20070316, B, H, DE   E04C 2/20(2006.01)A, L, I, 20070316, B, H, DE   E04B 1/76(2006.01)A, L, I, 20070316, B, H, DE   
Zusammenfassung 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)
  • – Sprühpolymerisation (WO-A-96/40427, DE-A-103 40 253)

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].

Die Tabelle fasst die Ergebnissee zusammen.

Tabelle (V zum Vergleich)

  • 1) negatives Vorzeichen bedeutet Feuchtigkeitsabgabe
  • 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.






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