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Verfahren zur Herstellung von optisch hochwertigen Gebilden aus durchsichtigen
Kunststoffen Es ist bereits bekannt, daß polymerisierbare Verbindungen der Acrylsäurereihe,
z. B. Methacrylsäuremethylester oderMischpolymerisate desselben, mit Acrylsäureester,
aber auch Styrol oder anderem geeignetenÄthylenderivaten bei der Polymerisation
in Formen mit mäßig erhöhter Temperatur, z. B. :25 bis 35°; polymerisiert werden
können. Dabei sind Katalysatormengen, die als optimal für die auszuführende Polymerisation
gefunden wurden, zugrunde gelegt. Es ist weiterhin bekannt, daß die bei einer verhältnismäßig
niedrigen Temperatur über einen längeren Zeitraum, beispielsweise 2o bis 5o Stunden,
vorbehandelten Polymerisatgebilde in den Formen noch nacherhitzt werden können.
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Da es vom technisch-wirtschaftlichenStandpunkt aus erwünscht war,
die erwähnten, verhältnismäßig langen Polymerisationszeiten wesentlich herabzusetzen,
wurden Versuche unternommen, unter Anwendung wesentlich erhöhter Reaktionstemperaturen
zu arbeiten, z. B. bei 75 bis 9o°`, wodurch die Durchführung der Polymerisation
in z. B. i bis 3 Stunden ermöglicht wurde, wenn man im übrigen ein intensiv wirkendes
Wärmeaustauschmedium, z. B;. Wasser, anwandte. Die Katalysatormenge und Art der
Vorpolymerisation, die in geeigneter Weise gewählt werden, können bei solchen Schnellv
erfahren die gleichen sein, wie bei den sich bei niedrigeren Temperaturen in längeren
Zeiträumen vollziehenden Polymerisationen. Allerdings ist die Möglichkeit der Durchführung
solcher Schnellverfahren an gewisse Dickenstärken der zu erzeugenden Gebilde (Scheiben,
Platten) gebunden, da die verhältnismäßig
niedrige Wärmeleitzahl
der in Frage stehenden Kunststoffe -die Durchführung der Reaktion auch bei bester
äußerer Wärmeabfuhr über eine gewisse Geschwindigkeit hinaus nicht mehr erlaubt.
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Bei den bisherigen Polymerisationsverfahren geht man nicht unmittelbar
von dem Monomeren aus, sondern führt dieses durch eine Vorpolymerisation zuril Teil
bereits in Polymerisationsprodukte über, die in der monomeren Flüssigkeit gelöst
bleiben. Man will durch diese Anpolymerisation vor allem die Polymerisationszeit,
ferner den Schrumpfungsgrad in der Förm herabsetzen.
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Trotzdem das gesetzte Ziel durch: die vorerwähnten, Maßnahmen erreicht
wird., stößt ihre praktische Anwendung bei Erzeugung optisch zu verwendender Gebilde
auf Schwierigkeiten, weil die durch wärmebeschleunigte Polymerisation erzeugten.
Gebilde in optischer Beziehung nicht einheitlich sind, was insbesondere durch bei
der Wärmenachbehandlung auftretenden Unebenheiten der Oberfläche zum Ausdruck -
kommt, mit denen natürlich ähnliche strukturelle Unstetigkeiten der Masse selbst
Hand in Hand gehen; das Aussehen der Oberfläche läßt sich, insbesondere nach Tempern,
am besten mit der von gehämmertem Metall vergleichen.
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Es wurde gefunden, daß man die erwähnten Schwierigkeiten vermeiden
und optisch einwandr freie durchsichtige Gebilde aus Polymerisatkunststoffen dadurch
herstellen kann-, daß man zwischen der polymerisierenden Masse und dem Wärmeaustauschmedium
ein Temperaturgefälle von nicht mehr als 5°1 einhält. Zweckmäßigerweise hält man
bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Temperaturen unter 45ein.
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Wenn man die Polymerisation in der üblichen Weise unter Verwendung
eines Wärmeaustauschmediums durchführt, dessen Temperatur im Mittel etwa 5o bis
6ö°' beträgt, dann ergeben sich Polymerisationszeiten von etwa ro bis 2o Stunden,
wobei das Wärmegefälle zwischenpolymerisierender Masse und dem Wärmeaustauschmittel
nicht während der ganzen Reaktionszeit- gleich ist. Es tritt vielmehr gegen Ende
der Polymerisationszeit infolge der exothermen Natur des sich bei steigender Temperatur
rasch beschleunigenden Polymerisationsvorganges regelmäßig einWälrmesprunggegenüber
der Temperatur des Wärmeaustauschmediums auf, wobei der Temperaturunterschied bis
zu I5'1> betragen kann. Sehr wahrscheinlich ist die ungünstige - optische Beschaffenheit
der bei solchen Verfahren anfallenden Gebilde auf diese Erscheinung zurückzuführen.
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BeiAusübung des erfindungsgemäß.enVerfahrens muß man somit nicht nur
auf die Temperatur des Wärmemediums achten, sondern auch auf die je-
weilige
Temperatur der zu polymerisierenden Masse, und bei Beobachtung eines auffallenden
Wärmeanstiegs die Temperatur des Wärmeaustauschmediums sofort herabsetzen, was sich
praktisch mit gutem Erfolg natürlioh nur dann durchführen läßt, wenn die gewählte
Polymerisationstemperahur an sich nicht zu hoch liegt. Es. hat sich als zweckmäßig
erwiesen, das erfindungsgemäße - Verfahren etwa bei 25 bis 45'°' durchzuführen mit
dem Erfolg, daß der schädliche Temperatursprung nicht mehr auftritt bzw. abgebremst
werden kann.
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Man kann, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im allgemeinen bei
um so höherer Temperatur arbeiten, je wirksamer das. jeweils zu verwendende Wärmeaustauschmedium,
d. h. je größer dessen spezifische Wärme ist. Wird die Polymerisation unterhalb
von etwa 45" durchgeführt, dann genügt im allgemeinen Luft als Wärmeaustauschmittel,
während man beim Arbeiten bei höheren Temperaturen zweckmäßigerweise ein stärker
Wärme aufnehmendes Austauschmittel verwendet, z. B. Wasser.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können aus polymerisierbaren
Verbindungen, wie z. B. Methacrylsäuremethylester, durchsichtige Gebilde, wie Platten,
Scheiben usw., von allerbester optischer Beschaffenheit, verzerrungsfreier Durchsicht
auch bei schiefem Aufblickwinkel hergestellt werden, wie man sie in dieser Vollkommenheit
bisher noch nicht erhalten konnte. Da nicht vorausgesehen werden konnte, daß die
bei den bisher bevorzugt durchgeführten Verfahren als Zwischenprodukte auftretenden,
im wesentlichen als bereits genügend verfestigt angesehenen Gebilde bei weiterer
Erhitzung noch tiefgehende Veränderungen ihrer Struktur erleiden, muß der Erfolg
der erfindungsgemäßen Maßnahme als überraschend bezeichnet werden.
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Obwohl es bekannt war, daß durch genügende Verlängerung der P,olymerisationsdauer
die Polymerisation ihrem (Endzustand immer näher gerülckt werden kann, stand man
vor wesentlichen Hemmungen, bei der technischen Durchführung der Prozesse die aufgezeigten,
gegenüber den bisher bekannten Verfahren erheblich verlängerten Polymeris.ationszeiten
anzuwenden. Beispiel 45 kg Methacrylsäuremethylester werden mit 0,03'/o Benzoylperoxyd
versetzt und durch Anpolymerisation aktiviert. Die Zeitdauer der Aktivierung beträgt
1i Minuten. Die Aktivierung geschieht in' einem mit Rührwerk versehenen Kessel.
Nach der Aktivierung wird das Gemisch auf eineTemperatur von 281 gekühlt.
Mit dieser Temperatur wird das anpplymerisierte Gemisch in vorbereitete, aus Glasplatten
bestehende Scheibenformen gegossen. Nach Verschluß werden die Formen in einen Wärmeschrank
gebracht, in dem durch Luftumwälzung dafür gesorgt ist, daß sie in aerodynamisch
geeigneter Weise mit Umwälzluft bestrichen werden. Die Temperatur der Umwällzluft
wird auf 28'°' eingestellt. Sollte in der zu polymerisierenden Masse im Laufe der
Polymerisation die Temperatur merklich. steigen, z. B. auf etwa 29 oder 3ö', dann
wird die als Wärmeaustauschmittel dienende Luft unter Einhaltung des erfindungsgemäßen
Temperaturgefälles von höchstens 5°' so lange entsprechend gekühlt, oder ihre Umlaufgeschwindigkeit
wird entsprechend so lange erhöht, bis die Temperatur auf 28l°` gesunken ist. In
gleicher Weise kann gegebenenfalls
wiederholt verfahren werden,
um das erfindungsgemäße Wärmegefälle von etwa 5"
zwischen der zu polymerisierenden
Masse und dem Wärmeaustauschmedium einzuhalten. Bei Durchführung dieser Maßnahme
ergibt sich eine völlig gleichmäßige Polymerisation der zwischen den Glasplatten
befindlichen Masse, ohne daß schädliche Temperatursprünge innerhalb der :Masse auftreten.
Nach 42 Stunden ist die Masse völlig hart geworden und besitzt die Temperatur des
Wärmeaustauschmediums, nämlich 28°'.
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Die Temperatur der zirkulierenden Luft wird nun rasch auf 125' erhöht
und bei dieser Temperatur noch 2 Stunden gehalten. Hierauf wird wieder auf 70°'
abgekühlt. Nach dieser Zeit können die Polymerisationsgebilde aus den Glasformen
herausgenommen werden. Man erhält durchsichtigeKunststoffplatten, deren Oberfläche
optisch völlig ruhig ist. Auch eine Nachbehandlung der Kunststoff-Scheiben bei einer
Temperatur von beispielsweise iSo°, wie sie zur Formgebung dieser Scheiben benötigt
wird, führt nicht zu einer wesentlichen Veränderung der Oberfläche, bzw. der Durchsicht.
Auch bei schrägem Aufblick ist die Durchsicht völlig verzerrungsfrei.