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Verfahren zur Erzielung einer Vorausdehnung von
Kunststoffteilchen aus polymerem Material und
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
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aus polymerem Material, wie Polystyrol, welche ein Ausdehnungsmittel ent-erhitzung erzielt werden kann, beträgt gewöhnlich etwa 32 g/t. Bei der industriellen Anwendung der In- fraroterhitzung neigen die Perlen dazu, während der Erhitzung zu einem Gerüst zusammenzuschmelzen, das mechanisch gebrochen werden muss, um ein frei fliessfähiges Produkt zu ergeben. Dampf ist als zweckmässiges Ausdehnungsmittel angesehen worden, doch ist bisher kein Verfahren für eine kontinuier- liche Ausdehnungsbehandlung mit Dampf geschaffen worden.
Die Erfindung bezweckt daher die Schaffung eines neuartigen, Verfahrens und einer neuartigen Ein- richtung für die geregelte Vorausdehnung von ausdehnbaren Polymeren mit Dampf zur Herstellung von ausgedehnten Polymeren, die weiter ausgedehnt werden können.
Die Érfindung betrifft ein Verfahren zur Erzielung einer Vorausdehnung von Kunststoffteilchen aus polymeremMaterial, wie Polystyrol, welche ein Ausdehnungsmittel enthalten, bei welchem die Teilchen unter Bewegung in einer Dampfatmosphäre bei einer Temperatur erhitzt werden, die oberhalb der Tem- peratur liegt, bei der das Ausdehnungsmittel wirksam wird und die Teilchen ausdehnt, welches dadurch gekennzeichnetist, dass das Einführen der Teilchen in die Dampfatmosphäre eines Behälters mittels eines Dampfstromes erfolgt und dass die Teilchen innerhalb der Dampfatmosphäre durch Rühren bewegt werden, wonach die vorausgedehnten und aufsteigenden Teilchen aus der Dampfatmosphäre herausgeführt wer- den.
Weiters betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, diese besteht im wesentlichen aus einem aufrechtstehenden Behälter und ist dadurch gekennzeichnet, dass nahe seinem
Boden ein Einlass für die kontinuierliche Zufuhr von Dampf und der Teilchen in den Behälter angeord- net ist, dass in dem Behälter eine Rührvorrichtung mit vertikaler Achse vorgesehen ist und dass nahe dem oberen Ende des Behälters ein freier Auslauf zur Entfernung jener Teilchen angeordnet ist, welche sich bereits auf das gewünschte Mass ausgedehnt haben.
Zum besseren Verständnis und zur leichteren Durchführung der Erfindung wird diese nachstehend an
Hand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt Fig. 1 eine teilweise schematische Ansicht der erfin- dungsgemässen Vorrichtung, wobei zur Darstellung von Einzelheiten Teile weggebrochen sind, Fig. 2 zeigt als Detail die Perlen-'und Dampfaufgabeeinrichtung zu Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt durch das
Expansionsgefäss der Fig. 1.
Erfindungsgemäss können die ausdehnbaren Perlen ohne weiteres um ein geregeltes Mass vorausgedehnt werden. Beispielsweise können die ausdehnbaren Polystyrolperlen, wie sie von der Firma Koppers Company
Inc. in Pittsburgh (USA) erzeugt und unter der Bezeichnung"Dylit"verkauft werden, ohne weiteres auf das Vierzigfache ihres ursprünglichen Volumens ausgedehnt werden. Auf diese Weise können ausdehn- bare Perlen mit einem Volumen von 640 g/l auf ein Volumen von 16 g/l ausgedehnt werden.
Gemäss Fig. 1 besitzt die erfindungsgemässe Vorrichtung eine Aufgabeeinrichtung 11 zum Mischen der ausdehnbaren Perlen mit Dampf und gegebenenfalls mit Luft, und ferner einen Behälter 13, in den das Gemisch von Dampf, Kunststoffperlen und gegebenenfalls Luft eingeführt wird und in dem die dem
Gefäss zugeführten Perlen mit den andern darin bereits enthaltenen Perlen gemischt werden, eine Rührvorrichtung 15 zur Bewegung des Gemisches, einen Auslauf 72 zur Abfuhr des ausgedehnten Materials aus dem oberen Teil des Gemisches, eine Trennvorrichtung 19, bestehend aus dem Auslauf 72 und einem
Trichter 75, zur Trennung der Perlen von dem Dampf, und eine Fördereinrichtung 84 zum Transport der vorausgedehnten Perlen zu einem Aufbewahrungsbehälter 90.
Die Aufgabeeinrichtung 11 ist in Fig. 1 als Mischer für die Perlen, die Luft und den Dampf dargestellt. Gemäss Fig. 2 besitzt die Aufgabeeinrichtung ein Rohr 20, das mit einem Haltestück 22 verschraubt ist, das einerseits in ein T-Stück 23 geschraubt ist, an dessen anderem Ende eine Hülse 24 angeschraubt ist, die zusammen mit dem Rohr 20 eine Venturianordnung bildet. Zu diesem Zweck ist das untere Ende des Rohres 20 aussen verjüngt, zweckmässig etwa um 30. Die Hülse 24 ist innen entsprechend dem Rohr 20 verjüngt und hat einen grösseren Innendurchmesser als der Aussendurchmesser des Rohres 20. Der unter Druck durch die Öffnung 26 des T-Stückes 23 und durch den Spalt zwischen der Hülse 24 und dem Rohr 20 zugeführte Dampf erzeugt in dem Rohr 20 ein Vakuum.
Aus dem Trichter 28 durch das Rohr 20 fal-
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ten Lufteintritt durch das Ventil 32 in das Rohr 20. Ein zwischen dem T-Stück 30 und dem Trichter 28 vorgesehener Schieber 34. ermöglicht die Regelung des Eintrittes der Perlen in das Rohr 20. Auf diese Weise können das in dem Rohr 20 erzeugte Vakuum und die Strömungsgeschwindigkeit des zwischen dem Rohr 20 und der Hülse 24 gebildeten Strahls durch das Öffnen und Schliessen des Ventils 32 bzw. des Schiebers 34 sowie auch weiters durch das Hinein- und Herausschrauben des Rohres 20 in dem Haltestück 22, wobei der Spalt zwischen Rohr 20 und der Hülse 24 geändert wird, geregelt werden.
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Im Betrieb der Aufgabeeinrichtung der Fig. 2 hat es sich gezeigt, dass mit höherem Dampfdruck in der Leitung 26 die zur Aufrechterhaltung eines entsprechenden Teilvakuums und eines entsprechenden
Materialzuflusses zu dem Gefäss erforderliche Dampfmenge kleiner wird. Bei zu langsamem Fluss durch die
Hülse 24 kann jedoch am Ende des Rohres 20 eine Verstopfung auftreten, weil Dampf durch das Rohr 20 nach oben tritt und dadurch die Perlen auf ihren Erweichungspunkt erhitzt, so dass sie zusammenbacken.
Das Gemisch von Perlen und Dampf und gegebenenfalls Luft wird über die Leitung 60 dem Ausdehnungs- behälter 13 zugeführt.
Der Behälter 13 ist gemäss Fig. 1 als stehender Zylinder 41 ausgebildet, der zweckmässig mit Iso- liermaterial 43 ummantelt ist und eine glatte, ebene isolierte Bodenplatte 45 hat, während er oben mit einem ebenfalls isolierten Deckel 47 geschlossen ist. Dieser Deckel ist vorteilhafterweise von geringem
Gewicht und so in Scharnieren gelagert, dass er sich öffnet, wenn der Auslauf 72 aus irgendeinem Grunde verstopft ist. Dieses Gefäss kann aus unlegiertem Stahl bestehen, wobei es einen Innenanstrich hat, um eine Korrosion durch Feuchtigkeit zu verhindern. Vorteilhafterweise besteht es jedoch aus rostfreiem
Stahl mit blanker, glatter Oberfläche.
Zur Bewegung der Perlen ist eine vertikal im Behälter 13 angeordnete Welle 49 mit Rührstäben 50 versehen, die radial fast bis zu der Innenwandung 41 des Behälters 13 reichen. Die Abstände der Rühr- stäbe 50 voneinander nehmen von unten nach oben fortschreitend zu. Diese Progression der Abstände zwi- schen den Stäben kann zweckmässig durch die Formel X+NA ausgedrückt werden, in der X der Abstand des unteren Stabes von der Bodenplatte des Gefässes, A der Faktor der Zunahme des Abstandes zwischen den Stäben und N die Ordnungszahl des jeweiligen Stabes ist.
Etwa in der Mitte zwischen den Ruhrstäben 50 sind feststehende Stäbe 51 vorgesehen, die sich seh- nenartig durch den Behälter erstrecken und in geeigneter Weise z. B. durch Schweissen oder Verschrauben an der Innenwandung befestigt und so angeordnet sind, dass sie knapp bis zur Welle 49 reichen. Diese feststehenden bzw. beweglichen Stäbe sind hier zylindrisch rund dargestellt, können aber auch oval oder flügelförmig ausgebildet sein. Zur Erzielung einer stärkeren Bewegung können an den feststehenden und beweglichen Stäben ineinandergreifende vertikale Stäbe in verschiedenem Achsabstand befestigt sein.
Die Welle 49 ist im Deckel 47 und der Bodenplatte 45 gelagert und wird über ein Wechselgetriebe
53 am Deckel 47 von einem Elektromotor 52 angetrieben. Dieses Getriebe und der Motor sind auf U- Trä- gern 56 montiert. Das Getriebe ermöglicht eine Veränderung der Drehzahl der Welle 49 beispielsweise entsprechend dem Zustand der auszudehnenden Perlen, so dass die Drehzahl erhöht werden kann, wenn die perlen eine Tendenz zum Zusammenbacken zeigen.
Der hinsichtlich der Bewegung kritische Bereich ist der untere Teil des Behälters 13. Bei ungenügen- der Bewegung an dieser Stelle erhitzen sich die teilausgedehnten Perlen und stauen sich im unteren Teil des Behälters. Von dieser angestauten Masse brechen dann Stücke ab, die in dem Produkt als Agglomerate erscheinen. Die gerührte Perlenmasse wirbelt in dem Behälter im Kreis herum und verhält sich wie eine gerührte Flüssigkeit. Diesem Verhalten muss die Rührgeschwindigkeit angepasst werden : Wenn nämlich zu schnell gerührt wird, kann eine ausgesprochene Wirbelsenke entstehen, die so tief werden kann, dass Dampf durch die wirbelsenke entweichen kann, ohne zwischen den perlen hindurchzutreten. Anderseits kann es sein, dass langsames Rühren nicht ausreicht, um ein Verschmelzen oder Zusammenbacken oder eine Klumpenbildung der Teilchen zu verhindern.
Es hat sich gezeigt, dass die Masse der sich ausdehnenden Perlen in dem Gefäss mit einer Geschwindigkeit umläuft, die etwa die Hälfte der Umfangsgeschwindigkeit der Rührstäbe ist. Ferner hat es sich gezeigt, dass beim Vorhandensein einer beträchtlichen Rauhigkeit oder eines Hindernisses die Perlen trachten, in dem Wirbel auf der stromabwärts gelegenen Seite hängen zu bleiben.
Das Zuführungsrohr 60, das den Mischer 11 mit dem Behälter 13 verbindet, ist so angeordnet, dass es das Gemisch aus perlen und Dampf horizontal dem unteren Teil des Behälters zuführt, wobei die Mündungsrichtung innerhalb jenes Winkels liegt, der durch den Radius der kreisförmigen des Behälters und der Tangente an diesen Kreis am Eintrittspunkt gebildet wird. Das zugeführte Gemisch vereinigt sich auf diese Weise mit der bereits im Umlauf befindlichen Masse.
Während der Zuführung der Perlen in das Gefäss und ihrer Ausdehnung bewirkt das flüssigkeitsähnliche Verhalten der gerührten Masse, dass die leichteren, d. h. stärker ausgedehnten Teilchen in den oberen Teil der Masse aufsteigen.
Zur Abfuhr der vorausgedehnten Teilchen ist am oberen Rand des Zylinders 41 eine kleine quadratische Öffnung 71 vorgesehen. Der Auslauf 72 ist an diese Öffnung 71 annähernd tangential angeschlossen und ist in einem Winkel von mehr als 450 gegen die Horizontale nach abwärtsgerichtet, so dass ein genügender Neigungswinkel vorhanden ist, dam'it sich die Perlen nicht im Auslauf aufstauen und diesen ver-
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zylindrischen Ausdehnungsbehälter, doch kann das Ausdehnungsgefäss auch andere. Formen besitzen und z.B.halbkugel- oder kegelförmig ausgebildet sein. In dem letzteren Falle sollen die mit der Welle ver- bundenen Rührstäbe. jedoch in T-förmigen Vorsprüngen enden, welche die Seitenwände des Gefässes be- streichen.
Ein typisches Ausführungsbeispiel wird nachstehend beschrieben. Darin wurde ein Ausdehnungsbehäl- ter mit einem Inhalt von 757 l bei einem Innendurchmesser von etwa 762 mm und einer Höhe von etwa
1524 mm verwendet, das mit einem Rührer versehen ist, der acht Stabpaare mit einem Durchmesser von
12, 7 mm aufweist, die mit sieben feststehenden Stäben vom gleichen Durchmesser zusammenwirken. Das
Gefäss hat eine Eintrittsöffnung von 25, 4 mm Durchmesser für das Gemisch aus Perlen und Dampf und ist mit einer Austrittsöffnung mit. einem quadratischen Querschnitt von 102 mm Seitenlänge für die überlau- fenden vorausgedehnten Teilchen versehen. Der Rührer wird mit 150 Umdr/min angetrieben und 137 kg/h
Polymerperlen zugeführt. Man erhält ein vorausgedehntes Material, das ein scheinbares spez. Gewicht von etwa 16 g/l hat.
Die zugeführten polymerperlen bestanden aus Polystyrol, dem 7 Gew. -0/0 Petrol- äther einverleibt waren und hatten ein scheinbares spez. Gewicht von etwa 624 g/l. Nachdem das Mate- rial 90 min lang rasten und abkühlen gelassen worden war, wird es erneut vorausgedehnt, wobei ein Pro- dukt erhalten wird, das ein spez. Gewicht von etwa 12,8 g/l hat und weiter ausgedehnt werden kann.
Vorstehend sind ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zur Vorausdehnung von Polymer- material beschrieben worden, das in einer Form weiter ausgedehnt werden kann. Das erfindungsgemäss ausgedehnte Produkt ist einheitlich ausgedehnt und ist nach Abtrennung von dem Dampf durch den freien
Fall vom Auslauf relativ frei fliessfähig. Bei Zuführung von nichtausgedehnten Perlen kann das scheinbare spez. Gewicht von 16 g/1 an aufwärts geregelt werden. Durch Kreislaufführung des einmal vorausgedehn- ten Produktes mit einem scheinbaren spez. Gewicht von 16 g/l ist eine weitere Verringerung der Dichte möglich.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzielung einer Vorausdehnung von Kunststoffteilchen aus polymerem Material, wie Polystyrol, welche ein Ausdehnungsmittel enthalten, bei welchem die Teilchen unter Bewegung in einer Dampfatmosphäre bei einer Temperatur erhitzt werden, die oberhalb jener Temperatur liegt, bei der das Ausdehnungsmittel wirksam wird und die Teilchen ausdehnt, dadurch gekennzeichnet, dass das Einführen der Teilchen in die Dampfatmosphäre eines Behälters mittels eines Dampfstroms erfolgt und dass die Teilchen innerhalb der Dampfatmosphäre durch Rühren bewegt werden, wonach die vorausgedehnten und aufsteigenden Teilchen aus der Dampfatmosphäre herausgeführt werden.