CN117561153A - 生产多孔塑料颗粒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生产多孔塑料颗粒的方法，包括以下步骤：‑提供致密塑料材料颗粒形式的塑料材料，‑在压力下将至少一种发泡剂装载至致密塑料材料颗粒，‑在温度的作用下使装载有至少一种发泡剂的塑料材料颗粒膨胀，以产生多孔塑料颗粒。

Description

生产多孔塑料颗粒的方法
技术领域
本发明涉及一种生产多孔塑料颗粒的方法。
背景技术
现有技术基本上已知用于生产多孔塑料颗粒(被进一步加工)的方法，特别是用于生产颗粒泡沫模制品的方法。
生产多孔塑料颗粒的已知方法基于双阶段工序，在第一阶段，在挤出机中熔融热塑性塑料材料，并在挤出机内向如此生产的热塑性塑料材料熔体中装载发泡剂；以及在第二阶段中，热塑性塑料材料从挤出机中以条状排出并由于发泡剂而膨胀或扩展，然后造粒或粉碎热塑性塑料材料。
在相应工序的第一阶段，由于在挤出机中的占主导地位的压力和温度条件，发泡剂溶解在热塑性材料熔体中。在装载有发泡剂的热塑性材料离开挤出机后，塑性材料由于压降而膨胀，并且发泡剂转化为气相。
在相应工序的第二阶段中，当塑料材料以条状从挤出机中排出时，例如通过切割装置将塑料材料造粒或粉碎，并且如上所述，在离开挤出机后，由于发泡剂的作用，塑料材料立即膨胀，产生多孔塑料颗粒，该多孔塑料颗粒可在单独的工序中被进一步加工以形成颗粒泡沫模制品。
已知方法在设备和工艺技术方面都比较复杂。此外，可以用已知方法生产的多孔塑料颗粒需要在诸如孔的尺寸、形态和分布等性能方面进行改进；在已知的方法中，在设备和工艺技术方面影响多孔塑料颗粒的相应性能的可能性明显受到限制。
发明内容
在此基础上，本发明的目的是提供一种生产多孔塑料颗粒的改进方法，特别是具有用于随后加工成颗粒泡沫模制品的特定可调的性能以及其应用或使用性能。
该目的通过根据权利要求1的方法实现。从属权利要求涉及该方法的可能实施方案。
本发明的第一方面涉及用于生产多孔塑料颗粒的方法；因此，本文所述的方法被用于生产多孔塑料颗粒。因此，根据该方法可以生产或生产出的塑料颗粒是至少部分地并且任选完全地具有多孔结构的塑料颗粒。塑料颗粒还可以具有一定的(进一步的)膨胀能力，特别是由于一定量的发泡剂--发泡剂可以是所述方法的残余物，或者是随后在单独的工艺步骤中引入的残余物。由于其多孔结构，可以根据该方法生产的多孔塑料颗粒，因此可以是可膨胀的和/或(机械地)可压缩的或可压缩的。在所有情况下，可以根据该方法制造或生产的塑料颗粒可以被称为或被认为是“泡沫颗粒”或“泡沫珠”。
可根据该方法生产的多孔塑料颗粒，在下文中也简称为“塑料颗粒”，可在一个或多个独立的下游工艺中进一步加工，以形成颗粒泡沫模制品。可使用蒸汽或过热蒸汽(基于蒸汽)或不使用蒸汽或过热蒸汽(非基于蒸汽或干燥)将多孔塑料颗粒进一步加工成颗粒泡沫模制品。
下文详细解释了生产多孔塑料颗粒的方法的步骤。
在该方法的第一步中，塑料材料以致密塑料材料颗粒的形式提供。根据该方法提供的致密塑料材料颗粒也可以任选地称为“致密塑料颗粒”。因此，在该方法的第一步中，提供被认为原始材料的塑料材料的致密(热塑性)塑料材料颗粒，该原始材料通常是热塑性塑料材料。因此，所提供的致密塑料材料以颗粒形式存在，即特别是以块状形式或形状存在。因此，在第一步中，通常执行至少一种措施来提供颗粒，即特别是块状或形状的、呈相应的致密塑料材料颗粒形式的致密塑料材料。在该方法的第一步骤中提供的致密塑料材料颗粒的密度通常在0.8g/cm3至2.2g/cm3的范围内，取决于材料组成或改性，由此产生所提供的致密塑料材料颗粒的致密性能；因此，所提供的致密塑料材料颗粒的基质不具有(明显的)多孔(porous)或多孔(cellular)结构。
致密塑料材料颗粒的基质可包含至少一种添加剂或添加剂材料，例如细长、球形或片状填料。特别地，对于具有添加剂或添加剂材料的致密塑料材料颗粒，密度可以(显著地)大于1g/cm3，这取决于浓度。相应的添加剂或材料本身可以以多孔形式存在或起作用。
所述方法的第一步可通过供给装置任选地至少部分自动化或部分自动化地进行，供给装置被配置用于连续或不连续地供给相应的致密塑料材料颗粒形式的相应塑料材料。相应的供给装置例如可以是输送装置，通过该输送装置，待加工成相应的多孔塑料颗粒的致密塑料材料颗粒可以被传送到或输送到执行该方法的第二步骤的加料装置。相应的输送装置可以例如采取或包括带式输送装置或流动输送装置的形式。因此，将致密塑料材料颗粒输送或输送到执行该方法的第二步骤的加料装置中可以包括在输送流中拾取致密塑料材料颗粒；因此，致密塑料材料颗粒可以通过输送流被输送至或输送进入执行该方法的第二步骤的加料装置。
在该方法的第二步中，至少在压力的作用下，将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒。因此，在第二步骤中，至少在压力的作用下，将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒，如果需要，根据材料，除了特定的压力之外，还可以施加特定的(升高的)温度。因此，在第二步中，通常至少在压力的作用下，因此至少在加压的情况下，进行至少一种将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒的措施。从现象上看，发泡剂在相应的致密塑料材料颗粒中的富集通常发生在该方法的第二步中。发泡剂在相应的致密塑料材料颗粒中的富集可以特别地取决于致密塑料材料颗粒、发泡剂以及可能包含在其中的添加剂或材料的化学构型，并且如上所述，通常还取决于材料相关的选定压力或温度条件，例如由或通过发泡剂在相应的致密塑料材料颗粒中的吸收和/或溶解过程产生。
气体，如二氧化碳或含二氧化碳和/或氮气的混合物，如空气，可用作发泡剂。一般而言，也可以使用任何可燃或不可燃的有机气体，即特别是丁烷或戊烷；或者惰性气体，例如稀有气体，即特别是氦气、氖气、氩气；或氮气、或其混合物。因此，术语“发泡剂”也可以包括化学和/或物理上不同的发泡剂的混合物。发泡剂的选择通常考虑到其在致密塑料材料颗粒中的溶解度，因此考虑到致密塑料材料颗粒的化学和/或物理构型或组成。如果致密塑料材料颗粒包含添加剂或添加剂材料，当选择发泡剂时，也可以考虑添加剂或添加剂材料的性能，例如化学和/或物理构型。
该方法的第二步骤可通过加料装置任选地至少部分自动化或部分自动化进行，该加料装置被配置用于至少在压力的作用下将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒或用于实施相应的加料过程。相应的加料装置可以例如被配置为高压装置，即通常被配置为包括加压室或处理室的压力容器装置，该压力容器装置可以是温度控制的，或者包括这种压力容器装置。相应的加料装置还可以包括温度控制装置，该温度控制装置被配置用于相应的加压室或处理室的温度控制。在所有情况下，相应的加料装置可以包括以硬件和/或软件实现的控制和/或调节单元，该控制和/或调节单元被配置用于控制和/或调节，即通常用于设置相应加压室或处理室内的某些动态和/或静态压力和/或温度参数。
在该方法的第三步骤中，在温度的作用下，即特别是在升高的温度下，装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒膨胀以产生多孔塑料颗粒。因此，在该方法的第三步骤中，装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒通常暴露于高温，即通常是热能，导致包含在致密塑料材料颗粒中的发泡剂脱气和膨胀。这通常发生在干燥状态下，即没有诸如蒸汽或水的流体的外部影响。特别地，在热软化或软化的致密塑料材料颗粒中发泡剂的脱气导致塑料材料颗粒膨胀，这在冷却或“冷冻”后导致具有永久多孔结构的塑料颗粒的形成，并因此形成待生产的多孔塑料颗粒。因此，在该方法的第三步骤中，通常采取至少一种措施来使包含在至少由于温度的影响并且因此至少是热的影响而软化或软化的致密塑料材料颗粒中的发泡剂脱气或膨胀，以便产生多孔塑料颗粒。从现象上看，在该方法的第三步骤中，特别是由于发泡剂从软化的或软化的致密塑料材料颗粒中解吸，在致密塑料材料颗粒中发生泡孔形成和泡孔生长，这导致产生多孔塑料颗粒。泡孔的形成通常基于前述发泡剂在成核点的解吸，该成核点是由于温度作用而软化或软化的塑料材料颗粒，而泡孔生长通常基于已经形成的泡孔中发泡剂的过压诱导膨胀。如前所述，以这种方式形成的多孔结构或由此实现的膨胀状态通过以这种方式生产的多孔塑料颗粒的温度降低而被永久“冻结”或固定，即通过在例如环境中的冷却。
基本上，在所述方法的第二步骤中加压后，即在压力下降后，特别是在正常或标准条件下，在相应的致密塑料材料颗粒内发生解吸过程，该致密塑料材料颗粒装载有发泡剂，并且通常由于热条件而软化。发泡剂的解吸过程代表了生产多孔塑料颗粒所需的在相应塑料材料颗粒内的泡孔形成和泡孔生长过程的基本先决条件。在该方法的第三步骤中，根据该方法生产的多孔塑料颗粒由在该方法的第二步骤之后存在的致密塑料材料颗粒形成，该颗粒装载有发泡剂，并且通常由于热原因，特别是由于相应的解吸过程而软化。如下所述，通过控制相应的解吸相关的泡孔形成和泡孔生长过程，可以实现具有局部不同泡孔性能的多孔结构，并且因此实现分级的多孔塑料颗粒。
本发明人假设，对于适当致密的原始材料，成核与软化行为的靶向调节相结合令人惊讶地可能对发泡剂的解吸具有决定性影响。特别地，大量小泡孔可以由大量单独的成核点或成位点形成，从而在相应的多孔塑料颗粒内产生精细的泡孔结构。相应的精细的泡孔结构的特征特别在于具有小泡孔且这些小泡孔在相应多孔塑料颗粒中的非常均匀的分布。
一般而言，可生产出泡孔尺寸在0.5μm至250μm范围内的多孔塑料颗粒。因此，实际的泡孔尺寸(当然这里通常指的是平均值)可以在很宽的范围内进行调节，从而根据所选的工艺条件适合于该工艺。这同样适用于相应的多孔塑料颗粒内的泡孔尺寸的任何分布。
特别地，多孔塑料颗粒(平均)泡孔尺寸低于100μm，特别地低于90μm，进一步特别地低于80μm，进一步特别地低于70μm，进一步特别地低于60μm，进一步特别地低于50μm，进一步特别地低于45μm，进一步特别地低于40μm，进一步特别地低于35μm，进一步特别地低于30μm，进一步特别地低于25μm，进一步特别地低于24μm，进一步特别地低于23μm，进一步特别地低于22μm，进一步特别地低于21μm，进一步特别地低于20μm，进一步特别地低于19μm，进一步特别地低于18μm，进一步特别地低于17μm，进一步特别地低于16μm，进一步特别地低于15μm，进一步特别地低于14μm，进一步特别地低于13μm，进一步特别地低于12μm，进一步特别地低于11μm，进一步特别地低于10μm，或者甚至更小。这里没有明确列出的所有中间值也是可能的。
如有必要，该方法的第三步骤可通过膨胀装置至少部分自动或部分自动地进行，该膨胀装置被配置为至少在温度的作用下膨胀用于生产多孔塑料颗粒的发泡剂，或进行相应的膨胀过程。相应的膨胀装置可以例如被配置为加热装置，即通常被配置为包括温度可控或温度受控的温度控制或处理室的温度控制装置，或者包括这样的温度控制装置。相应的调温装置还可以包括输送装置，该输送装置被配置用于沿着输送路径输送待膨胀的塑料材料颗粒通过相应的调温室或处理室。在所有情况下，相应的膨胀装置可以包括以硬件和/或软件实现的控制和/或调节单元，该控制和/或调节单元被配置用于控制和/或调节，即通常用于设置在相应的温度控制室或处理室内的某些动态和/或静态输送和/或温度和/或辐射参数。
特别地，如果需要，该方法的第三步骤可以连续进行，这比分批进行的工艺更有优势。
在该方法的第三步骤中生产的多孔塑料颗粒的密度通常显著低于在第一步骤中提供的致密塑料材料颗粒的初始密度，形成根据该方法可生产或生产的塑料材料颗粒的多孔性能；因此，根据该方法可以生产或生产的塑料材料颗粒具有多孔结构。在该方法的第三步骤中生产的多孔塑料颗粒的体积密度通常比在该方法的第一步骤中提供的致密塑料材料颗粒的体积密度低很多倍。
如上所述，在该方法的第三步骤中生产的多孔塑料颗粒可以是可膨胀的；这对于所述的，特别是基于蒸汽或非基于蒸汽的，多孔塑料颗粒的进一步加工以生产颗粒泡沫模制品来说是一个基本性能。
因此，与已知方法相比，该方法的特征在于特定的动态工艺控制，该动态工艺控制需要膨胀所需的软化，但与挤出工艺相比，装载有发泡剂的致密塑料材料没有完全熔融，因此没有压力和温度密集地使装载有发泡剂的塑料材料熔化。动态工艺控制，即特别是用其可能的快速(体积)加热，对于良好的能量效率和下面进一步提到的明显更精细的泡孔形态也是重要的(由于缺乏泡孔结合的时间)。因此，该工艺与用于其实施的相对(显著)简化的设备和工艺工程实施相关，因为致密塑料材料颗粒可以装载有发泡剂，并且装载有发泡剂的相应塑料材料颗粒至少在温度的作用下，特别是在温度和压力的作用下可以转化成多孔塑料颗粒。
此外，可根据该方法制造或生产的多孔塑料颗粒的性能得到改善，特别是在泡孔的尺寸、形态和分布方面，这是由于在该方法的第二步骤中发生的装载过程中和在该方法的第三步骤中发生的膨胀过程中容易地调节和非常好控制的工艺条件。
因此，该方法能够显著延长工艺窗口，该工艺窗口能够针对每种塑料材料精确设定或控制，这在原则上使得从任何(热塑性)致密塑料材料颗粒生产具有所需性能的多孔塑料颗粒成为可能。
如上所述，可以在压力和温度的作用下，将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒。因此，可以改变的参数是在该方法的第二步骤中占主导地位的压力和温度条件，所述参数用于将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒，并且在进一步的过程中，用于待生产的多孔塑料颗粒的某些性能的特定设定，特别是取决于材料。当然，在该方法的第二步骤中，时间，即特别是压力和温度条件的持续时间也是一个参数，该参数影响将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒，即特别地，影响发泡剂在致密塑料材料颗粒中的溶解。
用于实施该方法的第二步骤的特定参数作为示例给出如下：
例如，特别地根据致密塑料材料颗粒和/或发泡剂的化学组成，可以在以下压力范围内将发泡口装载至致密塑料材料颗粒：在1巴(bar)至200巴的范围内，特别地在1巴至190巴的范围内，进一步特别地在1巴至180巴的范围内，进一步特别地在1巴至170巴的范围内，进一步特别地在1巴至160巴之间的范围内，进一步特别地在1巴至150巴之间的范围内，进一步特别地在1巴至140巴之间的范围内，进一步特别地在1巴至130巴之间的范围内，进一步特别地在1巴至120巴之间的范围内，进一步特别地在1巴至110巴之间的范围内，进一步特别地在1巴至100巴之间的范围内，进一步特别地在1巴至90巴的范围内，进一步特别地在1巴至80巴的范围内，进一步特别地在1巴至70巴的范围内，进一步特别地在1巴至60巴的范围内，进一步特别地在1巴至50巴的范围内，进一步特别地在1巴至40巴的范围内，进一步特别地在1巴至30巴的范围内，进一步特别地在1巴至20巴的范围内，进一步特别地在1巴至10巴的范围内。代替1巴，2巴、3巴、4巴、5巴、6巴、7巴、8巴、9巴或10巴也可以用作下限。这里没有明确列举的所有中间值同样是可能的。如上所述，作为示例，上述压力具体指的是在执行该方法的第二步骤期间，相应的加料装置的加压室或处理室内的压力。
例如，特别地根据致密塑料材料颗粒和/或发泡剂的化学组成，可以在以下温度范围内将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒：在0℃至250℃的范围内，特别地0℃至240℃的范围内，进一步特别地0℃至230℃的范围内，进一步特别地0℃至220℃的范围内，进一步特别地在0℃至210℃的范围内，进一步特别地在0℃至200℃的范围内，进一步特别地在0℃至190℃的范围内，进一步特别地在0℃至180℃的范围内，进一步特别地在0℃至170℃的范围内，进一步特别地在0℃至160℃的范围内，进一步特别地在0℃至150℃的范围内，进一步特别地在0℃至140℃的范围内，进一步特别地在0℃至130℃的范围内，进一步特别地在0℃至120℃的范围内，进一步特别地在0℃至110℃的范围内，进一步特别地在0℃至100℃的范围内，进一步特别地在0℃至90℃的范围内，进一步特别地在0℃至80℃的范围内，进一步特别地在0℃至70℃的范围内，进一步特别地在0℃至60℃的范围内，进一步特别地在0℃至50℃的范围内，进一步特别地在0℃至40℃的范围内，进一步特别地在0℃至30℃的范围内，进一步特别地在0℃至20℃的范围内。这里没有明确列举的所有中间值同样是可以想到的。如上所述，作为示例，上述温度具体指的是在执行该方法的第二步骤期间相应的加料装置的加压室或处理室内的温度。
例如，特别地，根据致密塑料材料颗粒和/或发泡剂的化学组成，可以在以下时间内将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒：在1小时至1000小时的范围内，特别地在1小时至950小时的范围内，进一步特别地在1小时至900小时的范围内，进一步特别地在1小时至850小时的范围内，进一步特别地在1小时至800小时的范围内，进一步特别地在1小时至750小时的范围内，进一步特别地在1小时至700小时的范围内，进一步特别地在1小时至650小时的范围内，进一步特别地在1小时至600小时的范围内，进一步特别地在1小时至550小时的范围内，进一步特别地在1小时至500小时的范围内，进一步特别地在1小时至450小时的范围内，进一步特别地在1小时至400小时的范围内，进一步特别地在1小时至350小时的范围内，进一步特别地在1小时至300小时的范围内，进一步特别地在1小时至250之间的范围内，进一步特别地在1小时至200小时的范围内，进一步特别地在1小时至150小时的范围内，进一步特别地在1小时至100小时的范围内，特别地在1小时至90小时的范围内，特别地在1小时至80小时的范围内，特别地在1小时至70小时的范围内，特别地在1小时至60小时的范围内，特别地在1小时至50小时的范围内，特别地在1小时至40小时的范围内，特别地在1小时至30小时的范围内，特别地在1小时至20小时的范围内，特别地在1小时至10小时的范围内。这里没有明确列举的所有中间值同样是可以想到的。如上所述，上述示例性持续时间特别是指在执行该方法的第二步骤期间，在相应的加料装置的加压室或处理室内对塑料材料颗粒进行加压或温度施加。
用于实施该方法的第三步骤的特定参数作为示例给出如下：
在温度的作用下，特别地根据装载有发泡剂和/或发泡剂的塑料颗粒材料的化学组成，用于生产多孔塑料颗粒的装载有发泡剂的塑料材料颗粒的膨胀可以例如在常压下进行，即在约1巴的环境压力下进行。因此，特定的压力水平，例如过压或负压水平，是可能的，但不是强制性的，用于膨胀装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒以产生多孔塑料颗粒，这从根本上简化了膨胀过程。
例如，特别地，根据装载有发泡剂的塑料颗粒材料和/或发泡剂的化学组成，在温度的作用下，可以在以下温度范围内，使装载有发泡剂的塑料材料颗粒膨胀以产生多孔塑料颗粒，在0℃至300℃的范围内，特别地在0℃至290℃的范围内，进一步特别地在0℃至280℃的范围内，进一步特别地在0℃至270℃的范围内，进一步特别地在0℃至260℃的范围内，进一步特别地在0℃至250℃的范围内，进一步特别地在0℃至240℃的范围内，进一步特别地在0℃至230℃的范围内，进一步特别地在0℃至220℃的范围内，进一步特别地在0℃至210℃的范围内，进一步特别地在0℃至200℃的范围内，进一步特别地在0℃至190℃的范围内，进一步特别地在0℃至180℃的范围内，进一步特别地在0℃至170℃的范围内，进一步特别地在0℃至160℃的范围内，进一步特别地在0℃至150℃的范围内，进一步特别地在0℃至140℃的范围内，进一步特别地在0℃至130℃之间的范围内，进一步特别地在0℃至120℃之间的范围内，进一步特别地在0℃至110℃之间的范围内，进一步特别地在0℃至100℃之间的范围内，进一步特别地在0℃至90℃之间的范围内，进一步特别地在0℃至80℃之间的范围内，进一步特别地在0℃至70℃之间的范围内，进一步特别地在0℃至60℃之间的范围内，进一步特别地在0℃至50℃之间的范围内，进一步特别地在0℃至40℃之间的范围内，进一步特别地在0℃至30℃之间的范围内，进一步特别地在0℃至20℃之间的范围内。这里未明确列举的所有中间值是同样可想到的。上述温度可以特别是指当装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒进入相应的膨胀装置时的入口温度和/或当多孔塑料颗粒离开相应的膨胀装置时的出口温度。相应的入口和出口温度可以相同、相似或不同。假设相应的膨胀装置包括输送装置，该输送装置被布置成将装载有发泡剂的塑料材料颗粒沿着相应的调温装置输送，前述温度可以指装载有发泡剂的致密塑料颗粒材料进入相应的膨胀或调温装置时的温度(入口温度)。温度(入口温度)，即相应输送装置的初始区域，和/或当塑料颗粒离开相应的膨胀或温度控制装置时的出口温度(出口温度)，即相应输送装置的末端区域。通常，入口温度低于出口温度。
通过用高能热辐射，特别是红外辐射照射装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒，使装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒在温度作用下发生膨胀。特别地，考虑的波长在1μm至15μm范围内，特别地在1.4μm至8μm范围内，进一步特别地在1.4μm至3μm范围内的红外辐射。红外辐射的波长通常根据材料来选择。可以通过选择和/或调节所用高能辐射的性质，即特别是其波长，实现对装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒(特别地，根据材料)进行温度控制，特别是加热。这意味着，通过选择和/或调节高能辐射的性能，特别是其波长，可以以靶向的方式(特别地，根据材料)加热装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒，而不会有使装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒软化的风险，该风险对于装载有发泡剂的塑料材料颗粒的膨胀方法是不希望的，即软化的塑料材料颗粒的不希望的熔融或完全熔融。研究表明，红外辐射特别适合于此目的，因为其能够实现靶向性，并且与输送装置结合，非常容易地对装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒进行可控体积加热，实现可控软化工艺，从而实现可控膨胀过程，这对于设定待生产的多孔塑料颗粒的性能是至关重要的。
特别地，装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒的膨胀可以在温度的作用下通过用高能热辐射特别是红外辐射照射装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒来实现，其中装载有发泡剂的塑料材料颗粒在由输送装置限定的至少一个输送路径上沿着至少一个相应的高能辐射即特别是红外辐射发生装置输送，特别是连续地输送。相应的辐射产生装置特别可以被配置为红外炉或者包括红外炉，特别是连续红外炉。相应的红外炉可包括一个或多个沿相应的输送路径布置或形成的红外发射器。相应的红外发射器可以例如具有可变的辐射功率，该辐射功率在1kW至500kW的范围内，进一步特别地在1kW至450kW的范围内，进一步特别地在1kW至400kW的范围内，进一步特别地在1kW至350kW的范围内，进一步特别地在1kW至300kW的范围内，进一步特别地在1kW至250kW的范围内，进一步特别地在1kW至200kW的范围内，进一步特别地在1kW至150kW的范围内，进一步特别地在1kW至100kW的范围内，进一步特别地在1kW至50kW的范围内。代替1kW，也可以使用2kW、3kW、4kW、5kW、6kW、7kW、8kW、9kW或10kW作为下限。这里没有明确列出的所有中间值也是可能的。上述输出量可以特别指每平方米(m2)的面积输出量。研究表明，面积输出在5kW/m2至100kW/m2范围内之间特别能产生良好的效果。可变辐射器或可变辐射器(面积)输出可用于产生不同的温度区域，这也提供了用于影响膨胀过程的参数。
根据该方法，如上所述，在装载有发泡剂的塑料材料颗粒膨胀以生产多孔塑料颗粒后，可在温度的作用下(特别是低于先前膨胀过程的温度)对所生产的多孔塑料颗粒进行冷却。有利地快速进行的冷却会导致在膨胀过程之后多孔塑料颗粒的多孔结构的“冻结”。以这种方式，进一步地，可以特别地防止塑料颗粒在膨胀过程后不期望的进一步的整体膨胀或甚至仅局部膨胀，例如以便保持塑料颗粒在膨胀过程后期望的多孔结构。特别地，冷却可以从高于参考温度(特别地，室温可以用作参考温度)的加工温度进行至低于工艺温度或参考温度(特别地室温)的冷却温度。因此，用于冷却塑料颗粒的单独的调温装置不是绝对必要的，但是如果在膨胀过程之后将塑料颗粒冷却至室温或在室温下老化，则可能是重要条件。
根据该方法，如上所述，可以提供或使用包含至少一种特别是功能性添加剂或添加剂材料的致密塑料颗粒材料，例如纤维物质或材料、和/或染料或着色材料、和/或成核物质或材料和/或、和/或例如用于调节熔体粘度的添加剂(例如扩链剂)或用于增加吸收系数的添加剂(例如石墨、炭黑)等物质或材料，以专门影响或控制载有发泡剂的塑料材料颗粒的软化行为。因此，复合的致密塑料材料颗粒也可以装载有发泡剂并膨胀，从而产生具有特殊性能的多孔塑料颗粒。特别地，通过靶向选择并浓缩合适的添加剂或材料，可以为特定的应用或应用领域生产定制的塑料颗粒。添加剂或材料可以在其制造过程中被引入致密塑料材料颗粒中。
特别是通过纤维物质或材料，纤维物质或材料基本上可以是有机或无机纤维物质或材料，例如芳族聚酰胺、玻璃、碳或天然纤维，可以实现根据该方法生产的多孔塑料颗粒的特殊材料性能，或由可以根据该方法生产的多孔塑料颗粒生产的模制颗粒泡沫部件的特殊材料性能可以在进一步加工方面实现。由这些生产的相应的多孔塑料颗粒或颗粒泡沫模制品的特征在于，一方面由于其多孔结构而具有特殊的密度，另一方面特别是由于加工产生的在相应的多孔塑料颗粒内和/或在相应的相邻多孔塑料颗粒之间的相邻孔的机械连接而具有特殊的机械性能。在随后加工成颗粒泡沫模制品的工序中，这些特殊的机械性能可以被局部或整体利用，或者可以被进一步改性。这同样适用于，基本上不考虑其化学组成、非纤维状或成形的添加剂或添加剂材料，例如球体或球状或类片状或片状的有机和/或无机添加剂或添加剂材料。
除了具体影响塑料颗粒的机械性能之外，例如还可以通过合适的添加剂或材料具体影响塑料颗粒的电性能和/或热性能。因此，例如通过使用导电和/或导热添加剂或材料，如金属和/或炭黑颗粒等，可以生产具有特殊导电和/或导热性能的塑料颗粒。
相应添加剂或添加剂材料的浓度原则上可自由选择，尽管通常取决于材料。因此，仅通过示例的方式表明，可以提供或使用(相应)浓度在0.01wt.％(这特别适用于化学活性添加剂)至60wt.％(这特别适用于纤维添加剂)之间的具有一种(或多种)添加剂或添加剂材料的致密塑料材料颗粒。如上所述，浓度通常取决于添加剂或添加剂材料或其组合的特定化学和/或物理性能。
已经提到，原则上，任何热塑性材料都可以被提供或用作原始材料。仅作为示例，应当理解，根据该方法，可以使用选自以下项的塑料颗粒材料：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共混物、聚酰胺、聚酰胺共混物、聚碳酸酯、聚碳酸酯共混物、聚乙烯、聚乙烯共混物、聚丙烯、聚丙烯共混物、聚苯醚、聚苯醚共混物、热塑性弹性体、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯共混物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯共混物、聚苯乙烯、聚苯乙烯共混物、聚氯乙烯、热塑性弹性体共混物。也可以使用不同热塑性材料的共混物或混合物；改性PPE(mPPE)在本文中仅作为示例提及。
如果使用包含至少两种组分的共混物，所述至少两种组分在至少一种化学和/或物理参数和/或与分子构型相关的参数方面上存在差异，原则上这些组分可以以任何所需的比例组成存在，各自的比例总计为100重量％。因此，第一组分可以具有1重量％至99重量％范围内的任意比例，第二组分可以具有99重量％至1重量％范围内的任意比例，各自的比例加起来为100重量％。当然，低于1wt％和高于99wt％的比例也是可能的。
如上所述，所有使用的塑料材料可具有一种或多种添加剂，例如纤维。所有使用的塑料材料都可以是回收材料或含有一定比例的回收材料。
已经提到，可以根据该方法生产或制造的多孔塑料颗粒的性能可能特别会受到装载过程和膨胀过程中的工艺条件的影响。
根据该方法，根据所选择的工艺条件，可以生产具有均匀或不均匀分布的多孔结构的多孔塑料颗粒。因此，除了材料特定参数之外，在相应的多孔塑料颗粒内的性能，即特别是多孔结构的分布，(也)会受到装载或膨胀过程中的压力、温度和时间，以及各个方法步骤之间的输送或停留时间或条件的影响。
如果根据该方法生产具有不均匀分布的多孔结构的多孔塑料颗粒，则相应的多孔塑料颗粒在周边区域中与在核心区域中相比可具有不同数量和/或形态的泡孔。因此，由于泡孔数量和/或泡孔形态的不同分布，可以生产具有特殊性能范围的分级多孔塑料颗粒。因此，例如以核壳颗粒的方式，分级多孔塑料颗粒可以在(外部)周边区域与在(内)核心区域具有不同的多孔性能。
相应配置的多孔塑料颗粒特别地可通过用发泡剂(太)短时间装载致密原始材料来实现，然后发泡剂仅在周边附近积聚，使得之后发生膨胀，尤其是在周边处。相反，发泡剂装载和膨胀之间的(过度)长的老化期会导致主要是多孔塑料颗粒中的“芯”发泡。
一般而言，可生产出泡孔尺寸在0.5μm至250μm范围内的多孔塑料颗粒。因此，实际的泡孔尺寸(当然这里通常指的是平均值)可以在很宽的范围内进行调节，从而根据所选的工艺条件而适应于该工艺。这同样适用于各多孔塑料颗粒内的任何泡孔尺寸分布。
一般而言，特别地，根据膨胀度和适当的填料含量，通过该工艺可以生产体积密度在20g/L至1500g/L范围内的多孔塑料颗粒也是正确的。因此，实际的体积密度(这里当然也通常指平均值)可以在很宽的范围内进行调节，从而根据所选择的工艺条件进行定制。
以下是可作为工艺的一部分具体地加工或已经加工过的致密塑料材料颗粒的纯示例性列表，以及用于实施工艺的第二步骤和第三步骤的相关参数：
在第一示例中，在该方法的第一步中提供了体积密度在650g/L至720g/L的范围内的致密的聚碳酸酯塑料颗粒，即聚碳酸酯的塑料材料颗粒。在该方法的第二步中，在压力容器中，在37巴至55巴的压力下，用二氧化碳作为发泡剂，在没有单独调温的情况下，在18小时的时间段内将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒。在该方法的第三步中，通过将装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒输送(特别是连续或不连续地输送)通过包括多个红外发射器的红外连续炉，即通过将装载有发泡剂的塑料材料颗粒沿着由具有约10kW的总发射器功率的红外发射器形式的多个调温元件形成的约5m长度的输送或调温区段输送，使装载有发泡剂的塑料材料颗粒膨胀。输送机区段入口处的输送带温度约为140℃，输送机/调温区段出口处的输送带温度约为180℃。输送速度约为700mm/s。以这种方式生产的多孔塑料颗粒的体积密度约为100g/L。
在第二示例中，在该方法的第一步中提供了体积密度约为680g/L的致密的聚碳酸酯/聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料材料颗粒，即由聚碳酸酯/聚对苯二甲酸乙二醇酯共混物制成的塑料颗粒。在该方法的第二步中，在压力容器中，在约50巴的压力下，用二氧化碳作为发泡剂，在没有单独调温的情况下，在20小时的时间段内将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒。在该方法的第三步中，通过将装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒输送(特别是连续或不连续地输送)通过包括多个红外发射器的红外连续炉，即通过将装载有发泡剂的塑料材料颗粒沿着由具有约10kW的总发射器功率的红外发射器形式的多个调温元件形成的约5m长度的输送或调温区段输送，使装载有发泡剂的塑料材料颗粒膨胀。输送机区段入口处的输送带温度约为80℃，输送机或温度控制区段出口处的输送带温度约为240℃。输送速度约为450mm/s。以这种方式生产的多孔塑料颗粒的体积密度约为340g/L。
在第三示例中，在该方法的第一步中提供了体积密度约为740g/L的致密的聚对苯二甲酸丁二醇酯塑料颗粒，即聚对苯二甲酸丁二醇酯的塑料材料颗粒。在该方法的第二步中，在压力容器中，在约50巴的压力下，用二氧化碳作为发泡剂，在没有单独调温的情况下，在80小时的时间段内将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒。在该方法的第三步中，通过将装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒输送(特别是连续或不连续地输送)通过包括多个红外发射器的红外连续炉，即通过将装载有发泡剂的塑料材料颗粒沿着由具有约20kW的总发射器功率的红外发射器形式的多个调温元件形成的约5m长度的输送或调温区段输送，使装载有发泡剂的塑料材料颗粒膨胀。输送机区段入口处的输送带温度约为100℃，输送机/调温区段出口处的输送带温度约为220℃。输送速度约为450mm/s。以这种方式生产的多孔塑料颗粒的体积密度约为100g/L。
在第四示例中，在该方法的第一步中提供了体积密度约为715g/L的致密聚苯醚/聚苯乙烯塑料颗粒，即聚苯醚/聚苯乙烯共混物的塑料材料颗粒。在该方法的第二步中，在压力容器中，在约55巴的压力下，用二氧化碳作为发泡剂，在没有单独调温的情况下，在120小时的时间段内将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒。在该方法的第三步中，通过将装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒输送(特别是连续或不连续地输送)通过包括多个红外发射器的红外连续炉，即通过将装载有发泡剂的塑料材料颗粒沿着由具有约18kW的总发射器功率的红外发射器形式的多个调温元件形成的约5m长度的输送或调温区段输送，使装载有发泡剂的塑料材料颗粒膨胀。输送机区段入口处的输送带温度约为80℃，输送机/调温区段出口处的输送带温度约为220℃。输送速度约为400mm/s。以这种方式生产的多孔塑料颗粒的体积密度约为180g/L。
本发明的第二方面涉及一种颗粒泡沫材料，其由根据第一方面的方法生产的多孔塑料颗粒形成或包含根据第一方面的方法生产的多孔塑料颗粒。
本发明的第三方面涉及加工根据第二方面的塑料颗粒材料以生产颗粒泡沫模制品的方法。
第四方面涉及用于生产多孔塑料颗粒(特别是根据第一方面的方法生产的多孔塑料颗粒)的设备，包括：
-第一装置，该第一装置被配置用于在压力的作用下将发泡剂装载至致密热塑性塑料，该装置特别地包括例如呈压力容器装置的形式的加料装置；以及
-第二装置，该第二装置被配置用于在温度的作用下使所述发泡剂膨胀以生产多孔塑料颗粒，该装置特别包括呈辐射发生装置形式的膨胀装置，所述辐射发生装置用于产生高能辐射，特别是红外辐射。
第二装置可包括输送装置，特别是组合式输送和温度控制装置。相应的组合式输送和温度控制装置可以例如被配置为连续炉，特别是包括一个或多个红外发射器的红外连续炉，或者可以包括至少一个这样的炉。
第二装置也可被指定为应力释放装置，例如应力释放室，其中在限定的化学和/或物理条件下，即特别是限定的温度比下，制造的多孔塑料颗粒在限定的化学和/或物理条件下，即特别地限定的温度比下在该应力释放室中存放限定的时间。相应的应力释放装置例如可以被配置为减压装置或者包括这样的装置。
可以想到的是，该设备还包括输送装置，通过该输送装置，生产的多孔塑料颗粒被连续或不连续地输送通过相应的松弛空间。
该设备还可以包括合适的处理装置，用于处理致密塑料材料颗粒，以提供其和/或用于移除产生的多孔塑料颗粒。相应的处理装置也可以被配置为输送装置或包括输送装置。特别地，考虑了适于输送散装材料的输送装置，例如被配置为形成输送流的气动输送装置。
该设备可基本包括输送装置，通过该输送装置，致密塑料材料颗粒或多孔塑料颗粒被连续或不连续地输送通过该设备的各个装置。
类似地，与根据第一方面的方法相关的所有实施方案适用于根据第二方面的颗粒泡沫材料、根据第三方面的方法和根据第四方面的设备。
附图说明
下面将参照图中的示例性实施例再次解释本发明，附图示出：：
图1示出了根据一实施方案的方法的流程图；
图2是用于执行根据一实施方案的方法的设备的原理表示；以及
图3、图4分别是根据一示例性实施例的方法生产的多孔塑料颗粒的原理表示。
具体实施方式
图1示出了说明根据实施例的方法的流程图。
该方法是一种用于生产多孔塑料颗粒的方法；因此，该方法用于生产多孔塑料颗粒。因此，根据该方法可以生产或生产出的塑料颗粒是至少部分地并且任选完全地具有多孔结构的塑料颗粒。塑料颗粒也可以特别地由于发泡剂的某些内容物-它是来自所述方法的残余物或随后在单独的方法步骤中引入的残余物，而具有一定的(进一步的)膨胀能力。因此，可以根据该方法生产或制造的多孔塑料颗粒可以是可膨胀的和/或(机械地)可压缩的。
可根据该方法制造或生产的多孔塑料颗粒可在一个或多个独立的下游工艺中进一步加工，以形成颗粒泡沫模制品。可使用蒸汽或过热蒸汽(基于蒸汽)或不使用蒸汽或过热蒸汽(非基于蒸汽或干燥)将塑料颗粒进一步加工成颗粒泡沫模制品。
下面参照图1和图2更详细地解释生产多孔塑料颗粒的方法的步骤。
在该方法的第一步S1中，提供致密塑料材料颗粒形式的塑料材料。所提供的致密塑料材料颗粒也可以可选地称为“致密塑料颗粒”。因此，在该方法的第一步中提供被认为是原始材料的致密塑料材料颗粒，该原始材料通常是热塑性塑料材料颗粒。因此，所提供的原始材料以颗粒形式存在，即特别是以块状形式或形状存在。因此，在第一步中，通常执行至少一种措施提供颗粒，即特别是块状或形状的(热塑性)、呈相应的致密塑料材料颗粒形式的塑料材料。在该方法的第一步骤中提供的塑料材料颗粒的密度通常在0.8g/cm3至2.2g/cm3的范围内，取决于材料组成或改性，由此产生所提供的致密塑料材料颗粒的致密性能；因此，所提供的致密塑料材料颗粒的基质不具有多孔(porous)或多孔(cellular)结构。
然而，致密塑料材料颗粒的基质可包含至少一种添加剂或添加剂材料，例如细长、球形或片状填料。特别是对于具有添加剂或添加剂材料的致密塑料材料颗粒，取决于浓度，密度可以(显著地)大于1g/cm3。相应的添加剂或材料可以以多孔形式存在或起作用。
如有必要，该方法的第一步S1可通过图2中纯粹示意性示出的供给装置2至少部分自动化或部分自动化地进行，该供给装置2被配置用于连续或不连续地供给相应的致密塑料材料颗粒。相应的供给装置2例如可以是输送装置，通过该输送装置，待加工成相应的多孔塑料颗粒的致密塑料材料颗粒可以被输送至或进入执行该方法的第二步的加料装置3。相应的输送装置可以被配置为例如带式输送装置或流式输送装置，或者可以包括这样的装置。因此，将致密塑料材料颗粒输送至或输送进入执行该方法的第二步的加料装置3中可以包括在输送流中拾取致密塑料材料颗粒；因此，致密塑料材料颗粒可以通过输送流被输送至或输送进入执行该方法的第二步的加料装置3。
在该工艺的第二步S2中，至少在压力的作用下，将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒。因此，在第二步中，至少在压力的作用下，将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒，如果需要，根据材料，除了特定的压力之外，还可以施加特定的(升高的)温度。因此，在第二步中，通常至少在压力的作用下，因此至少在加压的情况下，进行至少一种将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒的措施。从现象上看，发泡剂在相应的致密塑料材料颗粒中的富集通常发生在该方法的第二步中。发泡剂在相应的致密塑料材料颗粒中的富集可以特别取决于致密塑料材料颗粒的化学构型、发泡剂以及可能包含在其中的添加剂或材料，并且如上所述，通常还取决于材料相关的选定压力或温度条件，例如由或通过发泡剂在相应的致密塑料材料颗粒中的吸收和/或溶解过程产生。
气体，如二氧化碳或含二氧化碳和/或氮气的混合物，如空气，可用作发泡剂。一般而言，可以使用任何可燃或不可燃的有机气体，即特别地丁烷或戊烷；或者惰性气体，例如稀有气体，即特别地氦气、氖气、氩气；或氮气、或其混合物。因此，术语“发泡剂”也可以包括化学和/或物理上不同的发泡剂的混合物。发泡剂的选择通常考虑到其在致密塑料材料颗粒中的溶解度，因此考虑到致密塑料材料颗粒的化学组成。如果致密塑料材料颗粒包含添加剂或添加剂材料，当选择发泡剂时，也可以考虑添加剂或添加剂材料的性能，例如化学和/或物理构型。
如有必要，该方法的第二步S2可通过图2中纯粹示意性示出的加料装置3至少部分自动或部分自动地进行，该加料装置3被配置用于在至少在压力的作用下将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒或配置成进行相应的装载过程。相应的加料装置3可以例如被配置为高压装置，即通常被配置为包括加压室或处理室的压力容器装置3.1，或者包括这种压力容器装置。相应的加料装置3还可以包括温度控制装置3.2，该温度控制装置3.2被配置用于相应的加压室或处理室的温度控制。在所有情况下，相应的加料装置可以包括以硬件和/或软件实现的控制和/或调节单元3.3，该控制和/或调节单元3.3被配置用于控制和/或调节，即通常用于设置在加压室或处理室内的某些动态和/或静态压力和/或温度参数。
在该工艺的第三步S3中，在温度的作用下，即特别是高温的影响下，使装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒膨胀以产生多孔塑料颗粒。因此，在该方法的第三步中，装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒通常暴露于高温，即通常是热能，导致包含在致密塑料材料颗粒中的发泡剂的脱气和膨胀。特别地，在热软化或软化的致密塑料材料颗粒中发泡剂的脱气导致塑料颗粒膨胀，这在冷却或“冷冻”后导致形成具有永久多孔结构的塑料颗粒，并因此导致形成待生产的多孔塑料颗粒。因此，在该工艺的第三步S3中，通常，采取至少一种措施来使包含在致密塑料材料颗粒中的发泡剂脱气或膨胀，该颗粒至少由于温度的作用、并且因此至少是热的影响而软化或软化，以便产生多孔塑料颗粒。从现象上看，在该方法的第三步中，特别是由于发泡剂从正在软化的或软化后的致密塑料材料颗粒中解吸，在致密塑料材料颗粒中发生泡孔形成和泡孔生长，这导致产生多孔塑料颗粒。泡孔的形成通常基于在由于温度作用正在软化或软化后的塑料材料颗粒的成核点处发泡剂的前述解吸，而泡孔生长通常基于在已经形成的泡孔中发泡剂的过压诱导膨胀。如前所述，通过以这种方式生产的多孔塑料颗粒的温度降低，即通过在例如环境中的冷却，以这种方式形成的多孔结构或由此实现的膨胀状态被永久“冻结”或固定。
基本上，在该工艺的第二步S2中加压后，即在压力下降后，特别是在正常或标准条件下，在相应的致密塑料材料颗粒内发生解吸过程，该致密塑料材料颗粒装载有发泡剂，并且通常由于热条件而软化。发泡剂的解吸过程代表了用于生产多孔塑料颗粒所需的在相应塑料材料颗粒内的泡孔形成和泡孔生长过程的基本先决条件。在该工艺的第三步S3中，根据该方法生产的多孔塑料颗粒由在该工艺的第二步S2之后存在的致密塑料材料颗粒形成，该多孔塑料颗粒装载有发泡剂，并且通常由于热条件，特别是由于相应的解吸过程而软化。如将进一步解释的，通过控制相应的与解吸相关的泡孔形成和泡孔生长过程，可实现具有局部不同泡孔性能的泡孔结构，并且因此实现分级的多孔塑料颗粒。
成核与软化行为的靶向调节相结合对发泡剂的解吸具有决定性影响。特别地，大量的小泡孔可以由大量的单个成核点形成，从而在相应的多孔塑料颗粒内产生精细的泡孔结构。相应的精细的泡孔结构的特征特别在于小泡孔以及这些小泡孔在相应的多孔塑料颗粒中的非常均匀的分布。
一般而言，可生产出泡孔尺寸在0.5μm至250μm范围内的多孔塑料颗粒。因此，实际的泡孔尺寸(当然这里通常指的是平均值)可以在很宽的范围内进行调节，从而根据所选的工艺条件适合于该工艺。这同样适用于在相应的多孔塑料颗粒内的泡孔尺寸的任何分布。
特别地，可以用该方法形成(平均)泡孔尺寸低于100μm，特别地低于75μm，进一步特别地低于50μm，进一步特别地低于25μm的多孔塑料颗粒。
如有必要，该方法的第三步S3可通过膨胀装置4至少部分自动或部分自动地进行，该膨胀装置4被配置为至少在温度的作用下膨胀发泡剂或进行相应的膨胀过程用于生产多孔塑料颗粒。相应的膨胀装置4可以例如被配置为加热装置，即通常被配置为包括温度受控或温度调节的温度控制或处理室的温度控制装置4.1，或者包括这样的温度控制装置。相应的调温装置4.1还可以包括输送装置4.3，该输送装置4.3被配置用于将待膨胀的塑料材料颗粒沿着输送路径输送通过相应的调温或处理室。相应的膨胀装置4可以在所有情况下包括以硬件和/或软件实现的控制和/或调节单元4.2，该控制和/或调节单元4.2被配置用于控制和/或调节，即通常用于设置在相应的调温或处理室内的某些动态和/或静态输送和/或温度和/或辐射参数。
在该方法的第三步S3中生产的多孔塑料颗粒的密度显著低于在第一步S1中提供的致密塑料材料颗粒的密度，导致可根据该方法生产或生产的塑料颗粒的多孔性能。在该方法的第三步S3中产生的多孔塑料颗粒的体积密度通常比在该工艺的第一步S1中产生的致密塑料材料颗粒的体积密度低很多倍。
如上所述，在该方法的第三步S3中生产的多孔塑料颗粒可以是可膨胀的；这对于所述的，特别是基于蒸汽或非基于蒸汽的，多孔塑料颗粒的进一步加工以生产颗粒泡沫模制品来说是一个基本性能。
如上所述，可以在压力和温度的影响下，将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒。因此，针对将发泡剂装载至预膨胀塑料材料颗粒以及随后针对待生产或已生产的多孔塑料颗粒的某些性能的具体调节，特别地根据材料可以改变的参数是在该方法的第二步S2中占主导的压力和温度条件。当然，时间，即特别是在该方法的第二步中压力和温度条件的持续时间也是一个参数，该参数影响将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒，即特别是发泡剂在致密塑料材料颗粒中的溶解。
例如，特别地根据致密塑料材料颗粒和/或发泡剂的化学组成，例如在1巴至200巴的压力下，将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒。该压力特别是指在该工艺的第二步S2的执行过程中，相应的加料装置3的加压室或处理室内的压力。
例如，特别地根据致密塑料材料颗粒和/或发泡剂的化学组成，可以在例如0℃至200℃范围内的温度下，将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒。该温度特别是指在执行该工艺的第二步S2期间，在相应的加料装置的加压室或处理室内的温度。
例如，特别地根据致密塑料材料颗粒和/或发泡剂的化学组成，可在例如在1小时至1000小时的范围内的时间段内，将一种或多种发泡剂装载至致密塑料材料颗粒。如上所述，上述示例性持续时间具体指的是在执行该工艺的第二步S2期间，在相应的加料装置2的加压室或处理室内对塑料材料颗粒进行加压或温度施加。
在温度的作用下，特别是根据装载有发泡剂和/或发泡剂的塑料颗粒材料的化学组成，可以例如在常压下，即约1巴的环境压力，将装载有发泡剂的塑料材料颗粒膨胀以生产多孔塑料颗粒。因此，特定的压力水平，例如正压力水平或负压力水平，对于装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒膨胀以生产多孔塑料颗粒是可能的，但不是绝对必要的，这从根本上简化了膨胀过程。
在温度的作用下，使装载有发泡剂的塑料材料颗粒膨胀以产生多孔塑料颗粒可以例如，特别地根据装载有发泡剂的塑料颗粒材料和/或发泡剂的化学组成，在例如0℃至300℃的温度范围内进行。特别地，上述温度可以指当装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒进入相应的膨胀装置4时的入口温度和/或当多孔塑料颗粒离开相应的膨胀装置4时的出口温度。相应的入口和出口温度可以相同、相似或不同。假设相应的膨胀装置4包括输送装置4.3，该输送装置4.3被布置成沿着相应的调温装置4.1输送装载有发泡剂的塑料材料颗粒，前述温度可指装载有发泡剂的致密塑料颗粒材料进入相应的膨胀或调温装置4.1时的温度(入口温度)。温度控制装置4.1(入口温度)，从而到达相应的输送装置4.3的初始区域，和/或指当塑料颗粒离开相应的膨胀或温度控制装置4时的出口温度(出口温度)，从而到达相应的输送装置的末端区域。通常，入口温度低于出口温度。
装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒在温度作用下的膨胀可通过用高能热辐射，特别是红外辐射照射装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒来实现。通过选择和/或调节高能辐射的性能，可以实现对装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒的温度控制，即特别是加热，特别是取决于材料。这意味着装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒的加热可以通过选择和/或调节高能辐射的性能，即特别是其波长以靶向的方式进行，特别地根据材料，而没有装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒软化的风险，这对于装载有发泡剂的塑料材料颗粒的膨胀方法是不希望的，即软化的塑料材料颗粒的不希望的熔融或完全熔融。研究表明，红外辐射特别适合于此目的，因为其能够实现靶向性，并且与输送装置4.3相结合地对装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒进行非常可控的体积加热，实现可控的软化工艺，从而实现可控的膨胀过程，这对于设定待生产的多孔塑料颗粒的性能是至关重要的。
特别地，装载有发泡剂的塑料材料颗粒的膨胀可以在温度的作用下通过用高能热辐射、特别是红外辐射照射装载有发泡剂的致密塑料材料颗粒来实现，其中装载有发泡剂的塑料材料颗粒在由输送装置4.3限定的至少一个输送路径上沿着至少一个相应的高能辐射、即特别是红外辐射发生装置4.4输送，特别是连续地输送。相应的辐射产生装置4.4特别可以被配置为或者包括红外炉，特别是连续红外炉。相应的红外炉可包括一个或多个沿相应的输送路径布置或形成的红外发射器。相应的红外发射器可以例如具有在1kW至500kW的范围内可变的辐射功率。上述功率可以特别指每平方米的面积功率。特别地，可以使用5kW/m2至100kW/m2范围内之间的面积功率。可变辐射器或可变辐射器(面积)输出可用于产生不同的温度区域，这也提供了用于影响膨胀过程的参数。
根据该方法，如上所述，在装载有用于生产多孔塑料颗粒的发泡剂的塑料材料颗粒膨胀后，可在温度的作用下(特别是低于先前膨胀过程的温度)对所生产的多孔塑料颗粒进行冷却。有利地快速进行的冷却会导致多孔塑料颗粒的多孔结构在膨胀过程后进行“冻结”。以这种方式，进一步地，可以特别地防止塑料颗粒的整体膨胀或者甚至仅仅局部膨胀，这在膨胀过程之后是不期望的，例如为了保持塑料颗粒的多孔结构，这在膨胀过程之后是期望的。特别地，冷却可以从高于参考温度(特别地，室温可以用作参考温度)的加工温度进行至低于工艺或参考温度(特别是室温)的冷却温度。因此，用于冷却塑料颗粒的单独的调温装置不是绝对必要的，但是如果塑料颗粒在膨胀过程之后被冷却至室温或者在室温下老化就足够了。
根据该方法，也如上所述，可提供或使用包含至少一种特别是功能性添加剂或添加剂材料的致密塑料颗粒材料，例如纤维物质或材料和/或染料或着色材料和/或成核物质或材料和/或用于具体影响或控制装载有发泡剂的塑料材料颗粒的软化行为的物质或材料。因此，复合的致密塑料材料颗粒也可以装载发泡剂并膨胀，从而产生具有特殊性能的多孔塑料颗粒。特别地，通过靶向选择并浓缩适当的添加剂或材料，可以为特定的应用或应用领域生产定制的塑料颗粒。添加剂或材料可以在其制造过程中被引入到致密塑料材料颗粒中。
特别是通过纤维物质或材料，该纤维物质或材料基本上可以是有机或无机纤维物质或材料，例如芳族聚酰胺、玻璃、碳或天然纤维，可以实现根据该方法生产的多孔塑料颗粒的特殊材料性能，或由可以根据该方法生产的多孔塑料颗粒生产的模制颗粒泡沫部件的特殊材料性能可以在进一步加工方面实现。相应的多孔塑料颗粒或由其生产的颗粒泡沫模制品的特征在于，一方面由于其多孔结构而具有特殊的密度，另一方面特别是由于加工产生的在相应的多孔塑料颗粒内和/或在相应的各相邻多孔塑料颗粒之间的相邻孔的机械连接而具有特殊的机械性能。在随后加工成颗粒泡沫模制品的过程中，这些特殊的机械性能可以被局部或整体利用，或者可以被进一步改性。这同样适用于非纤维的或成形的添加剂或添加剂材料，例如球形或成形的或片状或成形的有机和/或无机添加剂或添加剂材料，基本上不考虑其化学组成。
除了具体影响塑料颗粒的机械性能之外，还可以例如通过适当的添加剂或材料具体影响塑料颗粒的电性能和/或热性能。因此，例如通过导电和/或导热添加剂或材料，如金属和/或炭黑颗粒等，可以生产具有特殊导电和/或导热性能的塑料颗粒。
相应添加剂或添加剂材料的浓度原则上可以自由选择，尽管通常取决于材料。因此，仅通过示例的方式表明，可以提供或使用(相应)浓度在0.01wt％(这特别适用于化学活性添加剂)至60wt％(这特别适用于纤维添加剂)之间的具有一种(或多种)添加剂或添加剂材料的致密塑料材料颗粒。如上所述，浓度通常取决于添加剂或添加剂材料或其组合的具体化学和/或物理性能。
根据该方法，基本上可以提供或使用任何热塑性塑料材料作为原始材料。例如，根据该方法，可以使用选自以下项的塑料颗粒材料：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共混物、聚酰胺、聚酰胺共混物、聚碳酸酯、聚碳酸酯共混物、聚乙烯、聚乙烯共混物、聚丙烯、聚丙烯共混物、聚苯醚、聚苯醚共混物、热塑性弹性体、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯共混物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯共混物、聚苯乙烯、聚苯乙烯共混物、聚氯乙烯、热塑性弹性体共混物。根据该方法，根据所选择的工艺条件，例如，可生产具有均匀或不均匀分布的多孔结构的多孔塑料颗粒。因此，除了材料特定参数之外，在相应的多孔塑料颗粒内的性能，即特别是多孔结构的分布，(也)会受到装载或膨胀过程中的压力、温度和时间以及各个方法步骤S1-步骤S3之间的输送时间或条件的影响。
如果根据该方法生产具有不均匀分布的多孔结构的多孔塑料颗粒，则相应的多孔塑料颗粒在周边区域中与在核心区域中相比可具有不同数量和/或形态的泡孔。因此，由于泡孔数量和/或泡孔形态的不同分布，可以生产具有特殊性能范围的分级多孔塑料颗粒。因此，分级多孔塑料颗粒可以例如以核壳颗粒的方式，在(外)周边区域中与在(内)核区域中相比具有不同的多孔性能。
一般而言，特别是根据膨胀度和适当的填料含量，通过该工艺可以生产体积密度在20g/l至1500g/l范围之间的多孔塑料颗粒也是正确的。因此，实际的体积密度(这里当然也通常指平均值)可以在很宽的范围内进行调节，从而根据所选择的工艺条件进行定制。
在图2中示出的用于实施该工艺的设备1的示例性实施例包括前述供给装置2、通常设计为第一装置的加料装置3和通常设计为第二装置的膨胀装置4，该加料装置3被配置为用于在压力作用下将发泡剂装载至致密热塑性塑料，该膨胀装置4被配置为用于在温度作用下膨胀发泡剂以生产多孔塑料颗粒。
分级装置2可包括合适的处理装置，用于处理致密塑料材料颗粒，以对该致密塑料材料颗粒进行分级。以类似的方式，尽管未示出，设备1可以包括位于膨胀装置4下游的处理装置5，用于移除产生的多孔塑料颗粒。如上所述，相应的处理装置可以被配置为输送装置或者包括输送装置。特别地，可以考虑适于输送散装材料的输送装置，例如被配置成形成输送流的气动输送装置。
如上所述，第二装置可包括输送装置，特别是组合式输送和温度控制装置。相应的组合式输送和温度控制装置可以例如被配置为连续炉，特别是包括一个或多个红外发射器的红外连续炉，或者可以包括至少一个这样的红外连续炉。
第二装置也可配有应力释放装置(未示出)，例如应力释放室，其中在限定的化学和/或物理条件下，即特别是限定的温度比下，将制造的多孔塑料颗粒储存(应力释放)限定的时间。相应的应力释放装置可以例如被配置为减压装置或者包括这样的装置。
在所有示例性实施例中，可以想到的是，装置1包括输送装置，通过该输送装置，致密塑料材料颗粒或进一步地多孔塑料颗粒被连续或不连续地输送通过单个装置2-4。
图3以截面图示出了根据示例性实施例的方法生产的多孔塑料颗粒的原理示意图。具体地，这是具有体积密度约为120g/L的多孔塑料颗粒的显微图像的截面，该多孔塑料颗粒是根据该方法生产的体积密度约为375g/L的致密PBT。
图4示出了根据示例性实施例的方法生产的多孔塑料颗粒的原理示意图。该原理图示出了具有局部不同的多孔性能的多孔塑料颗粒，并且因此是分级的多孔塑料颗粒。具体地，多孔塑料颗粒具有非均匀分布的多孔结构，而塑料颗粒在外围区域R中具有不同数量的泡孔，即比在核心区域K中具有更多数量的泡孔。内部虚线表示在外围区域R和核心区域K之间的过渡可以是连续的。如果需要，外围区域R可以在强度上局部不同。

Claims (20)

1.生产多孔塑料颗粒的方法，其特征在于，包括以下步骤：
-提供塑料材料，所述塑料材料呈致密塑料材料颗粒形式，
-在压力的作用下，将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒，
-在温度的作用下，使装载有发泡剂的塑料材料颗粒膨胀，以生产多孔塑料颗粒。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在温度的作用下，另外进行将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，特别地根据所述塑料材料颗粒的化学组成，在5巴至200巴范围内的压力下，将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，特别地根据所述塑料颗粒材料的化学组成，在0℃至300℃的温度范围内，将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，特别地根据所述塑料颗粒材料的化学组成，在1小时至1000小时的时间段内，将发泡剂装载至所述致密塑料材料颗粒。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在温度的作用下，特别地根据所述塑料材料颗粒的化学组成，在0℃至300℃的温度范围内，使装载有发泡剂的塑料材料颗粒膨胀。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过用高能热辐射，特别是红外辐射，照射装载有发泡剂的所述塑料材料颗粒，使装载有发泡剂的所述塑料材料颗粒在温度的作用下发生膨胀。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过用高能热辐射，特别是红外辐射，照射装载有发泡剂的所述塑料材料颗粒，使装载有发泡剂的所述塑料材料颗粒在温度的作用下发生膨胀，其中，装载有发泡剂的所述塑料材料颗粒在至少一个输送路径上沿着产生相应高能辐射的至少一个辐射发生装置输送。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，装载有发泡剂的塑料材料颗粒在温度的作用下膨胀以产生多孔塑料颗粒之后，将所述多孔塑料颗粒从加工温度冷却至低于加工温度的冷却温度。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，提供或使用包含至少一种添加剂或添加剂材料的致密塑料颗粒材料，特别是功能性的添加剂或添加剂材料的致密塑料颗粒材料，所述添加剂或添加剂材料特别是纤维物质或材料、和/或染料或着色材料、和/或成核剂、和/或用于特定地影响软化行为的添加剂。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，提供或使用的含有至少一种添加剂或添加剂材料的塑料材料颗粒，所述至少一种添加剂或添加剂材料的浓度在0.01wt.％至60wt.％的范围内。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，提供或使用选自以下项的致密塑料颗粒材料：丙烯腈丁二烯苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯共混物、聚酰胺、聚酰胺共混物、聚碳酸酯、聚碳酸酯共混物、聚乙烯、聚乙烯共混物、聚丙烯、聚丙烯共混物、聚苯醚、聚苯醚共混物、热塑性弹性体、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯共混物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯共混物、聚苯乙烯、聚苯乙烯共混物、聚氯乙烯、热塑性弹性体共混物。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，生产具有均匀或不均匀分布的多孔结构的多孔塑料颗粒。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，生产在相应的多孔塑料颗粒内具有非均匀分布的多孔结构的多孔塑料颗粒，其中，相应的多孔塑料颗粒在外围区域中具有与在核心区域中不同的泡孔数量和/或形状。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用二氧化碳、氮气或包含二氧化碳和/或氮气的混合物作为发泡剂。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，生产泡孔尺寸在1μm至250μm范围内，特别是泡孔尺寸低于25μm的多孔塑料颗粒。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，生产体积密度在20g/L至1500g/L范围内的多孔塑料颗粒。
18.塑料颗粒材料，所述塑料颗粒材料由根据前述权利要求中任一项所述的方法生产的多孔塑料颗粒形成，或所述塑料颗粒材料包含由根据前述权利要求中任一项所述的方法生产的多孔塑料颗粒。
19.处理根据权利要求18所述的塑料颗粒材料的方法，以生产三维物体。
20.用于生产多孔塑料颗粒，特别是根据权利要求1至17中任一项所述的方法生产的多孔塑料颗粒的设备(1)，其包括：
-第一装置，所述第一装置被配置用于在压力的作用下将发泡剂装载至致密塑料材料颗粒，其中，所述装置特别包括压力容器装置；以及
-第二装置，所述第二装置被配置用于在温度的作用下使所述发泡剂膨胀以生产多孔塑料颗粒，其中，所述装置特别包括用于产生高能辐射，特别是红外辐射的辐射产生装置。
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