DE102009019331A1

DE102009019331A1 - Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung eines Hohlkammerprofils

Info

Publication number: DE102009019331A1
Application number: DE102009019331A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Merkel; Norbert Dr. Eisen; Peter Orywol
Original assignee: Bayer MaterialScience AG
Current assignee: Covestro Deutschland AG
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2010-11-04
Also published as: WO2010124804A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Hohlkammerprofilen, in denen die Hohlkammer mit Kunststoffen, vorzugsweise Polyurethan, online ausgeschäumt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Hohlkammerprofilen, bei dem die Hohlkammer mit Kunststoffen ausgeschäumt wird.
Hohlkammerprofile findet man heutzutage in vielen Bereichen, wie beispielsweise im Wohnungsbau, bei Fenstern oder auch im Automobilbereich. Um die in den Hohlkammern auftretende Luftkonvektion und den dazu entstehenden Wärmefluss zu verringern oder zu vermeiden, wird der Raum, in dem die Luft zirkulieren kann, so klein wie möglich gehalten. Dies kann und wird derzeit durch folgende Maßnahmen erreicht:

a) Einarbeitung von Einlegeteilen zur Verkleinerung der Hohlkammer;
b) Ändern der extrudierten Matrize durch Unterteilung der Hohlkammer in mehrere kleine Kammern;
c) Ausschäumen der Hohlkammer nach der Herstellung des Hohlkammerprofils:
d) Ausschäumen der Hohlkammer bei der Herstellung des Hohlkammerprofils.

Nachteil der Maßnahmen a) bis c) ist, dass sie technisch sehr aufwändig und damit teuer sind. Zusätzlich sind sie zeitaufwendig und erfordern zusätzliche Arbeitsschritte. Die Maßnahmen nach d) sind in DE-A 28 44 006 und EP-A 1 019 607 beschrieben. Nachteilig ist hier, dass das flüssige Schaumgemisch direkt auf die noch sehr heiße Oberfläche des neu entstehenden, extrudierten Profils trifft. Dies hat den Effekt, dass die Schaumstruktur sehr schlecht und die großen Poren nicht die gewünschte, optimale Dämmwirkung/Versteifung bringen. Dem wird in DE-A 199 61 306 sowie DE-A 1 959 464 Rechnung getragen, indem das Schaumgemisch mittels einer Lanze eingetragen wird, die so weit in das Profil hineinragt, dass der Schaum erst an einer kühleren Stelle des Profils eingetragen wird. Nachteilig ist hierbei, dass sich die feststehende Lanze aufheizt, was wiederum zu unkontrollierten Schäumbedingungen führt und andererseits die Lanze durch das Reaktivgemisch verstopft, so dass eine häufige Reinigung bzw. ein häufiger Austausch der Lanze erforderlich ist. Der Aufwand für die Reinigung und auch der Rohstoffverlust ist nicht tragbar und bei Verwendung von Lösungsmitteln für die Reinigung kommt es darüber hinaus zu einer ökologischen Belastung.
Aufgabe war es daher, ein technisch einfaches, kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Hohlkammerprofilen zur Verfügung zu stellen, dass es gestattet, ein Profil mit verminderter Luftkonvektion und zusätzlicher Versteifung herzustellen. Durch die verminderte Luftkonvektion wird eine bessere Wärmedämmung des Profils erreicht.
Diese Aufgabe konnte durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst werden, bei dem ein Trägermaterial zum Einsatz kommt, so dass der Schaum zuerst auf dem Trägermaterial vorreagiert und erst zu einem späteren Zeitpunkt des Schaumprozesses mit der immer weiter abgekühlten Oberfläche des extrudierten Profils in Kontakt kommt.
Gegenstand der Erfindung ist also ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Hohlkammerprofilen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass

a) Kunststoffgranulat kontinuierlich über eine beheizte Schnecke (vorzugsweise 180 bis 250°C) in den Extruderkopf eines Extruders geführt und dort aufgeschmolzen wird, wobei im Extruderkopf durch eine entsprechende Matrize aus einer Außenwand und einem Kern das Hohlkammerprofil gebildet wird,
b) die Kunststoffschmelze durch diese Matrize gepresst wird und am Ende das Hohlkammerprofil aus Kunststoff den Extruderkopf verlässt,
c) das Profil abgekühlt wird,
d) gleichzeitig zu a) in einem Mischkopf die Reaktionskomponenten für ein flüssiges Reaktionsgemisch, bevorzugt Polyurethan-Reaktionsgemisch kontinuierlich vermischt werden,
e) das flüssige Reaktionsgemisch aus d) kontinuierlich auf ein Trägermaterial gegossen wird und dieses Trägermaterial zusammen mit dem Reaktionsgemisch
f) mit der gleichen Geschwindigkeit, in der das Holhlkammerprofil extrudiert wird, durch einen Kanal im Kern der Matrize im Extruderkopf in die Hohlkammer des Hohlkammerprofils geleitet wird,
g) nach dem Extruderkopf das Reaktionsgemisch innerhalb des Hohlkammerprofils auf dem Trägermaterial aus e) aufschäumt und die Hohlkammer ausfüllt.

Das Trägermaterial verbleibt im Hohlkammerprofil.
Das eingesetzte Trägermaterial sollte vorzugsweise so ausgeführt werden, dass die aufgetragene Flüssigkeit nicht vor Beginn des Schäumprozesses an den Rändern herunter läuft. Das bedeutet, es sollte bevorzugt eine gewisse Eigensteifigkeit haben. Verschiedene Formgebungen sind ebenfalls denkbar (z. B. U- V- oder O-Form). In einer bevorzugten Ausführungsvariante liegt das Trägermaterial in Form eines Bandes vor, dass vor Auftrag des Schaummaterials durch Falten zu einem Profil geformt wird. Das Trägermaterial wird mit einer an die Abzugsgeschwindigkeit des extrudierten Profils angepassten Geschwindigkeit unter dem Mischkopf, an dem das flüssige PUR- Reaktionsgemisch aufgetragen wird, hergeführt und anschließend durch eine Öffnung in der Extruder-Matrize in das frisch entstehende Hohlkammerprofil befördert.
Das eingesetzte Trägermaterial kann z. B. aus Kunststoff, Papier, Stoff, Fasern oder vorzugsweise Pappe bestehen.
Die Temperatur des Extruderkopfes liegt bevorzugt bei 140 bis 220°C, besonders bevorzugt bei 150 bis 200°C. In einer Ausführungsvariante des Verfahrens kann der Kern des Extruderkopfes gekühlt werden, damit zum einen das im Extruderkopf erzeugte Hohlkammerprofil bereits eine gewisse Festigkeit erlangt und zum anderen die Reaktion des auf dem Trägermaterial durch den Kern des Extruderkopfes geleiteten PU-Reaktionsgemisches nicht zu stark beeinflusst wird. In einer weiteren Ausführungsvariante kann überschüssiges Schäummaterial durch eine Vorrichtung vor Eintritt in die Hohlkammer abgestreift werden.
Das aus dem Extruderkopf kontinuierlich abgezogene Hohlkammerprofil wird durch ein Wasserbad gezogen und dabei abgekühlt. Nach einer vorab festgelegten Abzugslänge (wird durch die Reaktionszeit des Schaumes und dem entstehenden Verdichtungsdruck bestimmt) wird das Profil abgelängt. Die bevorzugte Abzugsgeschwindigkeit für die Profile liegt bei 0,5 bis 3 Meter pro Minute.
Die Matrize im Extruderkopf enthält einen Kern, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einen Kanal zur Durchleitung des Trägermaterials mit dem Reaktionsgemisch aufweist. Dieser Kanal dient gleichzeitig als Druckausgleich.
Das Reaktionsgemisch wird bevorzugt so eingestellt, dass es erst in einem Abstand zum Extruderkopf aufschäumt, bei dem das Hohlkammerprofil schon leicht abgekühlt ist und damit eine gewisse Steifigkeit/Festigkeit besitzt. Außerdem muss der Abstand groß genug sein, um ein Zurückschäumen des Reaktionsgemisches an den Extruderkopf zu vermeiden.
Die Auswahl der Reaktionskomponenten des flüssigen Reaktionsgemisches hat einen direkten Einfluss auf die Eigenschaften des PU-Schaums im Hohlkammerprofil. Als Komponenten werden vorzugsweise Polyetherpolyole eingesetzt, die mit organischen Isocyanaten zur Reaktion gebracht werden. Als vorteilhaft hat sich der Einsatz von Schaumstabilisatoren erwiesen. Als Treibmittel werden physikalische Treibmittel und/oder chemische Treibmittel, wie z. B. Wasser eingesetzt. Zusätzlich kann das Reaktionsgemisch vorzugsweise mit Luft beladen sein, um die Schaumqualität/Zellstruktur zu optimieren.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Zusammensetzung des Reaktionsgemisches beispielhaft beschrieben:

a) organische und/oder modifizierte organische Polyisocyanate und/oder Polyisocyanat-Prepolymere. Bevorzugt handelt es sich um Di- oder Polyisocyanate der Diphenylmethan-Reihe, die einen NCO-Gehalt von 20 bis 35 Gew.-% aufweisen. Auch Urethan- bzw. Carbodiimidgruppen und/oder Allophanat- bzw. Biuretgruppen aufweisende Modifizierungsprodukte dieser Isocyanate sind geeignet,
b) mindestens eine Polyolkomponente mit einer OH-Zahl von 20 bis 1050, vorzugsweise 200 bis 900, und einer Funktionalität von 2 bis 6, oder eine Mischung aus Polyolkomponenten mit einer rechnerisch gemittelten OH-Zahl von 250 bis 650, bevorzugt 350 bis 580, und einer rechnerisch gemittelten Funktionalität von 2,5 bis 5, bevorzugt 3 bis 4,5,
c) mindestens ein Schaumstabilisator,
d) Wasser und/oder physikalische Treibmittel,
e) gegebenenfalls Füllstoffe,
f) gegebenenfalls Aminkatalysatoren und/oder Metallkatalysatoren,
g) gegebenenfalls Hilfs- und/oder Zusatzstoffe, wie z. B. Flammschutzmittel, Haftvermittler oder viskositätssenkende Additive.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden auf einfache Weise kontinuierlich Hohlkammerprofile hergestellt, deren Hohlkammern online mit einem Polyurethanschaum ausgeschäumt werden.
Das so hergestellte Hohlkammerprofil hat eine sehr gute Wärmedämmung und Steifigkeit.
In 1 ist der Querschnitt durch den Extruderkopf dargestellt. Der Kern (3) und die Außenwand (1) begrenzen den Spalt (2), durch den die Kunststoffschmelze gepresst wird. Durch den Kanal (4) wird das Trägermaterial mit dem Polyurethan-Reaktionsgemisch in die Hohlkammer des Profils eingeleitet.
In 2 ist eine Seitenansicht dargestellt. Das Kunststoffgranulat wird in den Extruderkopf gefüllt (3) und unter Aufschmelzung nach vorne durch die Matrize (5) gepresst. Gleichzeitig wird ein Trägermaterial (1) mit dem Reaktionsgemisch (2) in einer der Abzugsgeschwindigkeit des extrudierten Profils angepassten Geschwindigkeit durch den Extruder (4) und durch die Matrize (5) in das frisch entstehende Hohlkammerprofil (6) gefördert. Hier beginnt auch die Kühlung des Profils z. B. durch ein Wasserbad (nicht dargestellt). Das neu entstehende Profil wird von außen gestützt (7). Der Schaum steigt nun über den Rand des Trägermaterials (8, 9) und schäumt die Hohlkammer aus. Nach einer vorab festgelegten Länge, an der der ausfüllende Schaum nicht mehr nachdrückt, wird das Profil abgelängt (10).
Diese Hohlkammerprofile werden bevorzugt als Rahmen für Fenster und Türen sowie als Wandverkleidung verwendet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 2844006 A [0003]
- EP 1019607 A [0003]
- DE 19961306 A [0003]
- DE 1959464 A [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Hohlkammerprofilen, dadurch gekennzeichnet, dass a) Kunststoffgranulat kontinuierlich über eine beheizte Schnecke in den Extruderkopf eines Extruders geführt und dort aufgeschmolzen wird, wobei im Extruderkopf durch eine entsprechende Matrize aus Außenwand und Kern das Hohlkammerprofil gebildet wird, b) die Kunststoffschmelze durch die Matrize gepresst wird und am Ende das Hohlkammerprofil aus Kunststoff den Extruderkopf verlässt, c) das Profil abgekühlt wird, d) gleichzeitig zu a) in einem Mischkopf die Reaktionskomponenten für ein flüssiges Reaktionsgemisch kontinuierlich vermischt werden, e) das flüssige Reaktionsgemisch aus d) kontinuierlich auf ein Trägermaterial gegossen wird und dieses Trägermaterial zusammen mit dem Reaktionsgemisch f) mit der gleichen Geschwindigkeit, in der das Holhlkammerprofil extrudiert wird, durch einen Kanal im Kern der Matrize im Extruderkopf in die Hohlkammer des Hohlkammerprofils geleitet wird, g) nach dem Extruderkopf das Reaktionsgemisch innerhalb des Hohlkammerprofils auf dem Trägermaterial aus e) aufschäumt und die Hohlkammer ausfüllt.
Verwendung des gemäß Anspruch 1 hergestellten Hohlkammerprofils mit verbesserten Wärmedämmeigenschaften und/oder Verstärkung als Rahmen für Fenster und Türen und als Wandverkleidung.