DE1200534B - Verfahren zum Herstellen von Folien aus Poly-styrolschaumstoffen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

int. CL:

C08f

Deutsche Kl.: 39 b-22/06

Nummer: 1 200 534

Aktenzeichen: K 39335IV c/39 b

Anmeldetag: 3. Dezember 1959

Auslegetag: 9. September 1965

Etwa 10% der Gesamtproduktion an Polystyrol wird durch Strangpressen verarbeitet. Strangpressen ist ein außerordentlich wirtschaftliches Verarbeitungsverfahren, und mit seiner Hilfe können z. B. Folien, Rohre, Schläuche oder Borsten hergestellt werden. Bei diesem Verfahren wird vorher durch Wärme erweichtes Material durch eine Ziehform (Strangpreßform, Düse) gepreßt und somit in die gewünschte Form gebracht. Bei modernen Maschinen wird das zu pressende Material trocken in den Füllbehälter der Strangpresse eingebracht. Aus diesem Füllbehälter wird das Material durch eine Schraube ergriffen und an der Zylinderwand der Strangpresse entlangbewegt. Üblicherweise wird der Zylinder von außen beheizt. Während das Material durch den Zylinder läuft, wird es erhitzt und plastifiziert. Der weiche Kunststoff wird dann durch eine Ziehform (Düse) gepreßt und somit in die gewünschte Form, z. B. Stab, Rohr oder Faser, gebracht. Der aus der Ziehform austretende Kunststoff ist weich und wird mit Luft oder in einem Wasserbad gekühlt.

Bei der Herstellung thermoplastischer Folien durch Strangpressen wird die Folie im allgemeinen als zylindrischer Schlauch durch eine Ringdüse oder als Flachfolie durch eine Breitschlitzdüse ausgepreßt. Der Schlauch kann entweder als solcher verwendet werden oder er kann der Länge nach aufgeschnitten und dann als flacher Film verwendet werden.

Beim Blasverfahren zur Herstellung von Schlauchfolien verläßt der Kunststoffschlauch die Strangpreß- 30 2
form in noch weichem Zustand und wird, indem Luft

durch eine in der Mitte der ringförmigen Öffnung der einer Mindestporengröße von etwa 0,13 cm. Eine Düse gelegenen Öffnung eingeblasen und in seinem weitere Verbesserung stellte ein Verfahren dar, bei Inneren ein Überdruck erzeugt wird, am Kollabieren welchem ein einen aliphatischen Kohlenwasserstoff gehindert. In einigen Fällen wird der weiche Schlauch 35 enthaltendes Polystyrol mit Wasser vermischt und zusätzlich unterstützt, indem er nach Verlassen zur Herstellung eines Materials mit einer durchder Ziehform über eine ringförmige Form geführt schnittlichen Porengröße von weniger als etwa 0,05 cm wird. ausgepreßt wurde. Obgleich dieses Material biegsam

Es wurde nun versucht, Folien aus Polystyrol- war, mußte es zuerst genutet werden, bevor es ohne Schaumstoffen herzustellen, und obgleich eine Viel- 40 Bruch in einem Winkel von 180° gebogen werden zahl von Kunststoffen, wie z. B. übliches festes Poly- konnte. Keines der obenerwähnten Materialien eignete styrol, durch Strangpressen zu Folien verarbeitet sich zur Herstellung von Platten oder Folien großer werden konnte, ließ sich dieses Verfahren nicht mit Biegsamkeit, da die verhältnismäßig großen Zellen Erfolg auf Polystyrolschaumstoffe anwenden. Ein die Biegsamkeit des Materials beeinträchtigen; d. h., Verfahren zum Strangpressen von Polystyrolschaum- 45 Zellen der obengenannten Größenordnung fallen stoffen bestand z. B. darin, daß man ein Gas, wie leicht zusammen, wenn sie einer mechanischen Bez. B. Methylchlorid, unter Druck in ein Gefäß ein- lastung ausgesetzt werden. Abgesehen von der Zellenführte, welches auf seinen Erweichungspunkt erhitztes größe wirkt sich auch die Wandstärke der einzelnen Polystyrol enthielt; danach wurde der Druck auf die Zellen auf die Biegsamkeit aus, so daß ein Material Masse aufgehoben, indem diese durch eine Öffnung 50 mit dünneren Wänden biegsamer ist als ein Material in der Strangpresse ausgepreßt wurde. Dieses Ver- der gleichen Zusammensetzung, das jedoch dickere fahren führte zur Herstellung von Produkten mit Zellwände aufweist.

509 660/535

Verfahren zum Herstellen von Folien aus PoIystyrolschaumstoffen

Anmelder:

Koppers Company, Inc., Pittsburgh, Pa. (V. St. A.) Vertreter:

Dr. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth, Dipl.-Ing. G. E. M. Dannenberg und Dr. V. Schmied-Kowarzik, Patentanwälte, Frankfurt/M., Große Eschenheimer Str.

Als Erfinder benannt:

Albert Richard, Kudlach, Nutley, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 17. Dezember 1958 (780 934)

3 4

Im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren Klemmwalzen leitet. Bei einem anderen Verfahren

wurde nun festgestellt, daß mittels eines üblichen zur nachträglichen Expandierung des Materials wird

Strangpreßverfahrens biegsamer Polystyrolschaumstoff dieses durch eine Dampfkammer geführt. Beide Ver-

mit einer Mindestdicke von etwa 0,013 cm hergestellt fahren hängen von der zurückbleibenden Menge des

werden kann, der ohne Einkerben oder Nuten in 5 Treibmittels in dem expandierten Material ab. Durch

einem Winkel von 180° gebogen werden kann. die nachträgliche Expansion können Produkte mit

Derartige Folien können sogar mehr als 50mal um einer Dichte von weniger als 0,016 g/cm³ erhalten

180° gebogen werden, ohne daß das Material Er- werden.

müdungserscheinungen oder andere durch die Be- Die bekannten Strangpreßverfahren zur Herstellung

lastung hervorgerufene Schäden zeigt. Die durch- io von Folien oder Schläuchen können auch erfindungs-

schnittliche Zellgröße des erfindungsgemäß ausge- gemäß angewendet werden. Zwei derartige Verfahren

preßten Polystyrolschaumstoffes ist 0,01 cm und die sind das »Blasen«-Verfahren und das Gerow-Verfahren,

durchschnittliche Wandstärke der einzelnen Zellen Bei dem ersteren wird durch ein Paar Ziehwalzen und

etwa 0,001 cm. Die Dichte des Materials liegt zwischen ein Ventilsystem zum Einführen von Luft durch die

etwa 0,012 und 0,13 g/cm⁸. 15 Düse in den Schlauch eine bestimmte Menge Luft in

Erfindungsgegenstand ist ein Verfahren zum Her- dem gedehnten Schlauch aufrechterhalten. Bei dem

stellen von Folien aus Polystyrolschaumstoffen durch letztgenannten Verfahren wird ein innerer Formring

Strangpressen bei erhöhter Temperatur von Massen, verwendet, und das ausgepreßte thermoplastische

die Polystyrolkügelchen, denen etwa 4,5 bis 9 Ge- Material wird von der ringförmigen Öffnung der

wichtsprozent eines aliphatischen Kohlenwasserstoffes 20 Düse über diesen Ring gezogen, in dem ein Kühl-

mit einem Siedepunkt von 30 bis 90⁰C einverleibt mittel zirkulieren kann.

worden sind, und ein Kohlendioxyd freisetzendes Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines

Mittel sowie eine Säure enthalten, das dadurch ge- stranggepreßten Polystyrolschlauches besteht darin,

kennzeichnet ist, daß man die Massen in einer üblichen an Stelle eines Ringes einen auf der Düse aufgebrachten

Strangpresse bei einer Zylindertemperatur von 65 bis 25 Prallzapfen zu verwenden. Ein konstanter Luftstrom

127° C, einer Ziehformtemperatur von 107 bis 145⁰C fließt um den Zapfen herum und bildet ein Polster,

und einer Umdrehungszahl von 30 bis 54 U/min auf dem die Schlauchfolie entlanggleitet. Außerdem

strangpreßt. bietet dieses Luftpolster den Vorteil, daß die heiße

Als Kohlendioxyd freisetzendes Mittel wird vor- thermoplastische Masse gleichmäßig gekühlt wird

zugsweise Natriumbicarbonat verwendet, als Säure 3° und somit alle die Nachteile eines ungleichmäßigen

vorzugsweise eine organische Säure, die wenigstens Kühlens vermieden werden.

etwa 3,0 Milliäquivalente Essigsäure-Wasserstoff pro Eine weitere unerwartete Eigenschaft der erfindungs-

Gramm Säure enthält, wie z. B. Zitronensäure. Diese gemäßen Schaumfolien besteht darin, daß man das

Mischung aus einem Kohlendioxyd freisetzenden Material beim Austreten aus der Düse mit Druckluft

Mittel und einer organischen Säure liefert während 35 abkühlen und dadurch eine zähe, glasige Haut auf

der Reaktion insgesamt etwa 5 % Wasser und Kohlen- demselben erzeugen kann. Die Druckluft kann beim

dioxyd, bezogen auf die den aliphatischen Kohlen- Auftreffen auf den austretenden Schlauch jede be-

wasserstoff enthaltenden Polystyrolteilchen. Das liebige Temperatur unter Zimmertemperatur und

System aus organischer Säure und Natriumbicarbonat jeden beliebigen Druck oberhalb von atmosphärischem

kann jedoch auch durch ein System aus Borsäure 40 Druck besitzen. Die Dicke der so gebildeten Haut

und Natriumbicarbonat ersetzt werden. Dieses expan- läßt sich durch die Temperatur der verwendeten

dierbare Polystyrol ist im Handel erhältlich. Druckluft und die Zeit, während welcher das

Die weiteren Verfahrensbedingungen können inner- Schaummaterial dieser Druckluft ausgesetzt wird,

halb der folgenden Grenzen variieren: Das Abzieh- regeln.

verhältnis, d. h. das Verhältnis der Dicke des Pro- 45 Aus der deutschen Patentschrift 1 038 275 ist ein duktes zum Querschnitt der Düsenöffnung, kann Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus zwischen weniger als 1 und mehr als 10 liegen; das Schaumpolystyrol mit einer sehr geringen Dichte Aufblasverhältnis, d. h. das Verhältnis des Durch- und gleichförmigen Poren durch Strangpressen unter messers der Düse zum Schlauchdurchmesser, muß Verwendung eines Treibmittelgemisches aus einem größer als 1 sein. Die Düse der Strangpresse kann 50 aliphatischen Kohlenwasserstoff, einem Kohlendioxyd jede beliebige Form aufweisen, und bei Verwendung abgebenden Mittel und einer organischen Säure beeiner ringförmigen Ziehform kann die ringförmige kannt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Kohlen-Öffnung etwa 0,025 cm und mehr betragen. Es wird wasserstoff mit einem Siedebereich von 30 bis 90⁰C bemerkt, daß zur Herstellung einer Folie keine lineare in einer Menge von 4,5 bis 9 Gewichtsprozent und Ziehform verwendet werden sollte, da eine Polystyrol- 55 bestimmte Mengen eines Kohlendioxyd entwickelnden schaumfolie bei einer derartigen Ziehform Wellen Mittels und organische Säuren verwendet werden und bildet und sich auf diese Weise nur schlecht ein diese Mischung bei 121 bis 205° C stranggepreßt wird, flacher Film herstellen läßt. Die auf diese Weise hergestellten Folien aus PoIy-

Die Schaumfolien können auf verschiedene Weise styrolschaumstoff besitzen zwar an sich gute Eigenweiterverarbeitet werden. Schläuche können z. B. zur 60 schäften, sie können jedoch nicht ohne ein vorher-Herstellung von flachen Folien aufgeschnitten und gehendes Nuten gebogen werden. Erst durch das diese Folien dann in noch warmem Zustand in einer vorliegende Verfahren, bei dem eine bestimmte Form, z. B. einer Schale, verformt werden. Eine Zylindertemperatur, eine bestimmte Ziehformtemweitere Behandlung besteht darin, daß man die peratur sowie eine bestimmte Umdrehungszahl der Schaumfolie oder den Schlauch nachträglich expan- 65 Schraube verwendet werden, ist es möglich, Folien diert, indem man das Material entweder unmittelbar aus Polystyrolschaumstoff herzustellen, die viele Male aus der Düse in einen heißes Wasser enthaltenden um 180° gebogen werden können, ohne daß vorher Heizbehälter leitet oder es zuerst durch ein Paar ein Einkerben oder Nuten notwendig ist und ohne

5 6

daß bei einem solchen Biegen ein Bruch auftritt. Die geführt und zur Herstellung einer Folie aufgeschnitten, vorliegende Erfindung wird daher als Auswahl- welche dann mit einer Geschwindigkeit von 12 m/min erfindung gegenüber dem genannten deutschen Patent durch ein Paar Klemmwalzen und in einen auf 97 ⁰C angesehen. Es war keineswegs vorauszusehen oder zu erhitzten Wasserbehälter lief. Das Material wurde erwarten, daß es auf Grund der besonderen Verfah- 5 durch dieses Wasserbad geführt und am Austrittsende rensbedingungen möglich sein würde, statt der nicht des Behälters mittels einer geeigneten Vorrichtung biegbaren Folien aus PolystyrolschaumstofF nunmehr aufgewickelt. Die Dichte betrug etwa 0,050 g/cm³,
biegbare Folien herzustellen. Ein Teil des Materials wurde nicht zur nachträg-

Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung liehen Expandierung durch das Wasserbad geleitet, des erfindungsgemäßen Verfahrens. io sondern durch ein Paar Zieh walzen. Die Dichte

dieses Materials betrug 0,088 g/cm³. Diese etwa4O°/oige

Beispiel 1 Verminderung der Dichte zeigt, daß das erfindungs

gemäße Verfahren stark variiert werden kann. Die

Der Füllbehälter einer Strangpresse der National Dicke des nachträglich expandierten Materials betrug Rubber Corporation wurde mit Teilchen eines expan- 15 etwa 0,13 cm.
dierbaren Polystyrols beschickt, die etwa 4,5 bis 9% B ' ' 1 3

eines aliphatischen Kohlenwasserstoffes mit einem ^{e l p l e}

Siedepunkt zwischen 30 und 90⁰C enthielten. Die Der Füllbehälter einer Strangpresse der National

den aliphatischen Kohlenwasserstoff enthaltenden Rubber Corporation wurde mit dem im Beispiel 1 Polystyrolteilchen wurden homogen mit 0,5 Gewichts- 20 beschriebenen expandierbaren Polystyrol beschickt, prozent Natriumbicarbonat und 0,4 Gewichtsprozent Es wurde eine konische Schnecke mit einem konstanten Zitronensäure, bezogen auf das Gewicht des Poly- Kompressionsverhältnis von 2:1 verwendet. Als styrols, vermischt. Ziehform wurde eine modifizierte Hartig-Ziehform

Es wurde eine konische Schnecke mit einem kon- mit einem Durchmesser von etwa 2,5 cm verwendet, stanten Kompressionsverhältnis von 2:1 verwendet. 25 Der Zylinder wurde auf einer Temperatur von 104 bis Als Ziehform wurde eine modifizierte Hartig-Ziehform 116°C und die Ziehform auf 118°C gehalten. Die mit einem Durchmesser von etwa 2,5 cm angewendet. Geschwindigkeit der Schraube betrug 54 U/min, das Der Zylinder wurde auf einer Temperatur von 104 bis Aufblasverhältnis 4:1, das Zugverhältnis 1:1 und die 116°C und die Ziehform auf 116° C gehalten. Die Aufwickelgeschwindigkeit 15 m/min. In 6 Stunden Geschwindigkeit der Schraube betrug 54 U/min, das 30 wurden 134 kg eines biegsamen Films erhalten, Aufblasverhältnis 4:1, das Zugverhältnis 2:1 und die dessen Dicke zwischen etwa 0,031 und 0,05 cm lag Aufwickelgeschwindigkeit 3,6 m/min. Während 6 Stun- und dessen durchschnittliche Dicke etwa 0,04 cm den wurden 95 kg eines Films erhalten, dessen Dicke betrug. Die durchschnittliche Dichte des Materials zwischen etwa 0,013 und 0,04 cm lag und dessen betrug 0,12 g/cm³. Die weiteren Eigenschaften dieser durchschnittliche Dichte etwa 0,025 cm betrug. Die 33 Folie sind in der nachstehenden Tabelle aufgedurchschnittliche Dichte des Materials betrug zeichnet.

0,096 g/cm³, die durchschnittliche Zellgröße etwa Beisoiel 4

0,0025 cm und die durchschnittliche Zellwandstärke
etwa 0,0005 cm. Der Füllbehälter einer Strangpresse der National

In diesem Beispiel wurde durch Strangpressen unter 40 Rubber Corporation wurde mit dem im Beispiel 1 beden oben angegebenen Bedingungen ein sehr dünner schriebenen Polystyrol beschickt. Es wurde eine konische Film hergestellt. Es ist ersichtlich, daß dünnere Filme Schnecke mit einem konstanten Kompressionsverauch eine etwas geringere Zellgröße aufweisen, hältnis von 2:1 angewendet. Als Ziehform wurde eine während die Zellwandstärke die gleiche bleibt. Der modifizierte Hartig-Ziehform mit einem Durchmesser Film ist biegsam und läßt sich leicht um 180° biegen, 45 von etwa 2,5 cm verwendet. Der Zylinder wurde auf ohne irgendwelche Schäden zu zeigen. einer Temperatur von 104 bis 116° C und die Z'ehform

auf 118°C gehalten. Die Geschwindigkeit der Schraube

Beispiel 2 betrug 52 U/min, das Aufblasverhältnis 5:1, das Zug

verhältnis 0,75:1 und die Aufwickelgeschwindigkeit

Der Füllbehälter einer Strangpresse der National 50 7,5 m/min. In 6 Stunden wurden 95 kg eines bieg-Rubber Corporation wurde mit dem im Beispiel 1 samen Films erhalten, dessen Dicke zwischen 0,10 beschriebenen expandierbaren Polystyrol beschickt. und 0,13 cm lag und dessen durchschnittliche Dicke Es wurde eine konische Schnecke mit einem konstanten etwa 0,11cm betrug. Die durchschnittliche Dichte Kompressionsverhältnis von 2:1 verwendet. Als Zieh- des Materials betrug 0,091 g/cm³,
form wurde eine modifizierte Hartig-Ziehform mit 55

einem Durchmesser von etwa 2,5cm angewendet. Beispiel5

Der Zylinder wurde auf einer Temperatur von 104 bis

116°C und die Ziehform auf 116°C gehalten. Die Das Verfahren des Beispiels 6 wurde wiederholt,

Geschwindigkeit der Schraube betrug 50 U/min, das wobei jedoch die Aufwickelgeschwindigkeit 12 m/min Aufblasverhältnis 4:1, das Zugverhältnis 0,75:1 und 60 betrug; das so hergestellte Material besaß beim Ausdie Aufwickelgeschwindigkeit etwa 15 m/min. In tritt aus der Ziehform eine durchschnittliche Dicke 6 Stunden wurden 54,5 kg eines Films erhalten, dessen von etwa 0,11 cm. Nach der nachträglichen Expan-Dicke zwischen 0,05 und 0,09 cm lag und dessen dierung hatte das Material eine Dicke von etwa durchschnittliche Dicke etwa 0,076 cm betrug. Die 0,23 cm. Die weiteren physikalischen Eigenschaften durchschnittliche Dichte des Materials betrug etwa 65 sind in der Tabelle aufgezeichnet.
0,048 g/cm³. Die nachstehende Tabelle zeigt die physikalischen

Der Polystyrolschaum wurde nach dem Austreten Eigenschaften des gemäß den Beispielen 3, 4 und 5 aus der ringförmigen Ziehform über einen Prallzapfen verarbeiteten Polystyrolschaumes.

	Dichte	7	Zug	End	Elasti	Schlag	Licht	8	Feuchtig-	Wasser-	K- Faktor
			festig keit	gültige Dehnung	zitäts modul	zähigkeit	durchlässig		keits-	aDSorp-
	g/cm3					(Fallkugel; 50%	keit (Baum-		Dampf- Durch-	tion, 24stün-
Probe		Dicke	kg/cm2	%	kg/cm2	Bruch)	gartner)	JxCIlJ- festigkeit	lässigkeit	Qiges üin- tauchen
	0,12					g/cm	'/.		PERMS	°/o	0,49
	—	cm	67	8,3	2100			g/0,0025 cm
Beispiel 3			16	5,3	322	230	28,0		3,82	20,2
Parallel	0,095	0,040				—	—	1,0	—	—	0,58
Senkrecht ..	—	—	54	8,2	1300						—
Beispiel 4			18	10,0	336	1355	10,0		2,60	19,9
Parallel	—	0,11				—	—	2,0	—	—	0,62
Senkrecht ..	—	—	41	7,5	1250						—
Beispiel 5		17	17,8	244	—	5,0		1,22	10,1
Parallel	0,2 bis				—		—	—	—
Senkrecht ..	0,25				—

Aus diesen Angaben ist ersichtlich, daß die Reißfestigkeit des Materials durch das nachträgliche Expandieren etwas beeinträchtigt wird, während der K-Faktor erhöht wird. Bei den Materialien, die nicht nachträglich expandiert wurden, erhöhten sich die Zugfestigkeit und der Elastizitätsmodul mit steigender Dichte des Films. Die Schlagzähigkeit und die Reißfestigkeit wurden mit abnehmender Filmdicke verringert. Der K-Faktor stieg ebenfalls mit zunehmender Filmdicke an.

Die obengenannten physikalischen Eigenschaften sowie die in der Beschreibung aufgezeichneten Eigenschaften wurden mittels der angegebenen Testverfahren bestimmt. Die Zugeigenschaften, d. h. Zugfestigkeit, endgültige Ausdehnung und Elastizitätsmodul, wurden mittels des ASTM-Verfahrens D 882-56 T bestimmt. Die Schlagzähigkeit wurde ermittelt, indem eine etwa 57 g schwere Stahlkugel von einer solchen Höhe herab auf das Material fallen gelassen wurde, daß 50 % der Proben brachen. Die Reißfestigkeit wurde durch das TAPPI-Verfahren T414M-49 bestimmt. Die Feuchtigkeits-Dampf-Durchlässigkeit wurde mittels des ASTM-Verfahrens E 96-53 T, Verfahren A, bestimmt. Der K-Faktor, der auch als Wärmeleitfähigkeit bekannt ist, wurde

auf einer üblichen Cenco-Fitch-Vorrichtung ermittelt und ist als BTU pro Stunde pro sq. foot pro ° F pro inch angegeben.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Folien aus Polystyrolschaumstoffen durch Strangpressen bei erhöhter Temperatur von Massen, die Polystyrolkügelchen, denen etwa 4,5 bis 9 Gewichtsprozent eines aliphatischen Kohlenwasserstoffes mit einem Siedepunkt von 30 bis 90⁰C einverleibt worden sind, und ein Kohlendioxyd freisetzendes Mittel sowie eine Säure enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß man die Massen in einer üblichen Strangpresse bei einer Zylindertemperatur von 65 bis 127° C, einer Ziehformtemperatur von 107 bis 145° C und einer Umdrehungszahl von 30 bis 54 U/min strangpreßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die aus der Ziehform austretende Polystyrolschaumfolie mit kalter Druckluft behandelt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 038 275.

509 660/535 8.65 © Bundesdruckerei Berlin