DE1266484B - Verfahren zur Herstellung kombinierter Schaumstoffe in einer Schneckenmaschine und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B29d

Deutsche Kl.: 39 a3- 27/00

Nummer: 1 266 484

Aktenzeichen: B 69350 X/39 a3

Anmeldetag: 24. Oktober 1962

Auslegetag: 18. April 1968

Es ist bekannt, daß man poröse Formkörper erhält, wenn man Teilchen aus teilweise expandierten thermoplastischen Kunststoffen, die durch Erhitzen eines ein Treibmittel enthaltenden thermoplastischen ■Kunststoffes entstanden sind, in nicht gasdicht schließenden Formen weiter expandiert und verschweißt. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise Platten aus porösen Kunststoffen, z. B. aus porösem Polystyrol, herstellen, die eine sehr kleine Wärmeleitzahl besitzen und daher für Isolationszwecke weite Anwendung gefunden haben. Ein gewisser Nachteil derartiger Platten besteht darin, daß sie zwar ein niedriges Raumgewicht haben, aber meistens auch sperrig sind, so daß der Transport vom Ort ihrer Erzeugung zum Ort ihrer Verwendung unwirtschaftlich ist. Auf der anderen Seite ist eine Erzeugung direkt an der Verbrauchsstelle, z. B. Baustelle, wegen des damit verbundenen apparativen Aufwandes kostspielig und hat sich darum nicht durchsetzen können. Ein weiterer Nachteil der erwähnten Platten besteht darin, daß sie in Handarbeit zu den gewünschten Isolierschichten zusammengesetzt werden müssen.

Neben den porösen Formkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen sind auch gehärtete Kunststoffschäume bekanntgeworden, die meistens auf der Basis von Phenol- oder Harnstoffharzen aufgebaut sind. Derartige Schaumstoffe erzeugt man oft zweckmäßig unmittelbar am Ort ihrer Verwendung, bringt sie dazu in noch unverschäumter, fließfähiger Form an den gewünschten Ort, verschäumt sie dort und läßt sie härten. Solche Schäume lassen sich einfach verarbeiten, neigen aber manchmal zur Schrumpfung und zur Rißbildung. Außerdem weisen sie nur geringe mechanische Festigkeit auf und zeigen ein verhältnismäßig hohes Aufnahmevermögen für Wasser und beträchtliche Durchlässigkeit für Wasserdampf, was in vielen Fällen unerwünscht ist.

Man hat bereits versucht, kombinierte Schaumstoffe herzustellen, indem man härtbaren Schaum in poröse Kunststoffteilchen einrührte. Dabei hat sich aber gezeigt, daß sich keine gute Vermischung der beiden Komponenten erreichen läßt, weil die leichten porösen Schaumstoffteilchen aus der Mischung nach oben herausgedrückt werden.

Auch ist es bekannt, kombinierten Schaumkunststoff herzustellen, indem man zwischen Teilchen aus porösen Styrolpolymerisaten schaumbildende Mischungen aus Polyestern und Polyisocyanaten eindrückte. Für dieses Verfahren ist jedoch keine kontinuierliche Arbeitsweise bekanntgeworden.

Es wurde nun gefunden, daß man kombinierte Verfahren zur Herstellung kombinierter
Schaumstoffe in einer Schneckenmaschine und
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Anmelder:

Badische Anilin- & Soda-Fabrik
Aktiengesellschaft,
ίο 6700 Ludwigshafen

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Ludwig Raichle,
Dipl.-Ing. Dr. Leo Unterstenhöfer,
6703 Limburgerhof;
Wilhelm Krieger, 6700 Ludwigshafen

Schaumstoffe durch Einbringen von härtbarem, aber noch fließfähigem Kunststoffschaum bzw. von verschäumbaren, zu Schaumkunststoffen führenden Massen in die Zwischenräume zwischen Teilchen aus

as porösem Kunststoff in einer Schneckenmaschine mit Einfüll-, Misch- und Förderteil, wobei man in den Einfüllteil den porösen Kunststoff, in den Mischteil den härtbaren, fließfähigen Kunststoffschaum bzw. die verschäumbaren, zu Schaumkunststoffen führenden Massen einbringt und den kombinierten, noch fließfähigen härtenden Schaumstoff durch den Förderteil weiterfördert, ihn aus der Vorrichtung austrägt und erstarren läßt, mit besonderem Vorteil herstellen kann, wenn die Fördergeschwindigkeit im Förderteil größer als im Misch- und Einfüllteil ist. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine zweckmäßig ausgebildete Vorrichtung zur Durchführung des gefundenen Verfahrens, bestehend aus einem Zylinder mit einer Misch- und Förderschnecke

und einem Einfüllteil 1 (vgl. Abbildung), an dessen Anfang ein Einfülltrichter 2 angebracht ist, und die gekennzeichnet ist durch einen Mischteil 3, der mit einem oder mehreren Einfüllstutzen 4 versehen ist, einen am Ende sich konisch verjüngenden Förderteil 5, eine am Ende des Zylinders angebrachte Austragsvorrichtung 6 und eine hieran angeschlossene Leitung 10, wobei die Schneckengänge 7 im Förderteil eine größere Gangsteigung haben als die Schneckengänge 8 in dem Misch- und Einfüllteil.

Vorzugsweise ist das Längenverhältnis von Einfüllteil zu Mischteil des Zylinders und der Schnecke 1,5 bis 2,5 :1 und das Längenverhältnis von Förder-

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Hartgummi und Phenolharze. Besonders vorteilhaft verwendet man poröse Teilchen, die aus Polystyrol oder aus Mischpolymerisaten des Styrols mit anderen polymerisierbaren Verbindungen, wie Acrylnitril 5 oder Butadien, bestehen. Sie sind in üblicher Weise erhältlich, z. B. durch Erhitzen von Kunststoffteilchen, die ein Treibmittel enthalten, auf eine Temperatur oberhalb des Siedepunktes des Treibmittels und des Erweichungspunktes des Kunststoffes unter Be

teil zu Mischteil 0,5 bis 1,5:1. Das Volumen des Einfüllteils ist vorzugsweise 10 bis 30% kleiner als das Volumen des Mischteils und das Volumen des Förderteils 10 bis 20 % größer als das Volumen des Mischteils. Die Wendeln der Schnecke sind außen vorzugsweise als Schneiden ausgebildet, damit poröse Kunststoffteilchen, die sich bei hohen Drehzahlen bisweilen zwischen die Wendeln und die Gehäusewand setzen und ein gleichmäßiges Arbeiten der

Schnecke stören, zerschnitten und weggedrückt wer- io dingungen, unter denen die Teilchen sich nicht mitden können. einander verschweißen. Zweckmäßig verwendet man

Im allgemeinen wird die Reibungswärme aus- Teilchen, deren Größe zwischen 1 und 10 mm liegt, reichen, um die Härtungsreaktion mit gewünschter Als zu Schaumkunststoffen führende Massen

Geschwindigkeit ablaufen zu lassen und ein gleich- eignen sich vor allem Harnstoff-, Phenol- und mäßiges Mischen und Fördern zu gewährleisten. 15 Melamin-Formaldehyd-Kondensationsprodukte, aber Sollte jedoch infolge zu niedriger Temperatur im auch verschäumbare Epoxyharze und Mischungen Misch- und Förderteil der Schaum nur mangelhaft aus Polyisocyanaten, organischen Polyolen und Washärten oder sollten andere Störungen, z. B. durch ser, welche Polyurethanschäume bilden, sind ver-Verkleben, auftreten, so empfiehlt es sich, den wendbar. Als Härter für Epoxyharze kommen z.B. Misch- und Förderteil zu heizen. Dazu wird er z. B. 30 Amine oder Säuren in Frage.

mit einem Heizmantel umgeben. Bei hohen Durch- Die Harnstoff-, Phenol- und Melamin-Form-

sätzen kann es vorteilhaft sein, zur Kühlung den aldehyd-Kondensationsprodukte werden vorteilhaft Förder- und Mischteil mit einem Kühlmantel zu um- in Form ihrer wäßrigen Lösungen verwendet. Als geben. Härter verwendet man die hierfür gebräuchlichen

Da es zweckmäßig ist, die Welle 9 nur einseitig zu 25 Stoffe, z. B. für Harnstoffharze Säuren oder in wäß-

lagern, ist es vorteilhaft, die Wellendicke von der Antriebsseite her zum Austragsende hin stufenweise zu verjüngen, um das Volumen zu verändern.
Durch den steileren Anstieg der Gänge im Förder-

riger Lösung unter der Einwirkung von Formaldehyd säurebildende Stoffe, wie Ammoniumchlorid, für Phenolharze z. B. Paraformaldehyd.
Das Aufschäumen der verschäumbaren und härt

teil kann der kombinierte Schaumstoff schnell und 30 baren Massen erfolgt z. B. bei den Harnstoff-, gleichmäßig aus der Vorrichtung ausgetragen wer- Phenol- und Melamin-Formaldehyd-Kondensatiqnsden. Das Ende des Förderteils versieht man zweckmäßig mit einem Kunststoffschlauch oder -rohr 10,

durch den sich das Produkt über viele Meter hin an

blasen wird, am besten geeignet ist. Dies war deshalb besonders überraschend, weil man erwarten mußte, daß die leicht zusammendrückbare Schaumkomponente durch ein Druckgas zerstört werden würde.

Die Eindosierung der porösen Kunststoffteilchen erfolgt z. B. durch einen Trichter mit veränderlichem Querschnitt, durch Dosierschnecken oder Schüttelrinnen. Die zu Schaumkunststoffen führenden Mas

produkten durch mechanisches Einbringen von Gasen, wie Luft oder Kohlensäure. Auch kann das Aufschäumen dadurch erfolgen, daß während des Harden gewünschten Verwendungsort transportieren 35 tens des verschäumbaren Kunststoffes Gase abgeläßt. Das Austragen und der Transport durch den spalten werden.

Schlauch läßt sich durch mechanische Hilfsmittel, Statt verschäumbare Kunststoffe, z. B. in wäßriger

z. B. eine zweite Förderschnecke oder Schubkolben, Lösung, in die Räume zwischen den Teilchen aus bewirken. Überraschenderweise wurde jedoch gefun- porösem Kunststoff einzubringen, kann man auch den, daß eine pneumatische Austragsvorrichtung, bei 40 fließfähige, härtbare Schäume aus den obengenannder vorzugsweise durch eine Ringdüse Luft einge- ten Kunststoffen eindrücken. Man arbeitet zweckmäßig so, daß sich die porösen Kunststoffteilehen berühren und im Idealfall in der dichtestmöglichen Packung vorliegen. Die porösen Kunststoffteilchen 45 brauchen nicht unbeweglich fixiert zu sein, müssen jedoch in ihrer Beweglichkeit so weit eingeschränkt werden, daß sie dem in die Zwischenräume eindringenden Schaum nicht ausweichen können.

Das Verfahren wird vorzugsweise kontinuierlich sen, ζ. B. Harzlösungen, Härter- und Schaummittel- 50 durchgeführt. Soll diskontinuierlich gearbeitet werlösungen oder Schaum, können durch Pumpen oder den oder die Herstellung unterbrochen werden, so pneumatisch unter Verwendung von Druckgefäßen ist es empfehlenswert, die Vorrichtung mit einer durch die Stutzen in den Mischteil gebracht werden. Spülanlage zu versehen, um gehärtete Schaumteile, Die Geschwindigkeit, mit der dies geschieht, läßt sich die sich z. B. an den Wänden oder den Wendern z. B. durch Rotamesser oder Meßblenden kontrol- 55 festsetzen können und beim Wiederanfahren der Aplieren. paratur stören würden, zu entfernen. Dies ist im

Je nach der Gangsteigung wird die Drehzahl ver- Fall von Harnstoff-Formaldehyd-Harzen leicht durch schieden ausgewählt. Vorzugsweise beträgt sie 500 Wasser möglich.

bis 1500 U/min bei Gangsteigungen von etwa 30 bis Nach dem Verfahren der Erfindung lassen sich

100 mm. Die Steigung sollte nicht geringer und die 60 kombinierte Schaumstoffe herstellen, deren Gehalt Umdrehungszahl nicht höher sein, weil sonst die Ge- an porösen Teilchen beispielsweise zwischen 30 und fahr besteht, daß die porösen Kunststoffteilchen 70 Volumprozent liegt. Durch Variieren des Anteils beim Einfüllen zurückgedrückt und nicht eingezogen an porösen Kunststoffteilchen lassen sich die Eigenwerden und das Schneckenvolumen nicht gleich- schäften des kombinierten Schaumstoffs, z. B. die mäßig ausfüllen. 65 Wärmeleitfähigkeit und Festigkeit, in gewünschter

Geeignete Kunststoffe, aus denen die erwähnten Weise beeinflussen.

porösen Teilchen bestehen, sind beispielsweise Poly- Das Verfahren gemäß der Erfindung unterscheidet

vinylchlorid, Polyäthylen, Polymethacrylsäureester, sich klar von bisher bekannten Verfahren. Es ist

zwar ein Verfahren zum Einführen von Lösungsmitteln in plastische Massen bekannt, bei dem man mit einer Mischvorrichtung arbeitet, die mit einer Förderschnecke und einem Mischteil ausgerüstet ist. Außer dem einen Merkmal der Vorrichtung, daß ein Einfüllstutzen im Mischteil angeordnet sein soll, erwähnt sie keine Merkmale der beanspruchten Vorrichtung und legt ihre Gesamtkombination der Merkmale auch in keiner Weise nahe. Es sind ferner Betrachtungen über Konstruktion und Betrieb von Kunststoffschnecken bekannt, wobei eine Abbildung eine Schneckenpresse mit Einzugszone, Umwandlungszone und Ausstoßzone zeigt. Wie der Abbildung zu entnehmen ist, haben die Schneckengänge über die gesamte Schneckenlänge eine gleiche Gang-Steigung, und die Dicke des Schneckenschaftes nimmt zur Ausstoßzone hin zu. Das zu fördernde Material wird somit bei dieser Konstruktion zur Ausstoßzone hin zusammengepreßt, was bei dem Verfahren gemäß der Erfindung durch bessere Druckverhältnisse gerade vermieden werden soll. Gemäß der Erfindung wird durch eine schnellere Förderungsgeschwindigkeit bzw. den steileren Anstieg der Gänge im Förderteil der Schnecke ein rascheres und gleichmäßiges Austragen des kombinierten Schaumstoffs aus der Vorrichtung erreicht. Es wird so vorteilhaft und sicher vermieden, daß ein Zusammenpressen des kombinierten Schaumstoffs unter dem Druck der Beschickung erfolgt, was bei den bekannten Verfahren leicht eintreten und eine Zerstörung des kombinierten Schaumstoffs nach sich ziehen kann.

Die in dem Beispiel genannten Teile und Prozente sind, sofern nicht anders angegeben, Gewichtseinheiten.

Beispiel

Eine Vorrichtung, wie sie in der Abbildung dargestellt ist, besteht aus einem Zylinder mit einer Misch- und Förderschnecke. Der Zylinder ist gegliedert in einen Einfüllteil 1, Mischteil 3 und Förderteil 5. Die Schnecke hat eine Länge von 1044 mm und einen Durchmesser von 100 mm. Die Steigung der Schneckengänge im Einfüll- und Mischteil beträgt 60 mm, im Förderteil 100 mm. Der Einfüllteil ist 533 mm, der Mischteil 275 mm und der Förderteil 236 mm lang. Durch den Einfülltrichter 2 werden 3001 schaumförmige Polystyrolteilchen mit dem Schüttgewicht 16,5 g/l und mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 4 bis 5 mm je 3,3 Minuten kontinuierlich in die Vorrichtung eingebracht. Die Schnecke wird mit einer Drehzahl von 1000 U/min gedreht. Durch den Stutzen 4, der einen lichten Durchmesser von 12,5 mm hat, wird ein noch nicht ausgehärteter Harnstoff - Formaldehyd - Harzschaum eingedrückt.

Dieser Schaum wird in einer üblichen Mischvorrichtung aus einer 3O°/oigen wäßrigen Lösung eines Harnstoff-Fonnaldehyd-Vorkondensats (Molverhältnis Harnstoff zu Formaldehyd gleich 1:1,8) und einer Schaummittellösung, die aus einer wäßrigen Lösung von 19% diisopropylnaphthalinsulfosaurem Natrium und 10% Phosphorsäure besteht, unter Zusatz von Luft in üblicher Weise hergestellt. Von der Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensatlösung werden 21 auf 1,71 der Schaummittellösung angewandt. Der aus 10,81 dieser verschäumbaren Mischung gewonnene, noch nicht gehärtete, fließfähige Harnstoff-Formaldehyd-Schaum wird kontinuierlich in je 3,3 Minuten durch den Stutzen 4 in die Schnecke eingedrückt. Dieser Schaum füllt die Hohlräume zwischen den schaumförmigen Polystyrolteilchen aus. Der kombinierte, noch nicht ausgehärtete Schaumstoff wird mit Hilfe der Austragsvorrichtung 6, die aus einer Ringdüse besteht, mit Preßluft pneumatisch in einer Menge von 347 1 je 3,3 Minuten durch einen 10 m langen Schlauch 10 aus Polyvinylchlorid ausgetragen. An Luft werden m³ in der Stunde benötigt.

Durch Gießen in Formen und Härtenlassen wird der kombinierte Schaumstoff z. B. zu Blöcken und Platten verarbeitet. Auch lassen sich durch ihn — zum Zweck der Isolierung gegen Wärme- und Schalldurchtritt — Mauerschlitze ausspritzen. Körper beliebiger Gestalt können mit einer Isolierschicht umgeben werden. Der kombinierte Schaumstoff eignet sich z. B. auch als Verpackungsmaterial. Im Acker-, Forst- und Gartenbau ist er unter anderem zur Bodenbedeckung geeignet.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung kombinierter Schaumstoffe durch Einbringen von härtbarem, aber noch fließfähigem Kunststoff schaum bzw. von verschäumbaren, zu Schaumkunststoffen führenden Massen in die Zwischenräume zwischen Teilchen aus porösem Kunststoff in einer Schneckenmaschine mit Einfüll-, Misch- und Förderteil, wobei man in den Einfüllteil den porösen Kunststoff, in den Mischteil den härtbaren, fließfähigen Kunststoffschaum bzw. die verschäumbaren, zu Schaumkunststoffen führenden Massen einbringt und den kombinierten, noch fließfähigen härtenden Schaumstoff durch den Förderteil weiterfördert, ihn aus der Vorrichtung austrägt und erstarren läßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördergeschwindigkeit im Förderteil größer als im Misch- und Einfüllteil ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den kombinierten Schaumstoff mittels einer pneumatisch wirkenden Austragsvorrichtung aus der Schneckenmaschine austrägt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, bestehend aus einem Zylinder mit einer Misch- und Förderschnecke und einem Einfüllteil, an dessen Anfang ein Einfülltrichter angebracht ist, gekennzeichnet durch einen Mischteil (3), der mit einem oder mehreren Einfüllstutzen (4) versehen ist, einen am Ende sich konisch verjüngenden Förderteil (5), eine am Ende des Zylinders angebrachte Austragsvorrichtung (6) und eine hieran angeschlossene Leitung (10), wobei die Schneckengänge (7) im Förderteil eine größere Gangsteigung haben als die Schneckengänge (8) in dem Misch- und Einfüllteil.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Längenverhältnis von Einfüllteil zu Mischteil 1,5 bis 2,5 :1 ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Längenverhältnis von Förderteil zu Mischteil 0,5 bis 1,5 :1 ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Ein-

füllteils 10 bis 30% kleiner als das Volumen des Mischteils ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Förderteils 10 bis 20% größer ist als das Volumen des Mischteils.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragsvorrichtung (6) aus einer Ringdüse besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendeln der Schnecken außen als Schneiden ausgebildet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 948191; französische Patentschrift Nr. 1003 469; »Kunststoffe«, 1959, Heft 2, S. 63 bis 66.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen