DE1544945A1

DE1544945A1 - Process for the continuous production of thermoplastic synthetic resin foams

Info

Publication number: DE1544945A1
Application number: DE19641544945
Authority: DE
Inventors: Eberle Dr Dipl-Chem Hans; Gerhard Wuttke
Original assignee: Gruenzweig und Hartmann AG
Current assignee: Saint Gobain Isover G+H AG
Priority date: 1957-08-19
Filing date: 1964-02-12
Publication date: 1969-07-24

Description

Das Hauptpatent............ ( Patentanmeldung P 12 61 670. 5-43) betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Kunstharzerzeugnissen mit zelliger Struktur aus wenigstens einem thermoplastischen Polymerisatharz, wie z. B. Polystyrol, Polyvinylchlorid und dergl., sowie aus wenigstens einem verhiltnismEssig niedrig siedenden, bei Raumtemperatur flüssigen Quell-bzw. Treibmittel. Es kennzeichnet sich dadurch, dass die nicht vorbehandelte und vorzugsweise feingepulverte Harzkomponente mit etwa 10-30 Gew.-% des flüssigen Quell-bzw. Treibmittels gemischt n wird und aus beiden unter einem Druck von etwa 80-150kp/cm und Einhaltung einer unter dem Fliesspunkt des Harzes liegenden Temperatur von etwa 30-80°C, ggf. unter Kühlung, fortlaufend ein fliessfähiges Gel hergestellt und dieses anschliessend kontinuierlich aufgeschdumt wird, wobei die Auswahl des für ein gegebenes Harz am besten geeigneten Ouellmittels so erfolgt, dass sich die Löslichkeitsparameter von Harz und Quellmittel um einen Wert von ~ 2,5 bis 6,5 (cal/cm3) 1/2 unterscheiden.The main patent ............ (patent application P 12 61 670. 5-43) concerns a process for the continuous production of synthetic resin products with zelliger Structure made of at least one thermoplastic polymer resin, such as. B. polystyrene, Polyvinyl chloride and the like, as well as at least one relatively low boiling, swelling or liquid at room temperature. Propellant. It identifies in that the non-pretreated and preferably finely powdered resin component with about 10-30 wt .-% of the liquid swelling or. Propellant mixed n is and from both under a pressure of about 80-150kp / cm and adhering to one under that The temperature at the pour point of the resin is around 30-80 ° C, with cooling if necessary, a flowable gel is continuously produced and then continuously produced foaming, choosing the most appropriate for a given resin Ouellmittel is done in such a way that the solubility parameters of resin and swelling agent differ by a value of ~ 2.5 to 6.5 (cal / cm3) 1/2.

Nach anderen Vorschlagen des älteren Verfahrens soll das homogenisierte Gel nach Austritt aus der Misch-und Homogeniserungsvorrichtung oder in ihrem Austrittsmundstück auf die Plastifizierungstemperatur des Kunstharzes erwkrmt und bei Austritt gegen die Atmosphäre entspannt werden, wobei die treibmittelhaltige Polymerisatmasse zu einem Schaumkörper aufgebläht wird. Die zur Durchführung dieses Verfahrens vorgeschene Schneckenpresse soll dabei vorteillhait eine progressiv wirkende, d. h. das pulvrige Ausgangsgemisch verdichtende Schnecke aufweisen.According to other proposals of the older method, the homogenized Gel after exiting the mixing and homogenizing device or in its exit mouthpiece heated to the plasticizing temperature of the synthetic resin and against the atmosphere can be relaxed, the blowing agent-containing polymer mass to a foam body is inflated. The for Implementation of this The screw press prior to the process should have the advantage of a progressively acting, d. H. have the powdery starting mixture compacting screw.

Es hat sich nun herausgestellt, dass diese Arbeitsweise in manchen Fallen zu Schwierigkeiten führen kann, die dem alteren Vorschlag Grenzen setzen. Sc @ kcmmt es gelegentlich wahrend der Verdichtung des mit de-m Treibmittel vermischten Kunststoffpulvers zu einer Blockierung der Schneckenpresse, die zum Reuch der Schnecke führen kann. Ausserdem kann sich das Gemisch erhitzen und zwar n einer auch durch KUhlung nciht restlon zu beherrschenden Weise. Als Folge kann ein zumindest stellenweisee Aufschmolzen des Gemischs eintreten, was die Qualitat des Lrzeugenisses ungüstig beeinflusst.It has now been found that in some Traps can create difficulties that limit the older proposal. Occasionally it combs during the compression of the propellant mixed with the de-m Plastic powder to a blockage of the screw press, which leads to the rubbing of the screw can lead. In addition, the mixture can heat up, even through KUhlung not restlon to be controlled manner. As a result, at least in places Melting of the mixture occur, which makes the quality of the product unfavorable influenced.

In Weiterentwicklung des Verfahrens nach de : a Hauptpatent sieht die Erfidnung daher vor, das feinteilige, nicht schäumfähige kcnstharz-Treibmittelgemisch auf dem grössten Teil seines Weges durch eine Schneckenprese im wesentlichen chne Verdichtung und im wesentlichen bei Raumtemperatur zu fördern und SN Ende der F6rderschnecke auf einer kurzen Strecke hoch zu verdichten und hierbei auf eine Temperatur unterhalb des Fliessbereiches des reinen Kunststoffs zu erhitzen, wobci Gelbildung eintritt, und das so gebildete schiumfahige Gel nach weiterem stetigen Anstieg des Pruckes und der Temperatur bis zum Fliessboreich des Kunststoffes, aber unterhalb des thermoplastischen Bereichs &nschliessend in an sich bekannter Weise durch Druckentlastung aufzuschäumen.In further development of the process according to de: a main patent sees The invention therefore proposes the finely divided, non-foamable synthetic resin blowing agent mixture essentially chne on most of its way through a screw press Promote compression and essentially at room temperature and SN end of the screw conveyor to compress high over a short distance and thereby to a temperature below to heat the flow area of the pure plastic, whereby gel formation occurs, and the gel that is formed in this way after a further steady increase in pressure and the temperature up to the flow range of the plastic, but below the thermoplastic Foam the area in a known manner by relieving pressure.

Nach einem Vorschlag der Erfidnung soll bei Verwandung von Styrolpolymerisat das schäumfahige Gel bei einer Temperatur von etwa 30-80°C gebildet werden und das Aufschäumen dieses Gels bei einer Temperatur von etwa 90-120°C erfolgen.According to a proposal of the invention, when using styrene polymer the foamable gel can be formed at a temperature of about 30-80 ° C and that This gel can be foamed at a temperature of about 90-120 ° C.

Gegebenenfalls können deta Kunststoffpulver vor oder nach dem Zumischen des fldssigen Treibmittels, wie r-Peatan, an sich bekannte Gleitmittel, wie Stearate, Wachse, u. dergl. undfoder feste bzw. normalerweise gasförmige Treibmittel oder Blasenkeimbildner, Farbstoffe u. dergl. zugesetzt werden.If necessary, deta plastic powder before or after mixing the liquid propellant, such as r-peatane, lubricants known per se, such as stearates, Waxes, etc. andfor solid or normally gaseous propellants or Bubble nucleating agents, coloring agents and the like can be added.

Es sine bereits zahlreiche Verfahren zur fortlaufenden Herstellung von thermoplastischen Kunstharzschaumstoffen mit Hilfe des Strangpressens bekannt. Man geht dabei von einer Schmelze des Kunststoffs aus, die ein Treibmittel bereits enthalt oder man setzt dieses Treibmittel in gasförmiger oder flüssiger Form der Kunststoffschmelze in der Strangpresse zu. Gegebenenfalls werden an deren Stelle oder zusätzlich feste, gasabspaltende Substanzen, wie Carbonate, Bicarbonate, Wein-und ZitronentRure u, dergl., ferner Stearate, Wachse u. dergl., FUllstoffe, Farbstoffe und Nhnliches zugesetzt. Es ist auch bereits bekannt, von einem gekdrnten oder gemahlenen Kunststoff, der das Treibmittel in homogener Verteilung enthElt, auszugehen und ihn in der Strangpresse durch Fnergiezufuhr aufzuschmelzen. Man wusste auch schon, dass die auf diese Arten hergestellte, fliessfähige Kunststoffmasse im oder vor dem MundstUck der Presse auf eine Temperatur unter dem thermoplastischen oder Schmelzbereich abgelthlt werden Muss, wenn man optimale Porositit erreichen will. Bei diesen bekannten Verfahren wird jedoch der Kunststoff stets aufgeschmolzen und die Erzeugnisse zeigen eine beträchtliche Schwindung, d. h., sie vermindern ihr Volumen im Laufe der Zeit, z. T. um mehr als 1 Prozent einer Längenabmessung.There are already numerous methods of continuous manufacture known from thermoplastic synthetic resin foams with the help of extrusion. It is based on a melt of the plastic that already has a blowing agent contains or one uses this propellant in gaseous or liquid form of the Plastic melt in the extruder. If necessary, in their place or additionally solid, gas-releasing substances such as carbonates, bicarbonates, wine and Lemon ture and the like, also stearates, waxes and the like, fillers, colorants and the like added. It is also already known from a grained or ground Plastic, which contains the propellant in homogeneous distribution, to go out and melt it in the extruder by supplying energy. You already knew that the flowable plastic mass produced in this way is in or before the die of the press to a temperature below the thermoplastic or melting range Must be sealed if you want to achieve optimal porosity. With these well-known However, the process will always melt the plastic and reveal the products considerable shrinkage, d. i.e., they decrease in volume over time, z. T. by more than 1 percent of a length dimension.

Nach der Arbeitsweise des Hauptpatentes wird das schaumfähige Gel aus feinteiligem Kunststoff hergestellt, indem man ihn mit dem gewählten Treibmittel und ggf. weiteren Zusätzen vermischt und bei hohem Druck und einer Temperatur unter dem Fliesspunkt des Kunststoffs verpresst, was die bei den bekannten Verfahren auftretenden Scliwierigkeiten und Nachteile bereits erheblich mindert.According to the working method of the main patent, the foamable gel Made from fine-particle plastic by adding the chosen propellant and possibly other additives and mixed at high pressure and a temperature below the flow point of the plastic is pressed, which occurs in the known processes Difficulties and disadvantages are already considerably reduced.

Nach dem Vorschlag der Erfindung ldsst sich ein noch gUnstigeret Ergebnis bei geringerem Aufwand an Antriebsleistung und unter weiterer Schonung von Schneckenpresse und Kunststoff erzielen. According to the proposal of the invention, an even more favorable one can be found Result with less drive power and with further protection from screw press and plastic.

Die Schwindung der nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Schaumstoffe ist ausserordentlich gering und beträgt durchschnittlich nur etwa 20%, verglichen mit der Schwindung auf bekannte Weise hergestellter Schaumstoffe.The shrinkage of those produced by the process of the invention Foam is extremely low and averages only about 20%, compared to the shrinkage of foams made in a known manner.

- ; ieht ferner eine Vorrichtung zur DurchfUhrung @vorgeschlagenen Verfahrens vor, die sich darin kennzeichnet, @ die Schneck@ oder Schnecken der Strangpresse über den @@ @@ @@@@ ihrer Länge als reine Förderschnecke ausgebildet bzw sind) und von der zum Mundstück der Presse gelegenen Erde eine kurze Kompressionsstufe aufweist (bzw. aufweisen).-; also includes a device for implementation @proposed Process before, which is characterized by @ the screw @ or screws of the extrusion press via the @@ @@ @@@@ their length as a pure screw conveyor or are) and has a short compression stage from the earth located to the mouthpiece of the press (or have).

Danach soll die Schnecke oder sollen die Schnecken einer Strangpresse die ein Ebliches Yerhältnis Länge/Durchmesser von etwa 1. 3:1 besitzen können, auf dem grössten Teil ihrer Länge das zur Verarbeitung gelangende, nicht-schäumfähige Kunststoffgemisch zunächst ohne wesentliche Verdichtung und annähernd bei Raumtemperatur fördern. Erst im Jetztcn Teil der Schnecke ist eine kurze Kompressionsstufe vorgesehen, die erfindungsgemäss aus einer kegelartigen Erweiterung des Kerndurchmessers der Schnecke und einem sich in Fliessrichtung daran anschliessenden zylindrischen Teil bestehen soll. Die Schnecke bzw. Schnecken läuft bzw. laufen dann in einer kegelförmigen Spitze aus, die anmittel@ar vor dem Mundstäcl der Presse endet. Der Durchmesser des zylindrischen Teils kann gl @ch cder auch grösser als der Aussendurchmesser der Förderschnecke sein.Then the screw or screws of an extrusion press should which can have an equal length / diameter ratio of about 1.3: 1 most of its length is the non-foamable material that is processed Plastic mixture initially without significant compression and almost at room temperature support financially. Only in the now part of the screw is a short compression stage provided, according to the invention from a cone-like expansion of the core diameter of the Screw and a cylindrical part adjoining it in the direction of flow should exist. The screw or screws then runs or run in a conical shape Tip that ends anmittel @ ar in front of the mouthpiece of the press. The diameter of the cylindrical part can also be larger than the outer diameter be the screw conveyor.

Bei einer Versuchsschnecke mit L'D = 13 betrug die kegelige Erweiterung des Schneckendurchmessers ca. 3% der gesamten Schneckenldnge. Man kann aber diese kegelige Erweiterung je nach den Erfordernissen bei ca. 3-8% der Schneckenlänge halten. Der sich anschliessende Zylinderteil kann etwa 10 -15% und die nacholgende Kegelspitze bis zu ca. 23% der Schneckenlänge betragen. Es ist von orteil, wenn die kegelige Erweiterung, der Zylinderteil und auch die Kegelspitze der Schnecke keine Gewindegango aufweisen sondern glatt ausgebildet sind.In the case of a test screw with L'D = 13, the conical expansion was of the screw diameter approx. 3% of the total screw length. But you can do this conical enlargement depending on the requirements at approx. 3-8% of the screw length keep. The adjoining cylinder part can be about 10 -15% and the following one Cone tip can be up to approx. 23% of the screw length. It is beneficial if the conical extension, the cylinder part and also the cone tip of the screw have no threads but are smooth.

Da die Verdichtung der Ausgangsstoffe auf einem sehr liurzen Abschnitt der Schneckenlänge erfolgt und zwar bei einer Temperatur, die den Siedepunkt des als Treibmittel üblicherweise verwendeten n-Pentans nicht oder kaum nennenswert übersteigt, wird fast schlagartig ein schaumfähiges Gel gebildet und zwar an einer vom Einzugsgebiet der Schnecke weit entfernt l. iegenden Stolle, so dass die Abdichtung dieses Kompressionsraums keinerlei Schwierigkeiten bereitete Es. sei bemerkt, dass man unter thermoplastischen Kunstharzen allgemein Kunststoffe versteht, die durch Warmeeinwirkung vom festen in den flüssigen Zustand übergehen, ohne dass, insbesondere bei amorphen Kunststoffen, ein genauer Schmelzpunkt angegeben werden kann. Dieser Übergang erfolgt allmählich und es werden dabei mehrere Ubergangszustände durchlaufen : Bei Erwärmung geht das Kunstharz aus dem festen Zustand in den Einfrier-oder Erweichungsbereich iiber, der den allgemeinen Anwendungsbereich des Kunststoffs nach oben hin begrenzt. Bei weiterer Erwärmung wird der thermoelastische Zustand erreicht, in dem das Kunstharz gummiartig-elastische Eigenschaften annimmt. Daran schliesst sich der Fliessbereich an, in dem ein elasto-viskoses Fliessen eintritt. Schliesslich wird der thermoplastische Zustand erreicht, wo das Runstharz eine mehr oder weniger vislrose Schmelze darstell t.Because the compression of the starting materials is on a very short section the screw length takes place at a temperature which is the boiling point of the n-pentane usually used as blowing agent hardly or not at all exceeds, is almost instantaneous foamable gel formed namely at a far away from the catchment area of the snail l. lying tunnels, so that the sealing of this compression space did not cause any difficulties It. it should be noted that thermoplastic synthetic resins generally refer to plastics understands that change from the solid to the liquid state through the action of heat, without specifying a precise melting point, especially in the case of amorphous plastics can be. This transition is gradual and there are several transition states run through: When heated, the synthetic resin goes from the solid state to the freezing or Softening range over which the general area of application of the plastic limited upwards. With further heating the thermoelastic state becomes achieved, in which the synthetic resin assumes rubber-like-elastic properties. To it This is followed by the flow area in which an elasto-viscous flow occurs. Finally, the thermoplastic state is reached, where the resin is one more or less vislose melt.

Claims

Claims 1) Process for the continuous production of thermoplastic Synthetic resin foams, in which a fine-grained, preferably finely powdered thermoplastic synthetic resin such as polystyrene, polyethylene and the like, or mixtures Such synthetic resins with about 10-30% by weight of the liquid swelling or propellant is mixed and from both under a pressure of about 80-150kp / cm2 and compliance a temperature of about 30-8O @ C below the pour point of the resin, if necessary with cooling, a flowable gel is continuously produced and then this foaming is continuous, the choice of which is made for a given resin a in the best suitable swelling agent is carried out in such a way that the solubility parameters differ from resin and swelling agent by a value of ~ 2.0 - 6.5 (cal / cm3) 1/2, according to patent ........ (patent application P 12 61 670. 5-43), characterized in that, that the finely divided, non-foamable synthetic resin propellant mixture is at its best Part of its way through a screw press with essentially no compaction and is conveyed essentially at room temperature and just before the end of the screw Highly compressed over a short distance and at a temperature below that of the flow area of the pure plastic is heated, whereby gel formation occurs, and the foamable gel formed in this way after a further steady increase in pressure and the temperature up to the flow range of the plastic, but below the thermoplastic Area then foamed up in a manner known per se by pressure relief will.

2) Method according to claim 1), characterized in that when using of styrene polymer, the foaming gel at a temperature of about 30-80 ° C is formed and the foaming of this gel at a temperature of about 90-120 ° C he follows.

3) Method according to claim l) and 2), characterized by @ichnet. that the plastic powder before or after adding the liquid propellant, such as n-pentane, lubricants known per se, stearates, waxes and the like and / or solid or gas-releasing propellants or bubble nucleating agents, dyes and the like are added will.

) Device for performing the method according to the claims 1) to 3), indicated by the fact that the screw or the screw of the extrusion press is designed (or sin) as a pure screw conveyor (s) over most of its length and a short compression stage in front of the end of the press facing the mouthpiece has (or has).

5) Device according to claim 1), characterized in that the in the compression stage a diverging cone egg, and one in the direction of flow adjoining cylinder part, the cylindrical part having the outer diameter of the conveying part of the screw is at least the same, and conical and cylindrical parts are preferred have no worm threads.

6) Device according to claim 4) and 5), characterized in that buys out the screw tip into a converging cone part that extends in the direction of flow connects to the cylindrical part.

7) Device according to claim 4) to 6), characterized in that the length / diameter ratio of the screw is about 13: 1, the diverging one Cone part about cylindrical part about 10-15C6 and the converging screw tip make up to about 23% of the screw length.