DE1660616B2

DE1660616B2 - Verfahren zur Herstellung von endlosen fadenartigen Gebilden durch Verstrecken von Bändern aus Polyolefinschaumstoff

Info

Publication number: DE1660616B2
Application number: DE1660616A
Authority: DE
Inventors: Carel Jan Breukink; Jacob Vermeulen; Arend Van Der Zwan
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1966-08-02
Filing date: 1967-07-31
Publication date: 1975-12-18
Also published as: US3542909A; BE702099A; DE1660616A1; NL131084C; FR1551008A; GB1123538A; DK117241B; ES343608A1; NL6610834A

Description

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Vorzugsweise geht man von einem Polypropylenschaum aus, der eine Dichte von 15 bis 150 g/l aufweist.

Außer von der Art und Beschaffenheit des Polyolefins hängt der erreichbare Schrumpfungsgrad auch von dem verwendeten Treibmittel ab. So kann man bei Verwendung von Pentan als Treibmittel durch die Wahl eines entsprechenden Temperaiurgradienten eine stärkere Schmmpfung bewirken, als bei Verwendung von Butan; sie kann beispielsweise 10% mehr als bei Butan betragen.

Das Kühlen des aus der Strangpresse austretenden Schaumstoffstranges, wobei das Schrumpfen eintritt, kann an der Luft erfolgen, ebensogut kann der Strang jedoch auch in einem flüssigen Bad, beispielsweise einem Wasserbad, gekühlt werden.

Das Verstrecken des Schaumstoffs, das sich an die erfindungsgemäße Verdichtungsstufe anschließt, erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen zwischen etwa 80° und dem Schmelzpunkt des betreffenden Polyolefins (für Polypropylen meist 165 bis 170° C). Das Aufheizen des Schaumstoffstrangs erfolgt z. B. in einem Rohr oder einem Tunnel, worin der Schaumstoff in Berührung mit einem heißen Gas kommt. Bei Polypropylenschaumstoffen liegt die Gastemperatur im allgemeinen zwischen 110 und 180⁰C. Die Aufheizzeit beträgt meist 1 Sekunde bis 5 Minuten ind ist um so kürzer, je höher die Temperatur ist.

Das Verstreckverhältnis muß der Art und Dichte des Schaumstoffes und insbesondere dem vorher erreichten Verdichtungsgrad angepaßt werden. Diese Faktoren bestimmen, welches Verstreckverhältnis erforderlich, bzw. am günstigsten ist, um die Zellstruktur in die Faserstruktur zu überführen. Im Einzelfall läßt sich das günstige Verhältnis ohne weiteres experimentell bestimmen. Das maximale Verstreckverhältnis, d. h. dasjenige, bis zu dem noch kein Reißen und keine Bildung von schwachen Stellen im Strang zu beobachten ist, hängt, abgesehen von der Art des Schaumstoffs und dem Verdichtungsgrad, auch von der Verstrecktemperatur ab und liegt im allgemeinen oberhalb von 5:1, z. B. zwischen 8:1 und 15:1.

Die erfindungsgemäß erhältlichen endlosen fadenartigen Gebilde haben je Gewichtseinheit ein hohes Volumen. Diese Eigenschaft ist von besonderer Wichtigkeit, wenn diese Gebilde zur Herstellung von leichten Textilstoffen benutzt werden sollen, die in ihren sonstigen Eigenschaften und im Aussehen Stoffen entsprechen, die aus spezifisch schwereren Fäden hergestellt sind. Die erfindungsgemäß hergestellten Endlosfäden können zu Textilsloffen verarbeitet werden, z. B. zu Geweben oder Maschenware; Filze od. dgl. können demnach ebenfalls aus den erfindungsgemäß hergestellten Produkten bestehen

Nach dem Verstrecken haben die erfindungsgemäß erhaltenen Gebilde gewöhnlich eine glatte Oberfläche, die auch nachträglich aufgerissen, geritzt oder gerillt werden kann, wodurch sowohl die gegenseitige Kohäsion oder Fäden, wie die Fülle und der Griff des Textilmaterial weiter verbessert wird, so daß es den üblichen Stoffen noch mehr ähnelt. Sie lassen sich auch mit Vorteil zu Stapelfasern verarbeiten, die gezwirnt werden können.

Beispiel

Zur Erzeugung des Schaumstoffes wurde eine Strangpresse verwendet, deren Zylinder einen Innen-616

durchmesser von D = 60 mm und eine Länge (von der Zufuhröffnung für das Polymerisat bis zur DüssnöfTnung) von 32 · D hatte. Diese Strecke war eingeteilt in eine Aufgabe- und Plastizierungszone (11 · D), eine Kompressionszone (1 · D), eine Pump- oder Zuteilungszone (10 · D), eine Mischzone (5 · D) und eine Kühlzone (5 ■ D).

Die rotierende Welle in der Aufgabezone, der Kompressionszone und der Pumpzone hatte die Form eines Schneckengewindes. Der Abstand zwischen der Welle und der Zylinderwand betrug in der Aufgabezone 10 mm und in der Zuteilungszone 3 mm. In der Kompressionszone verringerte sich der Abstand allmählich von 10 auf 3 mm. In der Mischzone war die Welle versehen mit einer Anzahl von Ringen, die insgesamt zwanzig 3 mm tiefe spiralige Rillen trugen. In der Kühlzone betrug der Abstand zwischen Welle und Zylinderwand 6 mm; in dieser Zone waren zwei Schaber angeordnet.

Der Düsenkopf der Strangpresse wies vier öffnungen mit einem Durchmesser von je 1 mm auf. Die Länge der einzelnen Ausstoßöffnungen (in Richtung der Extrusion) betrug 3 mm.

Das Polymere war isotaktisches Polypropylen mit einem Schmelzindex von 8. Vor Einführung in die Strangpresse wurde das Polymerisat angefeuchtet mit 0,1 Gewichtsprozent Paraffinö! und vermischt mit 0,25 Gewichtsprozent NaHCO₃ und 0,20 Gewichtsprozent Zitronensäure. Das Anfeuchten mit Paraffin dient d^zu, dem NaHCO₃ und der Zitronensäure eine bessere Haftung an den Polymerkörnem zu ermöglichen. Außer dem durch chemische Reaktion aktivierten Treibmittel wurden entweder Butan oder Isopentan als rein physikalische Treibmittel verwendet; sie wurden am Anfang der Mischzone injiziert.

Die ausgepreßten Schaumstoffstränge ließ man an der Lufi schrumpfen. Wenn irgend möglich, wurden sie in einem Ofen verstreckt, in welchem die Lufttemperatur 121°C betrug und den der Schaumstoffstrang mit einer Geschwindigkeit von 3 m je min passierte.

Der Extruder wurde wie folgt betrieben:

Geschwindigkeit 18 U/min

Temperatur der Zylinderwand

in der Aufgabezone 151° C

in der Zuteilungszone 180 bis 185° C

in der Mischzone 155° C

in der Kühlzone 150° C

am Düsenkopf 155° C

Treibmittel technisches Butan

Injektionsdruck 120 kg/cm-

Treibmittelgehalt 18 % (ber. auf

Polymer)

Unter diesen Bedingungen wurden folgende Resultate erhalten:

Ausbeute 9 kg/h

Temperatur des Schaumes am

Düsenkopf 162° C

Schrumpfung 30 %>

Aussehen an der Oberfläche nicht glatt

Äußerstes Streckverhältnis .. 9:1

Dichte nach Schrumpfung ... 28 g/l

Dichte nach Verstrecken 107 g/l

Bei einem Verstreckverhältnis von 8 :1 war es möglich, viele Stunden zu arbeiten, ohne daß ein Reißen erfolgte.

Claims

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Patentanspruch: insbesondere das Verstreckverhältnis derart gewählt Verfahren zur Herstellung von endlosen faden- werden, daß man Fäden erhält, bei denen die ZeIiartigen Gebilden durch Verstrecken von Bändern struktur des ursprünglichen Schaumstoffes durch Aufaus Schaumstoff aus stereospezifischen Polyole- brechen der Zelltrennwände ganz oder doch größtenfinen, wobei der Scuaumstoff zunächst eine 5 teils zerstört ist, ohne daß beim Verstrecken mit Dichte von weniger als 300 g/l aufweist und vor häufigen Fadenbrüchen gerechnet werden muß.
dem Verstrecken verdichtet wird, nach Patent Beim Ausformen der Schaumstoffbänder auf der 16 60 540, dadurch gekennzeichnet, Strangpresse macht man wie beim Verfahren nach daß der Schaumstoff 5 bis 25°/o Treibmittel ent- dem Hauptpatent, Gebrauch von einem Treibmittel, hält und daß die Verdichtung um mindestens i° nieist in Form einer leichtflüchtigen Flüssigkeit, die 25% des Querschnitts durch Abkühlung der in das Polyolefin eingespritzt wird. In Frage kom-Bänder erfolgt. nien vor allem Kohlenwasserstoffe, wie Propan, Bu-

tan oder Pentan, oder auch Halogenverbindungen,

wie das bekannte Treibmittel »Freon« oder es wer-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- 15 den inerte Gase, wie Stickstoff oder Kohlendioxyd, lung von endlosen fadenartigen Gebilden durch Ver- als Treibmittel verwendet, die gegebenenfalls in der strecken von Bändern aus Schaumstoff aus stereo- Polyolefinmasse in situ gebildet werden können,
spezifischen Polyolefinen, wobei der Schaumstoff zu- Wie beim Arbeiten nach dem Hauptpatent erhält nächst eine Dichte von weniger als 300 g/l aufweist man erfindungsgemäß aus Polyolefinschäumen einer und vor dem Verstrecken verdichtet wird, nach Pa- a° Dichte von weniger als 300 g/l, bei entsprechendem tent 16 60 540. Verstrecken ein endloses fadenartiges Gebilde, das Das Verdichten des Schaumstoffes erfolgt bei dem sich zusammensetzt aus longitudinal orientierten, durch das Hauptpatent 16 60 540 geschützten Ver- langgestreckten, stellenweis verzweigten Strukturfahren dadurch, daß man den Kunststoffschaum elementen, die weitgehend durch ebenfalls in I ängszwischen einem Satz Walzen hindurchfühlt, die nicht »5 richtung orientierte Verzweigungen verbunden sind. beheizt sein müssen und z. B. einen lichten Abstand Im Gegensatz dazu erhält man beim Verstrecken von 1 mm haben. von verschäumten Polyolefinen mit höherer Dichte, Der vorliegenden Weiterbildung des Verfahrens wie sie beispielsweise bei dem aus der GB-PS 9 27 582 nach Patent 16 60 540 liegt die Aufgabe zugrunde, bekannten Verfahren erhalten werden, ein Produkt, durch Ausschaltung einer Bearbeitungsstufe, nämlich 30 in dem die ursprüngliche Zellstruktur, wenn auch in des Walzvorganges, eine Vereinfachung zu erzielen, gestreckter Form, noch vorhanden ist. Bei Gebilden durch welche die Wirtschaftlichkeit des Herstellungs- von gleicher Stärke sind aber solche die aus einem Verfahrens verbessert wird, ohne daß die Beschaffen- Polyolefinschaum von geringerer Dichte hergestellt heit der noch zu verstreckenden Schaumstoffbänder sind, auf Grund ihres geringeren Gewichtes je Länso weit beeinträchtigt wird, daß sie beim Verstrecken 35 geneinheit wesentlich überlegen,
reißen. Ob beim Strangpressen ein Schaumstoffsirang ge-Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- bildet wird, dessen Durchmesser beim Abkühlen um löst, daß der Schaumstoff 5 bis 25 % Treibmittel ent- mindestens 25 % schrumpft, hängt in erster Linie hält und daß die Veidichtung um mindestens 25% vom Gefälle zwischen der Temperatur während des des Querschnitts durch Abkühlung der Bänder er- 4° Strangpressens und der Abkühltemperatur ab. Wenn folgt. beim Verpressen eine gewisse Temperaturgrenze, Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es deren Höhe von der Zusammensetzung des zu veralso ermöglicht, durch eine entsprechende Zusam- pressenden Gemisches abhängt, eingehalten wird, mensetzung des Polyolefinschaumes, die Voraus- tritt die beabsichtigte Verdichtung spontan ein. Der Setzungen dafür zu schaffen, daß sich die Schaum- 45 Umfang, in welchem sich der Querschnitt des Banstoffbänder, die auf übliche Weise in einer Strang- des verringert, ist um so größer, je größer der Unterpresse erzeugt werden und aus dieser bei höherer schied zwischen der Preßtemperatur und der AbTemperatur austreten, durch Abkühlung spontan so kühltemperatur ist. Allerdings ist zu beachten, daß weit verdichten, daß ihr Querschnitt um mindestens allzuhohe Extrusionstemperaturen zu größeren Ver-25 °/o verringert wird. 50 lusten an Treibmittel führen., was sich dahingehend Das vorliegende Verfahren weicht insofern vom auswirkt, daß der erwünschte Effekt der erfindungs-Verfahren nach der Hauptanmeldung ab, als bei der gemäß zu verwendenden Menge an Treibmittel ausspontanen Schrumpfung der Bänder durch Ab- bleibt bzw. stark zurückgeht.

kühlen nicht immer die gemäß dem Hauptpatent ge- Das Treibmittel muß bei Durchführung des Verforderte Verringerung der Banddicke auf höchstens 55 fahrens mindestens in einer Konzentration von 5 Genoch die Hälfte der ursprünglichen Dicke erreicht wichtsprozeni, berechnet auf die Menge an Polyolewird. Es zeigte sich jedoch bei der praktischen Durch- fin, vorhanden sein. Enthält der Schaumstoff mehr führung des Verfahrens, daß sich auch Bänder mit als 25 Gewichtsprozent Treibmittel, so wird die Exverringertem Verdichtungsgrad — soweit dieser der trusion unregelmäßig; der Durchmesser des erhalte-Mindestforderung entsprach — noch weitgehend ver- 60 nen Strangs ist dann gewissen Schwankungen unterstrecken lassen ohne zu reißen und daß im übrigen worfen, und der Strang kann sogar gelegentlich unter geeigneten Bedingungen ohne weiteres ein reißen, oder der Schaum kann in Form von einzelnen Schrumpfen von bis zu 65% des Bandquerschnittes Flocken anfallen.

zu erreichen ist. Die Durchführung des Verfahrens Besonders günstig für die Bildung eines erfindungs-

häfigt jedoch nicht von der Wahl solcher besonderer 65 gemäßen, zum Verstrecken geeigneten selbstschrump-

Bedingungen ab, wenn diese auch bevorzugt sind. fenden Schaumstoffstranges ist es, wenn sich die

Bleibt der Schrumpfungsgrad unter 50%, so muß Länge der Ausstoßöffnung zu ihrem Durchmesser

lediglich die Weiterverarbeitung so erfolgen, d. h. höchstens wie 4 : 1 verhält.