DE1805694A1 - Process for the production of beads from foamed thermoplastics - Google Patents
Process for the production of beads from foamed thermoplasticsInfo
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"5" Dipl.-lng. W. Herrmann-Tr«nt«pohE !98013 "5" Dipl.-Ing. W. Herrmann-Tr «nt« pohE ! 98013
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E DE 3ΑΙΙϊΐ-(τ0ΐίΑΪ-ϊ, iieuilly-Qur-^eine, ffranlcreicaE DE 3ΑΙΙϊΐ- (τ0ΐίΑΪ-ϊ, iieuilly-Qur- ^ a, ffranlcreica
Verfahren zur Herstellung von Perlen aus f<eschäximten 'thermoplasten.Process for the production of pearls from f <eschaximten '' thermoplastics.
Gründung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung· von Perlen aus thermoplastischem Zellmaterial geringer Dichte, die agglomerierfähig zur Bildung von Blöcken, Platten oder Werkstücken beliebiger" l'Ortn sind.Establishment refers to a method of manufacturing of beads of low-density thermoplastic cellular material capable of agglomerating to form blocks, sheets or Workpieces of any location are.
Das eingesetzte Material liegt im allgemeinen in i'orm von Granulaten, ötö.bchen oder Kugeln, vor, die ein iicDansionomittel enthalten, welches entweder im au/;ent)Iieic der Polymerisation des Monomeren oder nach dieser Polymerisation eingeführt wird. 3ei diesem Material handelt es sich in vielen Anwendungsfallen um Polystyrol; es kann aber auch aus Poly3ulfonen oder anderen thermoplastischen organischen ggf. i'euerfestmachern zugeordneten i-Laterialien bestehen.The material used is generally in the form of granules, ötö.bchen or balls, in front of which an iicDansionommittel included, which either in the au /; ent) Iieic of the polymerization of the monomer or is introduced after this polymerization. This material is used in many applications to polystyrene; However, it can also be made from poly-sulfones or other thermoplastic organic refractories if necessary i-materials consist.
Sine erste behandlung formt dieses Material in zellenartige Perlen einer spezifischen Üchüttdicb.te um, die meistens zwischenYour first treatment forms this material into cell-like beads a specific Üchüttdicb.te um, mostly between
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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
15 und 100 kg/m5 liegt. Diese Behandlung besteht daruberhinaus meistens darin, daß das Material bis auf seine Erweichungstemperatur erwärmt wird. Das Expansionsmittel, im allgemeinen ein flüchtiges Produkt, ruft dann das Auftreten einer großen Anzahl kleiner Zellen hervor und formt so das ursprünglich kompakte Material in eine Art Schaum um, dessen Fragmente "Perlen18 genannt werden. Diese Perlen enthalten noch in diesem Stadium ein Expansionsmittel, derart, daß eine neue thermische Behandlung sie aufbläht oder dehnt.15 and 100 kg / m 5 . In addition, this treatment usually consists in heating the material up to its softening temperature. The expansion agent, generally a volatile product, then causes the appearance of a large number of small cells and thus transforms the originally compact material into a kind of foam, the fragments of which are called "beads 18. These beads still contain an expansion agent at this stage, such that a new thermal treatment inflates or stretches them.
Oft benötigt man leichtere Palen, die entweder für die Pierstellung durch !Formen von Blöcken, Platten und verschiedenartigsten Teilen nach den üblichen Verfahren der Expansion durch Einwirkenlassen von Dampf unter einem Druck größer als dem atmosphärischen Druck verwendet werden oder für die Herstellung von Platten oder Teilen unterschiedlichster Form nach dem Agglomerationsverfahren durch Verdichtung, wie es in der Französischen Patentschrift 1 440 106 vom 15. April 1965 beschrieben ist. Um leichtere Perlen zu erhalten, führt man einen neuen Heizzyklus mit dem Dampf durch oder man arbeitet nach einem Verfahren, bei dem man heiße Luft oder gesättigten Dampf bei atmosphärischem Druck zur Einwirkung kommen läßt, wie in der Französischen Patentschrift 1 440 075 vom 14. April 1965 beschrieben.Often one needs lighter pallets, which are either for the pier position by! Forms of blocks, plates and the most diverse Divide according to the usual methods of expansion by exposure to steam at a pressure greater than that atmospheric pressure or for the production of plates or parts of various shapes according to the Agglomeration process by compaction, as it is in the French U.S. Patent 1,440,106, dated April 15, 1965. To get lighter pearls, one leads one new heating cycle with the steam or you work according to a process in which you use hot air or saturated steam at atmospheric pressure, as in French Patent 1,440,075 of April 14, 1965 described.
Demgegenüber besteht das Verfahren nach der Erfindung im wesentlichen darin, überhitzten Dampf bei atmosphärischem Druck zur Behandlung der Granulate durch Wärme zu verwenden.In contrast, the method according to the invention essentially exists in using superheated steam at atmospheric pressure to treat the granules with heat.
Die Anmelderin hat festgestellt, daß die Verwendung überhitzten Dampfes es ermöglicht, Perlen einer geringeren Schüttdichte zu erhalten und damit leichtere und somit preiswertere Produkte herzustellen. Da die Dampfbehandlung bei atmosphärischemThe applicant has found that the use of superheated steam enables beads of a lower bulk density to be produced and thus to produce lighter and therefore cheaper products. Since the steam treatment at atmospheric
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Druok erfolgt, erhält man darüberhinaus eine Vereinfachung 'der benötigten Anlage. Man kann nämlich, mit einem einfachen kontitionierten Förderer arbeiten, um diesen Vorgang vorzunehmen, wogegen, wenn man Dampf unter Druck verwendet, es notwendig wird, mit geschlossenen Kammern oder Räumen, "beispielsweise Autoklaven, zu arbeiten, die sich für das kontinuierliche Arbeiten schlecht eignen.Druok takes place, one also receives a simplification 'of the required system. Because you can, with a simple contitioned conveyors work to carry out this process, whereas when using steam under pressure it becomes necessary with closed chambers or spaces, "for example Autoclaves, which are poorly suited for continuous work.
Der bei atmosphärischem Druck überhitzte Dampf kann verwendet werden, um expandierfähige, das !reibmittel enthaltende Granulate zu behandeln und deren Vorexpansion bzw. Vorschäumung zu erhalten.The steam, which is superheated at atmospheric pressure, can be used to produce expandable granules containing the friction agent to treat and to maintain their pre-expansion or pre-expansion.
Die Kurven entsprechend Pigur 1 der beiliegenden Zeichnungen zeigen, welche erheblichen Auswirkungen die Verwendung überhitzten Dampfes bei der Herstellung leichter expandierter Granulate hat. Bs handelt sieh um Polystyrolgranulate, die mit ei-The curves correspond to Pigur 1 of the accompanying drawings show the significant effects of using superheated steam in the production of lighter expanded granules Has. Bs see polystyrene granules with a
•ζ• ζ
ner reellen Schüttdichte von 1300 kg/m eingesetzt werden. Auf der Ordinate sind die ExpansionsVerhältnisse R aufgetragen, d.h. die Verhältnisse der reellen Schüttdichten, auf der Abszisse ist jeweils die Verweilzeit der Granulate im Dampf in Minuten aufgetragen. Die Kurve I entspricht einer Behandlung bei gesättigtem Dampf von 1000O. Die Kurve II entspricht einer Behandlung bei -überhitztem Dampf und ajbmosphärischem Druck von einer !Temperatur von 1170O. Es zeigt sich, daß für die gleiche Behandlungszeit von 2 Minuten das Expansionsverhältnis bei etwa 43 für die Behandlung mit gesättigtem Dampf (Punkt A) liegt, wogegen es auf etwa 68 bei der Behandlung mit überhitztem Dampf (Punkt B) steigt.A real bulk density of 1300 kg / m can be used. The expansion ratios R are plotted on the ordinate, ie the ratios of the real bulk densities, and the residence time of the granules in the steam in minutes is plotted on the abscissa. The curve I corresponds to a treatment with saturated steam at 100 0 O. The curve II corresponds to a treatment with steam and -überhitztem ajbmosphärischem pressure from a! Temperature of 117 0 O. It is found that the expansion ratio for the same treatment time of 2 minutes is around 43 for the saturated steam treatment (point A), whereas it rises to around 68 for the superheated steam treatment (point B).
Der überhitzte Dampf bei atmosphärischem Druck kann ebenfalls nach dem Verfahren der Stanzösisclien Patentschrift 1 440 075 eingesetzt werden, die oben genannt wurde, entweder um die Vorexpansion der Granulate herbeizuführen oder die abschließendeThe superheated steam at atmospheric pressure can also according to the method of the Stanzösisclien patent specification 1,440,075 can be used, which was mentioned above, either to bring about the pre-expansion of the granules or the final
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A. - A. -
Dampfbehandlung oder amoli im die beiden Behandlungen äiö?ohzuführen. . , Steam treatment or amoli to carry out the two treatments . . ,
Die Kurven der %gur 2 der Zeichnungen beziehen sich a&f eine Behandlung "bei atmosphärischem Druck der Perlen aue expandiert em Polystyrol, die Tor der Behandlung eine Schüttdichte von 12 kg/m aufweisen. In-den Kurven sind auf der Ordinate. die Verhältnisse zwischen den Schüttdichten vor und iiaeii der Behandlung und auf der Jlbesisse die Verweilzeit in Sekunden der Perlen im Dampf aufgetragenφThe curves of the% gur 2 of the drawings refer to a & f a treatment "at atmospheric pressure the beads and expanded polystyrene, the gate of the treatment have a bulk density of 12 kg / m. In the curves are on the ordinate . The ratios between the Bulk densities before and iiaeii the treatment and on the Jlbesisse the residence time in seconds of the pearls in the steam appliedφ
Die Kurve III entspricht einer Vorerwärmung -der Perlen "in luft ■biß zu einer Temperatur von, 1170O1 gefolgt von einer- Verwelizeit in gesättigtem 'Dampf von 1000O. Man erhält ein Expansionsverhältnis von 2,1 für eine Verweilzeit im Dampf vom 50 Sekunden (Punkt 0). Die Kurve IV entspricht der Verwendung einer Vorerwärmung in Luft bis zu einer Temperatur von 1170O, gefolgt von einer Verweilzeit· im überhitzten Dampf» dessen Temperatur in Kontakt mit den Perlen Aahe 115° bis 1170O-liegt. Das Expansionsverhältnis überschreitet also den Wert 3 für eine Verweilzeit im Dampf von 30 Sekunden (Punkt D), &„1ju die Perlen haben eine Schüttdichte kleiner als 4 kg/m erreicht.Curve III corresponds to a pre-heating -the beads "in air ■ bit to a temperature of 117 0 O 1 followed by on the one Verwelizeit in saturated 'steam at 100 0 O. obtained an expansion ratio of 2.1 for a residence time in the steam from 50 seconds (point 0). the curve IV corresponds to the use of a pre-heating in air to a temperature of 117 0 O, followed by a dwell time · the superheated steam "the temperature in contact with the beads AAHE 115 ° to 117 0 O The expansion ratio thus exceeds the value 3 for a residence time in the steam of 30 seconds (point D), & “1ju the pearls have reached a bulk density of less than 4 kg / m.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Behandlung von Granulaten oder Perlen mittels überhitzten Dampfes.The invention also relates to a device for implementation of the process for treating granules or pearls by means of superheated steam.
Eine Ausführungsform dieser Vorrichtung, die insbesondere zur Behandlung von Perlen geeignet ist, ist in Figur 3 der beiliegenden Zeichnungen dargestellt.An embodiment of this device which is particularly suitable for treating pearls is shown in Figure 3 of the accompanying drawings.
Die Vorrichtung weist einen Aufgabetrichter bzw. Behälter 1 auf, der die Perlen 2 aufnimmt, welche in einer Leitung 3 durchThe device has a feed hopper or container 1 on, which receives the pearls 2, which in a line 3 through
90 9 83 27 131 390 9 83 27 131 3
i -'·:■ !ivaaillllli« ρ»1 :.';;: igi - '·: ■! ivaaillllli «ρ» 1:.' ;;: ig
das Trägermedium Luft angeliefert werden, die Rohrleitung mündet in den Aufgabebehälter. Diese Luft kann gegebenenfalls zwischen 30 und 600O erwärmt sein, um eine vorherige Konditionierung der Perlen während ihres Transportes sicherzustellen. Bei Austritt aus dem Aufgabetrichter werden die Perlen auf ein Transportband 4 »erteilt. Das Transportband besteht aus einem Drahtnetz mit ziemlich feinen Maschen, um zu verhindern, daß die Perlen zwischen die Maschen gelangen und so die Permeabilität des Transportbandes für Luft und Dampf vermindern.the carrier medium air is delivered, the pipeline opens into the feed tank. This air can optionally be heated between 30 and 60 0 O to a prior conditioning of the beads ensure during their transport. When they exit the feed hopper, the pearls are placed on a conveyor belt 4 ». The conveyor belt consists of a wire mesh with fairly fine meshes to prevent the pearls from getting between the meshes and thus reduce the permeability of the conveyor belt to air and steam.
Das Transportband 4 ist im Inneren eines aus mehreren Abschnitten bestehenden Tunnels 5 angeordnet.The inside of the conveyor belt 4 is one of several sections existing tunnel 5 arranged.
Im ersten Abschnitt 6 werden die Perlen durch Warmluft erwärmt, welche bei geringer G-eschwindigkeit zwischen einem unteren Kasten 7 und einem oberen Kasten 8 zirkuliert. Diese Luft wird im Kreislauf durch einen Ventilator rückgeführt und muß wieder erwärmt werden, bevor sie von neuem in den Kasten 7 bei einer Temperatur nahe 1300C oder mehr entsprechend den Wärmeverlusten des Kreises und der Kästen eingeführt wird, derart, daß die Perlen auf eine Temperatur in der Nähe von 110° bis 1150O erwärmt werden. Die Durchlaufzeit der Perlen im Abschnitt 6, wo sie der Wirkung von Warmluft ausgesetzt werden, kann in der Größenordnung von 30 Sekunden liegen.In the first section 6, the beads are heated by warm air, which circulates between a lower box 7 and an upper box 8 at low speed. This air is recirculated by a fan and must be heated again before it is reintroduced into the box 7 at a temperature close to 130 0 C or more according to the heat losses of the circuit and the boxes, so that the beads on a Temperature in the vicinity of 110 ° to 115 0 O can be heated. The passage time of the beads in section 6, where they are exposed to the action of hot air, can be of the order of 30 seconds.
Die Perlen gelangen dann in den zweiten Abschnitt 9 des Tunnels. In diesem Abschnitt führen Dampfverteilereinrichtungen 10 den vorher auf atmosphärischen Druck entspannten Dampf ein, der im übrigen auf eine Temperatur überhitzt wurde, die ausreicht, damit unter Berücksichtigung der Wärmeverluste des Kreises SBine Temperatur 115° bis 1170O bei Austritt aus den Verteilereinrichtungeu und in Kontakt mit dem oberen Teil des vom Pördor-The pearls then enter the second section 9 of the tunnel. In this section, 10 lead steam distribution means the previously relaxed to atmospheric pressure steam A which has been superheated in the rest to a temperature sufficient to allow taking into account the heat losses of the circle SBine temperature 115 ° to 117 0 O at outlet from the Verteilereinrichtungeu and in contact with the upper part of the
I be band 4 transportierten Perlenbette$ /trägt. Die Verweildauer der Perlen dieses Abschnittes kann in der Größenordnung vonI be band 4 transported pearl beds $ / carries. The length of stay The pearls of this section can be of the order of
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40 Sekunden liegen. Sine Ansaugung durch einen Kasten 11 unterhalb des !Förderbandes zwingt den Dampf, quer durch, das Perlenbett zu treten und läßt dieses am !Förderband haften, wodurch. aie regelmä0ige Mitnahme des Materials während der Behandlung begünstigt wird.40 seconds lie. Sine suction through a box 11 below the conveyor belt forces the steam across the bead bed to step and let this stick to the conveyor belt, whereby. aie taking the material with you on a regular basis during the treatment is favored.
Die Expansion der Perlen wird im allgemeinen von einer leichtem Agglomerierung "begleitet, deren Nachteile leicht durch ein Brech- oder Verteilersystem^vermieden werden, welbhw ebenfalls aazu dient, die expandierten Perlen auf einen förderer 13 fallenzulassen, der sie aus der Maschine herausträgt. Die expandierten Perlen können dann von einer pneumatischen !Transportvorrichtung wieder aufgenommen werden. Eine Bürste 14 beseitigt aus den Maschen des Förderbandes die Perlen, die sich sonst hier hinein setzen könnten.The expansion of the pearls is generally slight Agglomeration "accompanied, the disadvantages of which are easily avoided by a crushing or distribution system ^, welbhw as well a serves to drop the expanded beads onto a conveyor 13, who carries them out of the machine. The expanded beads can then be transported by a pneumatic transport device to be resumed. A brush 14 removes the pearls from the mesh of the conveyor belt that would otherwise be could put in here.
Das Transportband 4 wird am Einlaß in den lunnel beim Durchlaufen des Abschnittes 6 erwärmt. Die Anordnung wird sorgfältig wärmeisoliert, derart, daß mit der zugeflihrten Wärme der erwärmten Luft optimal gewirtschaftet wird und die benötigten Dampfmengen auf ein Minimum reduziert werden.The conveyor belt 4 is at the inlet in the lunnel when passing through of section 6 is heated. The arrangement is carefully thermally insulated in such a way that the heat supplied to the heated air is optimally managed and the required steam quantities are reduced to a minimum.
Mit der als Ausführungsbeispiel beschriebenen und dargestellten Vorrichtung erhält man Polystyrolperlen, deren Schüttdichte nach dem Reifen bei 4 kg/m^ und weniger ausgehend von Perlen von 12 bis 20 kg/m liegt. Diese Reifung kann entweder durch einfaches Speichern über 24 Stunden oder durch eine Verweilzeit von etlichen Stunden bei einer Temperatur zwischen 20° und 700G erhalten werden.With the device described and illustrated as an exemplary embodiment, polystyrene beads are obtained whose bulk density after ripening is 4 kg / m 2 and less, starting from beads, of 12 to 20 kg / m 2. This maturation can be either simply by storing for 24 hours or by a residence time of several hours at a temperature between 20 ° and 70 0 G are obtained.
Diese Perlen eignen sich insbesondere zur Herstellung von Platten durch Verdichtung.These beads are particularly suitable for the manufacture of plates by compaction.
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Die Warmluft la ersten Abschnitt kann duroh gesättigtem Dampf von 10O0O eraetzt werden.The warm air in the first section can be replaced by saturated steam of 10O 0 O.
Vorteilhaft kann man anstatt gesättigtem Dampf in diesem ersten Abschnitt genauso wie im zweiten überhitzten Dampf bei einer lemäpratur Ton 115° - 1170C verwenden. Wirkt man auf die Gra-Advantageously, can be just as in the second superheated steam at a lemäpratur sound 115 ° instead of saturated steam in this first section - use 117 0 C. If you act on the
nulate aus expandierfähigera Polystyrol mit einer wahren Dichte von etwa 1300 kg/m ein, so erhält man nach zwei Minuten Verweilzeit im überhitzten Dampf von 1170O Perlen von einer wahren Dichte von 18,7 kg/m , während man dann für die gleiche Verweilzeit in gesättigtem Dampf eine Dichte von 31,3 kg/m erhält. Im übrigen ist die minimal erreichte Dichte klar geringer bei einer Behandlung mit überhitzte« Dampf. Es istgranules made of expandable polystyrene with a true density of about 1300 kg / m, so after two minutes of residence time in the superheated steam of 117 0 O beads with a true density of 18.7 kg / m, while one then for the same residence time Obtains a density of 31.3 kg / m in saturated steam. In addition, the minimum density achieved is clearly lower in the case of treatment with superheated steam. It is
möglich, Perlen zu erhalten, deren Dichte von 16 kg/m im wesentlichen einer Schüttdichte von 8 kg/m entspricht.possible to obtain pearls whose density is essentially 16 kg / m corresponds to a bulk density of 8 kg / m.
Das Verfahren nach der Erfindung unter Behandlung thermoplastischer, bei überhitztem Dampf von atmosphärischem Druck expandierfähiger Thermoplaste kann nicht nur zum Expandieren von Granulaten angewendet werden, sondern kann auch dazu benutzt werden, expandierte Produkte, die bereits in Platten-, Bandoder /Lie^iger Profilform vorliegen, zu expandieren, um Produkte analoger Form jedoch von größeren Abmessungen zu erhalten.The method according to the invention with treatment of thermoplastic, with superheated steam at atmospheric pressure expandable thermoplastics can not only expand Granules can be applied, but can also be used to make products that are already in sheet, tape or expanded / Lie ^ iger profile shape exist to expand to products analog form but of larger dimensions.
Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich auch auf andere Materialien außer Polystyrol anwenden, insbesondere auf sämtliche expandierfähige thermoplastische Stoffe. Es genügt, für jeden dieser Stoffe die enge Temperaturzone festzulegen, bei der die Expansionsbehandlung die wirksamste ist, die gewählte temperatur iet eine Funktion der Erweichungstemperatur des Produktes. So wird für Stoffe von einer Erweichungstemperatur, die höher als die des Polystyrol liegt, beispielsweise bestimmte Polysulfone, die Behandlung unter Luft bei !DemperaturenThe method according to the invention can also be applied to others Use materials other than polystyrene, especially all expandable thermoplastic materials. Suffice it for for each of these substances to determine the narrow temperature zone in which the expansion treatment is the most effective, the one chosen temperature is a function of the softening temperature of the Product. For example, certain substances have a softening temperature higher than that of polystyrene Polysulfones, the treatment in air at! Temperatures
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zwischen 130° und 20O0O beispielsweise und unter überhitztem Dampf "bei atmosphärischem Druck und Temperaturen-von 120 0 "bis HO0O beispielsweise vorgenommen.between 130 ° and 20O 0 O, for example, and under superheated steam "at atmospheric pressure and temperatures - from 120 0" to HO 0 O, for example.
PatentansprücheClaims
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