DE1931576A1 - Verfahren zum Strangpressen von Schaumstoffen - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHÖN WALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL.-CHEM. ALEK VON KRESSLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLOPSCH

KOiN 1, DEICHMANNHAUS

Köln, den 16.6.1969 Kli^/lx/Hz

The British Petroleum Company Limited, Britannic House, Moor Lane, London, E.C.2 (England).

Schaumstoffe können durch Strangpressen eines Gemisches aus einem Kunststoff und einem Treibmittel, das. eine flüchtige oder feste Substanz sein kann, die bei der Strangpreßtemperatur ein -Sas abgibt, hergestellt werden. Das Gemisch kann hergestellt werden, indem das flüchtige oder feste Mittel in die Strangpreßschmelze eingearbeitet wird, oder es können vorgeformte schäumbare Perlen oder Granulate, die ein Treibmittel enthalten, stranggepreßt werden.

Das aus der Strangpresse austretende Material ist ein geschmolzener Kunststoff, der das Treibmittel in Lösung, enthält. Mit sinkendem Druck der Schmelze tritt das Treibmittel aus der Lösung aus und diffundiert entweder zu Zellen oder zur Oberfläche und entweicht. Die Viskosität der Schmelze steigt infolge der Abnahme der Konzentration des Treibmittels und der Abkühlung der Schmelze.

Gleichzeitig wird der Kunststoff durch den vom Treibmittel ausgeübten Dampfdruck ausgeschäumt. Der Mechanismus des Schäumvorganges ist noch nicht völlig geklärt, jedoch wird angenommen, daß der Schäumvorgang aufhört, wenn der Dampf-

009831/170 5

druck des Treibmittels dureh die kombinierten Wirkungen von-Oberflächenspannung, viskoelastisehen Kräften und Druck der Schmelze ausgeglichen wird. Im Grenzfall ist der Druck der Schmelze gleich dem atmosphärischen Druck.

Es ist häufig schwierig, das Raumgewicht eines Stranges auf den gewünschten Wert zu verringern, besonders wenn der Strang dick ist. .../.S..,'.

Es wurde nun-gefunden, daß diese Schwierigkeit ausgeschaltet werden kann, indem in eine Kammer, in der Unterdruck herrscht, stranggepreßt wird. Dies hat den weiteren Vorteil, daß ein billiges Treibmittel \^rerwendet werden kann, um niedrige Raumgewichte zu erreichen, die vorher nur mit teureren Mitteln erzielbar waren.

Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung demgemäß ein Verfahren zum Strangpressen von Schaumstoffen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen Thermoplast, der ein Treibmittel enthält, in eine Kammer strangpreßt, in der Unterdruck herrscht·

Das Verfahren ist besonders geeignet für Stränge einer Dikke von mehr als 13 nun. und ganz besonders gut geeignet für Stränge mit 2,4 bis 10 cm Durchmesser.

Der Druck in der Strangpresse muß über dem Wert gehalten werden, bei dem die Ausschäumung stattfindet. Die Temperatur muß so hoch sein, daß der Kunststoff weich wird und das Treibmittel sich lösen kann.

Als Thermoplaste kommen Polymere oder Copolymere von Vinyl- oder Vinylidenmonomeren, vorzugsweise von Kohlenwasserstoffen wie Äthylen, Propylen, 4-Methylpenten-1 oder Styrol oder von substituierten Monomeren wie Acrylnitril, Vinyl-Chlorid, Vinylacetat oder MethyImethacrylat in Frage. Besonders bevorzugt wird Polystyrol,,

009-831 / 1705

1931575

Als Treibmittel werden vorzugsweise unter Nbrmarbedingun— . gen gasförmige Stoffe verwendet, jedoch sind auch flüchtige Flüssigkeiten geeignet. Sehr häufig genügt der Druck in der Strangpresse, um ein Treibmittel, das unter Narmalbedingen gasförmig ist, zu verflüssigen. Geeignete Treibmittel sind beispielsweise niedere aliphatisch^ Kohlenwasserstoffe wie Äthan, Propan, Butan und Pentan, niedere Alkylhalogenide wie Chloroform und Methylchlorid und anorganische Gase wie Stickstoff und Kohlendioxyd. Bevorzugt werden die niederen aliphatischen Kohlenwasserstoffe, insbesondere Pentan·

Es ist auch möglich, ein chemisches Treibmittel zu verwenden, das ein Gas in situ, bildet. Geeignet sind Bicarbonate wie Natriumbicarbonat oder organische Stickstoff verbinduhgen, die Stickstoff abgeben, wenn sie erhitzt werden, z.B. Dinitrosopentamethylendiamin oder Bariumazodicarboxylat.

Die verwendete Treibmittelmenge liegt zweckmäßig zwischen 0,3 und 30 Gew.-% der thermoplastischen Masse. Bei Verwendung von Penttpi als Treibmittel für Polystyrol wird eine Menge von 4- bis 7»5 Gew.-% besonders bevorzugt. Eine Menge bis zu 12% kann verwendet werden.

Um die Ausschäumung zu fördern und zu beschleunigen, können ein Keimbildungsmittel wie Citronensäure und/oder Natriumbicarbonat mit dem Harz eingeführt werden. Das Treibmittel kann vor dem Strangpressen in das Harz eingearbeitet werden, wobei schäumbare Perlen oder Granulate erhalten werden, oder in die Strangpresse geblasen werden.

Die Temperatur in der Spritzform hängt vom Erweichungspunkt des Harzes ab und sollte nicht höher sein als die kritische Temperatur des Treibmittels. Die kritische Temperatur liegt gewöhnlich zwischen 90 und 180°C. Bei Polystyrol wird eine Spritzformtemperatur zwischen 120 und 160 C bevorzugt.

00983 1/1705

Um zu verhindern, daß das Harz vor dem Austritt aus der Spritzform ausschäumt, muß bei einem Druck, der höher ist als der Druck des gesättigten Dampfes des Treibmittels, gearbeitet werden· Dieser Druck liegt gewöhnlich über 17i5 atü. Es kann erforderlich sein, einen Druck bis etwa 70 atü in der Spritzform aufrechtzuerhalten.

Der Spritzform der Strangpresse kann eine beliebige geeignete Vakuumkammer nachgeschaltet werden. Vorzugsweise wird der Schaumstoff beim Austritt aus der Spritzform in eine lange Kammer eingeführt, in der der Druck unter 1 Atm. gehalten wird. Diese Kammer muß so lang sein, daß der Schaumstoff vor dem Austritt abkühlen und erhärten kann. Zweckmäßig wird ein Schlitz von geeigneter Querschnittsform, durch den der Strang austritt, am Ende der Kammer vorgesehen. Der Schlitz ist vorzugsweise von einer flexiblen Buchse umgeben, durch die der Strang läuft, und die einen annehmbar luftdichten Verschluß für das Austrittsende der Kammer bildet.

Es ist auch möglich, die Kammer hinter dem Schlitz zu verlängern und einen zweiten Schlitz, der mit einer flexiblen Muffe versehen ist, und eine anschließende weitere Verlängerung der Kammer vorzusehen. In diesem Fall braucht nur oberhalb des zweiten Schlitzes Unterdruck zu herrschen. Der Schaumstoff kann beim Austritt aus der Düse der Strangpresse erhitzt werden. Dies geschieht vorzugsweise mit Infrarotstrahlern, die außerhalb der Vakuumkammer angeordnet sind. Der Schaumstoff wird mit einer Raupe oder anderen Abzugsvorrichtung durch die Kammer gezogen. Die Kammer kann so groß sein, daß die Abzugsvorrichtung, z.B. Walzen mit einem umlaufenden Medium, das in der Nähe der Spritzform heiß und in größerem Abstand von der Spritzform kalt sein kann, darin untergebracht werden kann. Zur Formung der Stränge können Metallbänder, die sich an den Strang anlegen, vorhanden sein.

009831/1705

Die Erfindung wird durch die Abbildung veranschaulicht, die als Seitenansicht und teilweise im Schnitt eine Spritzform und eine Vakuumkammer für das Strangpressen von Schaumstoff gemäß der Erfindung darstellt·

Bei der dargestellten Vorrichtung tritt der Schaumstoff aus der (nicht dargestellten) Strangpresse durch eine rechteckige Schlitzdüse (1) in eine lange zylindrische Glaskammer (2) aus, die axial in der Fließrichtung des Schaumes angeordnet ist. Eine lange rechtwinklige, wärmebeständige Auflage (3), deren Breite geringer ist als der Durchmesser des Glaszylinders (2) ruht lose im Zylinder als Unterlage für den austretenden Schaumstoff. An jeder Seite des Glaszylinders (2) längs der Achse des Schaumstoffstranges sind zwei langgestreckte Infrarotstrahler (4·) (nur einer ist dargestellt) angeordnet, die von der Außenseite des Glaszylinders (2) nach innen gerichtet sind.

Der Glaszylinder ist mit einem luftdichten Flansch (5) an der Strangpresse befestigt. Das andere Ende des Zylinders ist mit einem Flansch an einem Metallzylinder (6) von gleichem Durchmesser befestigt. Das entgegengesetzte Ende des Metallzylinders (6) ist in einen Vakuumanschluß (7) eingesetzt, durch den Luft mit Hilfe einer Leitung (8) abgesaugt wird. Das andere Ende des Vakuumanschlusses (7) ist mit einer flexiblen Gummimanschette (9) verbunden, die mit Polytetrafluoräthylen ausgekleidet ist. Der Eingang zur Gummimanschette besteht aus einem rechteckigen Schlitz (10) in einem runden Holzflansch (11), der am Vakuumanschluß (7) befestigt ist. Eine rechteckige Manschette aus elastischem Gummi (9)» der mit Polytetrafluoräthylen ausgekleidet ist, erstreckt sich von diesem Schlitz zu einem weiteren rechteckigen Schlitz (12) in einem zweiten Holzflansch (13)· Die Holzflansche (11) und (13) werden durch feststellbare rechteckige Profilstücke (14) aus Holz, die sich zwischen den Flanschen längs der Achse der Zylinder (2) und (6) erstrecken, auseinandergehalten.

00983 1 / 1705

Der aus der Spritzform (1) austretende Schaumstoff ruht auf der w.armebe ständigen Unterlage (3)» während er durch die Infrarotstrahler (4-) heiß gehalten wird. Durch den..Vakuumanschluß (7) wird Vakuum angelegt, um die Dehnung des Schaumstoffs zu verbessern. Der Schaumstoff tritt durch den Schlitz (12) durch die Gummimuffe (9) aus, durch die er auf Grund der geringen Reibung der Auskleidung aus Polytetrafluorathylen gleiten kann, wobei jedoch die Muffe einen verhältnismäßig vakummdichten Verschluß bildet.

Beispiel 1

Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung von Plattenware aus Polystyrolschaumstoff unter Anwendung von Unterdruck zuc Förderung und Beschleunigung der Aus schäumung und unter Verwendung von n-Pentan als Treibmittel.

Schäumbares Polystyrolgranulat, das 0,03 Gew.-% Natriumbicarbonat, 0,03 Gew.—% wasserfreie Citronensäure und 5 Gew.- % n-Pentan enthielt, wurde unter Anwendung eines Temperaturgradienten von 80 C-I30 C und einer Düsentemperatur von 122⁰C durch eine Schlitzdüse gepreßt, die eine Größe von 28,6 mm χ 4,8 mm hatte. Die ausgepreßte Materialmenge betrug 7,71 kg/Std.

Vom Schlitz wurde der Strang mit einer linearen Geschwindigkeit von 2,3 m/Min« durch die röhrenförmige Unterdruckkammer (2) gezogen. Hierbei ergab sich eine Verweilzeit in der Kammer von etwa 3 Min.

Ein vakuumdichter Abschluß wurde am Ende der Unterdruckkammer erzielt, indem die mit Polytetrafluorathylen ausgklei-* dete flexible Manschette (9) durch den Unterdruck gegen die Oberfläche des Extrudats gesaugt wurde. Um eine Ver- · dichtung zu verhindern, konnte die auf die Oberfläche des durch die Muffe gleitenden Schaumstoffs ausgeübte Spannung durch Veränderung der Stellung des Endrahmens (13) verändert werden.

0 0 9 8 31/17 0 5

Unter einem verminderten Druck von 457 mm Hg wurde eine Platte aus Polystyrolschaumstoff hergestellt, die eine Breite von 92 mm, eine Dicke von 20,6 mm und ein Raumgewicht von 30,4-4 kg/nr hatte. Eine ungefähr 0,05 mm dicke "Haut" aus Polystyrol war auf der Oberfläche vorhanden.

Der Strang hatte gute Festigkeit in Längsrichtung und Querrichtung und ausserdem ein gutes Aussehen.

Die Zellen im Kern hatten im Durchschnitt eine Größe von 0,74 χ 0,38 mm in Längsrichtung und von 0,66 χ 0,48 mm in Querrichtung.

Beispiel 2

Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung von Polystyrolschaumstoff in Stabform unter Verwendung eines direkten Einspritzsystems, wobei man den Strang aus dem Mundstück der Spritzform ungehindert in die Atmosphäre ausschäumen ließ. .- ' '

Polystyrolgranulat, das 0,09% Natriumbicarbonat, 0,09% wasserfreie Citronensäure und 2% n-Pentan enthielt, wurde in eine Mischstrangpresse eingeführt, die bei einem Temperaturgradienten von 115⁰C - 210⁰C arbeitete. Methylchlorid

wurde in die Mischzone unter einem Druck von 175 kg/cm eingeblasen. Die Mischzone hatte eine Temperatur von 210 C. Das Methylchlorid wurde in einer solchen Menge zugeführt, daß das stranggepreßte Produkt etwa 7 Gew.-% Methylchlorid enthielt. Die Temperatur der Schmelze in der Mischstrangpresse wurde in der Kühlstrangpresse so gesenkt, daß die Schmelze eine Endtemperatur von 11O⁰C hatte.

Die Schmelze wurde durch eine Spritzform mit einem Durchmes

ser von 11,9 ™a Hurchmcssgg- unter einem Druck von 7 kg/cm in einer Menge von 38,1 kg/Std. ausgepreßt. Die Spritzform hatte eine Temperatur von 130⁰C, Der ausgeschäumte Stab wurde an der Stirnseite der Spritzform mit einer linearen Geschwindigkeit von 4,57 m/Min, abgezogen. Ein gut aussehen der Stab aus Polystyrolschaumstoff wurde erhalten. Der Stab hatte einen Durchmesser von 69,9 mm und ein Raurnge-

009831/1705

-B-

wieht von 32 »04 fcg/ia^.

Eine etwa 0,05 mm dicke Pölystyrolnaut war auf dem Stab vorhanden. Die Zellen des Kerns hatten im Durchschnitt eine Abmessung von 0,66 x 0,56 mm in Längsrichtung und von 0,79 x: 0,56 mm in Querrichtung.

0 0 9831/1705

Claims (12)

1. Patentansprüche

   f 1) Verfahren zum Strangpressen von Schaumstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man einen ein Treibmittel enthaltenden thermoplastischen Kunststoff in einen Raum mit Unterdruck auspreßt«
2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Thermoplaste Polymere oder Copolymere von Vinyl- oder Vinylidenmonomeren verwendet.
3. j5) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Polymere oder Copolymere von Äthylen, Propylen, 4-Methylpenten-1, Acrylnitril, Vinylchlorid, Vinylacetat oder Methylmethacrylat, vorzugsweise jedoch Polystyrol verwendet.
4. 4) Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Treibmittel niedere aliphatische Kohlenwasserstoffe, niedere Alkylhalogenide und/oder anorganische Gase verwendet.
5. 5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Treibmittel Äthan, Propan, Butan, Pentan, Chloroform, MethylChlorid, Stickstoff und/oder Kohlendioxyd verwendet.
6. 6) Verfahren nach Ansprüchen 1 bis j5, dadurch gekennzeichnet, 2ο daß man als Treibmittel Natriumbloarbonat, Dinitrosopentamethylendiamln oder Bariumazodioarboxylat verwendet.
7. 7) Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das Treibmittel in Mengen von 0,5 bis 30 Gew.-#, bezogen auf den Thermoplasten, verwendet.

   009831 / 1705

   - ίο -
8. 8) Verfahren nach Ansprüchen 3, 5 und 7* dadurch gekennzeichnet, daß man bei Verwendung von Polystyrol als Thermoplast Pentan als Treibmittel in einer Menge von 0,j5 bis 12, vorzugsweise von 4 bis 7*5 %» bezogen auf das Polystyrol, einsetzt.
9. 9) Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Düsentemperaturen von 90 bis l80, vorzugsweise von 120 bis 16O°C arbeitet.
10. 10) Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 9* dadurch gekennzeichnet, daß man bei Drucken von 17*5 bis 70 atü strangpreßt.
11. 11) Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumkunststoff aus dem Raum niederen Drucks durch einen Schlitz austritt, der von einer flexiblen Buchse umgeben ist.
12. 12) Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man den Schaumstoff nach dem Verlassen der Düse erwärmt.

    0 0 9 ^?; J 1 / 1 7 0 5

    Leers ei t e