DE1950239B2 - Verfahren zum vorschaeumen von treibmittelhaltigen thermoplastischen kunststoffteilchen und vorrichtung zur durchfuehrung desselben - Google Patents

Description

ff

Fiel eine schematische Darstellung einer Vakuum über Einlaß 29, Leitung 25, Flansch 87 un Schichtung für das erfindungsgemäße Ver- Leitung ^^J^T^

FU 2 eine graphische Darstellung der Wirkung richtung 91 vorgesehen, die über die Leitung^

,!.Γvor der Aufhebung des Vakuum in den Kessel 5 dem Kessel 1 verbunden ist. DieVomchtung; yi Sebenen KüWmittels⁸ bei der Herstellung vorge- geeignet, das Kühlmittel, wie z. B Was»*rota» E?!htPr Teichen einer so extrem niedrigen Dichte anderes Kühlmittel, in den Kessel einzuleiten, wan

• η nnfi4 g/cm^{3 rend dieser unter} Vakuum steht.

^vorsebläht"

ε t _c,»v graphische Darstellung der Wirkung gehoben. Dies geschieht über die von unterschiedlichen Vorerwärmungszeiten vor dem 51 und die Leitung 55, die das nor

Vakuum auf die Produktendichte. *5 schlossene Ventil 53 a^ufweis\?^u™. f/^^_{n in} In Fig 1 wird ein geschlossener Kesseil gezeigt, Ventil 53 geöffnet und atmosphansche Luft mu η en Rührwerk 3 vorgesehen ist. Um zu verhin- den Kessel ein. Nach der Belüftung tejtesterw* :Z d^vorexpandifrten erweichten Perlen an sen die vorgeschäumten Teichen aus^^₇J

ST S dfe vorexpandilrten erweichten Perlen an sen die vorgeschä ^ J

den Kesselwänden festkleben, kann der Kessel auf entfernt werden Dafür ist «J« °™"^₆ Stete de? Innenseite 5 mit einem geeigneten Material, wie ao vorgesehen wobei die durch Leitung; 73<J£ fß Polytetrafluoräthylen, beschichtet sein. Druckluft d.e Teilchen aus dem Kessel verdra g

Die Beschickung des Kessels sollte so bemessen Das Ventil 37 ^zf Vakuumquelle 41 wrd geschlo «erden daß der Kessel, wenn die Teilchen völlig zu sen und Druckluft durch Leitung 73, ^«"JJf·^. der gewünschten Dichte expandiert sind, etwa zu geöffnete Ventil 77 und d,e Wun 55m to» K e 85 »Ό gefüllt ist. Dies verhindert eine Verstopfung der *₅ sei 1 gepreßt. Luft wird auch über Ae ^Le'^ⁿ8 _der Knandiervorrichtung oder einer Perlenverwhmel- den Kessel 1 gepreßt. Zusätzlich wird Luft ^on ae Sri Tn^verschtumten Masse. Die Zuführung»- Leitung 73 zur Leitung 85 VWf>™ JJ ™^ rirhtune ist mit einem Vorratstrichter 13 für die weise zur Leitung 35 und teilwe.se durch <üeUi»B SKSE Di Tilh fliß 25 (Vtil 23 in Leitung 25 ist gd^«™^

einem Vorratstrichter 13 für die weise zur Leitung 35 u

KSSKtScE versehen. Die Teilchen fließen 25 (Ventil 23 in Leitung 25 ist voKrichter 13 durch Leitung 15 und Ventil 17 zu 30 laß 29 und m den Kessel 1

besseren Regelung des Vakuums versehen ,st, mit 55 enwas»nt⁰^ ™^{1 et} _M ^a ^ _Äthan p_ropan, Butan

ΑΚΑ S^ SS is, a',s de, E^eicK^gspunU, des und'das Innere des Kessels 1 «i,d dem Polymensals.

Die in dem Expansionsverfahren verwendete Tem- des vorgeblähten Materials ohne Wasserzugabe an peratur ist von der Art des bei dem Verfahren ver- gibt. Es wurde die oben beschriebene Vorrichtung wendeten Polymerisats abhängig. Für expandierbare unter folgenden Bedingungen verwendet: Erhitzung Homopolystyrolteilchen wird im allgemeinen eine durch Dampf mit einem Druck von etwa 1,26 atü in Erhitzung auf eine Temperatur von etwa 79,4 bis 5 Dampfmantel (etwa 124° C); 0,454 kg expandierbart 82,3° C die Erweichung des Polymerisats bewirken Polystyrolperlen (6,6 % Pentan); ein Vakuum vor und Temperatur bis etwa 98,8 bis 104,5⁰C oder hö- 559 mm Hg und eine Vakuumaufrechterhaltungszeii her angewendet werden, solange genügend stark ge- von 30 Sekunden. Bei den Versuchen der Kurve E rührt wird und andere Verfahrensvariablen vorge- wurden 30 ml Wasser nach 30 Sekunden langer Vasehen sind. ίο kuumaufrechterhaltungsdauer (die Zeit zur Errich-

Die Zeitdauer, während der das zerkleinerte Poly- tung des Vakuums eingeschlossen) innerhalb 20 Se-

merisat vor Anwendung des Vakuums der Erhitzung künden zugegeben. Das Kurvenbild zeigt, daß unter

ausgesetzt wird und die Zeitdauer, während der sie den gleichen Bedingungen durch Wasserzugabe, die

unter dem Einfluß des Vakuums stehen, hängen eben- Dichte des vorgeblähten Produkts bedeutend verrin-

falls von der Temperatur, Polymerisatart, dem fluch- 15 gert werden kann; so wird mit 120 Sekunden Vorer-

tigen Anteil der Perlen oder anderen Verfahrens- hitzungszeit eine Dichte von 0,0168 gegenüber einer

variablen ab. Eine Erhöhung der Vorerhitzungszeit Dichte von 0,02643 g/cm³ erreicht,

vermindert im allgemeinen die endgültige Dichte der . .

vorexpandierten Teilchen, vorausgesetzt, daß die an- Beispiel 2

deren Verfahrensvariablen konstant gehalten wer- 20 Eine Reihe von Versuchen wurde durchgeführt,

den. um die Wirkung von verschiedenen Wassermengen

Nach der gewünschten Vorerhitzungsdauer, wer- festzustellen. Bei jedem Versuch wurden in die in

den die gerührten, erhitzten Teilchen einem Vakuum Beispiel 1 verwendete Vorrichtung 0,454 kg expan-

ausgesetzt. Das für eine bestimmte Polymerisatdichte dierbare Polystyrolperlen (6,95 °/o Pentan) gegeben,

geeignete Ausmaß des Vakuums ist ebenfalls von dem 35 Der angewandte Druck im Dampfmantel betrug

Temperatur/Zeit-Verhältnis für die Polymerisatart 1,19 atü (etwa 121° C). Bei jedem Versuch wurde die

abhängig. Es wurde gefunden, daß die Erhöhung des Beschickung 60 Sekunden lang vorerhitzt, ein Va-

angewendeten Vakuums eine Verminderung der kuum von 559 mm Hg errichtet und 30 Sekunden

Dichte der vorgeblähten Teilchen bewirkt, wenn an- lang aufrechterhalten. Das Wasser (in unterschied-

dere Variablen konstant gehalten werden. Als ein 30 liehen Mengen) wurde innerhalb von 20 Sekunden

besonders geeignetes Vakuum hat sich ein solches zugegeben und dann der Kessel während 15 Sekunden

von etwa 254 bis 635 mm Hg erwiesen, obwohl auch belüftet. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wirkt sich die

etwas höhere oder niedrigere Werte angewendet wer- dem vorexpandierten Material vor der Vakuumauf-

den können. hebung zugeführte Wassermenge auf die endgültige

Beispiel 1 ^{35 D}>^{cnte des} vorgeblähten Materials aus. Es scheint,

daß die Wassermenge eher proportional zu dem Kes-

Die Vorrichtung umfaßte einen etwa 95 1 fassen- selvolumen (hier etwa 95 1) ist, als dem Volumen der den zylindrischen, horizontalen Bandmischer, der für dem Kessel zugegebenen Perlen, und daß eine obere Vakuum ausgelegt und für Dampferhitzung bei Drük- Grenze erreicht wird, jenseits der das Wasser wenig ken bis zu 7atü ummantelt war, wie sie in Fig. 1 40 oder keine Wirkung auf die Produktendichte ausübt, allgemein dargestellt ist. Der 95-1-Kessel war auf der Bei Verwendung eines 9 5-1-Prototyps z. B. hat die Innenseite mit Polytetrafluorethylen beschichtet, um Zugabe von mehr als etwa 100 ml Wasser keine nendas Festkleben der erhitzten Perlen an den Innen- nenswerte Wirkung auf das Produkt, wänden zu vermeiden. Die bei diesem Prototyp verwendbaren Rührgeschwindigkeiten liegen zwischen 45 Beispiel3 60 und 280UpM. Vakuumquelle war eine Pumpe, Durch Verlängerung der Vorerhitzungszeit bei die die Anwendung von etwa 635 mm Hg Vakuum im konstanten anderen Bedingungen, kann die Dichte Kessel in 5 bis 7 Sekunden erlaubte. des vorgeblähten Produkts noch zusätzlich gesenkt

Die Wirkung der Zugabe des Wassers in den Kes- werden. Dies wird in Fig. 5 durch eine Reihe von sei nach der Erhitzung des Vorexpandierungsmate- 50 Versuchen mit gleicher Vorrichtung, expandierbarer rials und der Vakuumexpansion, jedoch vor der Va- Polystyrolbeschickung und Expansionstemperatur, kuumaufhebung, wird in Fig. 3 veranschaulicht. In wie in Beispiel 2, jedoch mit Variation der Vorerhit-Fig. 3 werden graphisch zwei sonst identische Ex- zungszeit graphisch dargestellt. Nach der Vorerhitpansionscyclen verglichen, wobei jedoch der allei- zungszeit wird ein Vakuum von 559 mm Hg errichtet nige Unterschied darin besteht, daß bei (A) Wasser 55 und 30 Sekunden lang aufrechterhalten, dann werden zugegeben wird, um das Schrumpfen des vorgebläh- 40 ml Wasser innerhalb von 30 Sekunden in den ten Materials zu vermindern, während die zweite Kessel gegeben und der Kessel 20 Sekunden lang beKurve (B) die sich ergebende Dichte der Expansion lüftet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 J 2 Dampf in einer einzigen Vorblähbehandlung erreich-Patentansprüche: bar ist, liegt im Bereich von etwa 0,01602 g/cm3. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

1. Verfahren zum Vorschäumen von treib- Verfahren zu schaffen, mit dem vorgeschäumte Teilmittelhaltigen thermoplastischen Kunststoffteil- 5 chen einer Dichte im Bereich von etwa 0,0064 bis chen, insbesondere aus Polystyrol, wobei das 0,012 g/cm³ durch einmaliges Vorschäumen herge-Treibmittel einen Siedepunkt unterhalb des Poly- stellt werden können, die dir kt zu Formkörpern vermerisaterweichungspunktes aufweist, bei dem die arbeitet werden können.

Teilchen unter Rühren in einem geschlossenen Ausgehend von einem Verfahren zum Vorschau-

Kessel und in einer im wesentlichen trockenen io men von treibmittelhaltigen thermoplastischen Kunst-Atmosphäre auf eine Temperatur erhitzt werden, stoff teilchen, insbesondere aus Polystyrol, nach der bei der die Kunststoffteilchen erweichen, die er- FR-PS 13 36 261, wobei das Treibmittel einen Siehitzten Teilchen in dem geschlossenen Kessel depunkt unterhalb des Polymerisaterweichungspunkgerührt und einem Vakunm ausgesetzt werden, tes aufweist, bei dem die Teilchen unter Rühren in bis die Teilchen zu der vorbestimmten Dichte 15 einem geschlossenen Kessel und in einer im wesentaufgeschäumt sind, danach die Teilchen gesteuert liehen trockenen Atmosphäre auf eine Temperatur gekühlt werden, dann das Vakuum aufgehoben erhitzt werden, bei der die Kunststoffteilchen enveiwird und danach die vorgeschäumten Teilchen chen, die erhitzten Teilchen in dem geschlossenen aus dem Kessel entfernt werden, dadurch ge- Kessel gerührt und einem Vakuum ausgesetzt werkennzeichnet, daß die unter der Vakuum- »o den, ois die Teilchen zu der vorbestimmten Dichte einwirkung aufgeschäumten Teilchen durch ein aufgeschäumt sind, danach die Teilchen gesteuert gein den geschlossenen, evakuierten Kessel einge- kühlt werden, dann das Vakuum aufgehoben wird führtes Kühlmittel gekühlt werden. und danach die vorgeschäumten Teilchen aus dem

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Kessel entfernt werden, wird diese Aufgabe erfinkennzeichnet, daß als Kühlmittel Wasser ver- as dungsgemäß dadurch gelöst, daß die unter der Vawendet wird. kuumeinwirkung aufgeschäumten Teilchen durch ein

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- in den geschlossenen, evakuierten Kessel eingeführtes rens nach Anspruch 1 und 2 mit einem geschlos- Kühlmittel gekühlt werden.

senen Kessel zum Aufnehmen des verschäum- Die vorzugsweise aus Wasser bestehende Kühl-

baren Polymerisats in einer im wesentlichen 30 mittelmenge, die dem geschlossenen Kessel zugesetzt trockenen Atmosphäre, Einrichtungen für die Zu- wird, während die erhitzten Perlen noch dem Vaführung einer vorbestimmten Teilchenmenge in kuum ausgesetzt sind, wird je nach der im Kessel beden geschlossenen Kessel, Einrichtungen zum findlichen Perlenmenge und der Größe des Kessels Rühren der Teilchen, wäLrend sich diese im ge- variieren. Wenn Wasser verwendet wird, wird diese schlossenen Kessel befinden, Einrichtungen zum 35 durch Berechnung der Wassermenge, die sich bei der Erhitzen der Teilchen in einer wesentlich trocke- bestimmten Temperatur und dem Vakuumsgrad in nen Atmosphäre, vorzugsweise durch Wärme- Dampf umwandelt, bestimmt. Obwohl sie den Perlen übertragung, während sich diese im geschlossenen zugegeben wird, ergibt diese Wassermenge keine Kessel befinden, einer Vakuumquelle zur Be- feuchten vorgeblähten Teilchen, sondern diese werhandlung der Teilchen in dem geschlossenen 40 den sich trocken anfühlen, nachdem sie aus dem Kes-Kessel mit verringertem Druck für eine bestimmte sei entfernt wurden. Zu viel Wasser könnte feuchte Zeit zur teilweisen Expansion der Teilchen auf vorgeblähte Teilchen ergeben, während zu wenig eine vorbestimmte Dichte, Einrichtungen zur Wasser bewirken würde, daß nicht alle Perlenober-Aufhebung des Vakuums und Einrichtungen zum flächen abgekühlt würden und man eine extrem Entfernen der teilweise expandierten, verschäum- 45 niedrige Dichte nicht erhält.

baren Polymerisatteilchen aus dem geschlossenen Da die Dampf-Sättigungstemperatur bei 380 bis

Kessel, dadurch gekennzeichnet, daß sie Einrich- 635 mm Hg niedriger ist als unter atmosphärischen tungen zum Zuführen einer steuerbaren Kühl- Bedingungen und auch niedriger als die Vorblähmittelmenge zu dem Kessel, während die Teilchen temperatur im Kessel, kühlt der Wasserdampf die einem Vakuum ausgesetzt sind, aufweist. 50 Oberfläche des vorgeblähten Materials und verur

sacht wahrscheinlich ein Erstarren der Zellen, bevor eine wesentliche Schrumpfung eintreten kann.

Eine geeignete Vorrichtung für die Vorexpandie-

rung besteht aus einem geschlossenen Kessel, der das 55 zerkleinerte Polymerisat in einer im wesentlichen

Bei der Herstellung von vorgeschäumten Poly- trockenen Atmosphäre enthält, einer Beschickungsstyrolteilchen werden expandierbare Teilchen der vorrichtung zum Einführen der Polymerisatteilchen Einwirkung von atmosphärischem Dampf ausge- in den geschlossenen Kessel, eine Rühr- und Erwärsetzt, wie dies in der US-Patentschrift 30 23 175 be- mungsvorrichtung und einer Vakuumquelle, um die schrieben ist. Der Dampf bewirkt, daß das Kohlen- 6° erwärmten, gerührten Teilchen dem Vakuum auszuwasserstoff-Blähmittel teilweise verdampft, so daß setzen, sowie aus Vorrichtungen zur Aufhebung des vorgeschäumte Teilchen entstehen. Eine solche Vor- Vakuums und zur Entfernung der vorexpandierten expansion macht die Alterung der Perlen für eine Teilchen aus dem geschlossenen Kessel. Erfindungslängere Zeitdauer, etwa für 24 Stunden, notwendig, gemäß weist diese Vorrichtung eine Einrichtung zum bevor sie zu Schaumstoffgegenständen aufgeschäumt 65 Zuführen einer steuerbaren Kühlmittelmenge zu dem und versintert werden können, da sonst eine unregel- Kessel auf, während die Teilchen im geschlossenen mäßige Schaumstruktur der Formteile entsteht. Kessel einem Vakuum ausgesetzt sind. In den Zeich-

Die geringste Dichte, die beim Schäumen mit nungen zeigt