DE19808266A1 - Method and apparatus for foaming of plastics - Google Patents

Method and apparatus for foaming of plastics

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DE19808266A1
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DE
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Patent type
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carbon dioxide
pressure
plastic
method
increasing
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DE1998108266
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German (de)
Inventor
Moual Michel Le
Claude Beauge
Christophe Ducellier
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Messer France Sas
Original Assignee
Messer France Sas
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE, IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C44/00Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
    • B29C44/34Auxiliary operations
    • B29C44/3442Mixing, kneading or conveying the foamable material
    • B29C44/3446Feeding the blowing agent

Abstract

The invention relates to a method for foaming plastics by using carbon dioxide as a foaming agent. According to the inventive method, liquid or supercritical carbon dioxide is placed under an increased pressure and fed to the plastic in order to foam the plastic. The invention also relates to a device for foaming plastic by using carbon dioxide as a foaming agent where a source for liquid or supercritical carbon dioxide is connected to at least one device provided for increasing the pressure of the carbon dioxide.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum Schäumen von Kunststoffen mit Hilfe von Kohlendioxid. The invention relates to a method and apparatus for the foaming of plastics with the aid of carbon dioxide.

Kunststoffe in zäh fließbaren Verarbeitungszuständen kann man derart begasen, daß echte Schäume aus zusammengewachsenen Gasblasen oder Strukturen mit Poren von typisch 0,2 bis 3 mm Durchmesser entstehen, deren Wandungen durch chemisches Vernetzen und Abkühlen standfest werden. Plastics in flowable tough processing conditions can be such gas that genuine foams formed from coalesced gas bubbles or structures with pores of typically 0.2 to 3 mm in diameter whose walls are stable due to chemical cross-linking and cooling. Die meisten Schäume von Kunststoffen, in folgenden als "Schaumstoffe" bezeichnet, sind porig mit durchgehendem Kunststoffgerüst (Saechtling-Zebroswki, "Kunststoff Taschenbuch", 19. Auflage, Carl Hanser Verlag 1974, Seite 47, Kap. 3.2.1.: Allgemeines über Schaumstoffe). Most foams of plastics, referred to as "foams", are porous (with full plastic framework Saechtling-Zebroswki, "Plastics Handbook", 19th Edition, Carl Hanser Verlag 1974, page 47, chap. 3.2.1 .: General about foams).

Schaumstoffe werden durch Begasungen hergestellt. Foams are produced by fumigation.

Es sind Verfahren bekannt, bei denen permanete Gase, meist Stickstoff, unter ca. 200 atü Druck in heißplastische Kunststoffmassen eingebracht werden (Saechtling-Zebroswki, "Kunststoff Taschenbuch", 19. Auflage, Carl Hanser Verlag 1974, Seite 48, Kap. 3.2.2. 1.: Begasungsarten, permanente Gase). There are well known method in which permanete gases, usually nitrogen, under about 200 atm pressure introduced into hot-plastic plastic mass (Saechtling-Zebroswki, "Kunststoff Taschenbuch", 19th edition, Carl Hanser Verlag 1974, page 48, Chap. 3.2. 2. 1 .: Begasungsarten, permanent gases).

Bei anderen Verfahren werden als physikalische Treibmittel leicht verdampfende Kohlenwasserstoffe, z. In other methods, are used as physical blowing agents easily evaporating hydrocarbons such. B. Pentan bis Heptan, Chlorkohlenwasserstoffe, wie Methylchlorid, Methylenchlorid, Trichlor-Aethylen oder Chlor-Fluor-Alkane, eingesetzt (Saechtling- Zebroswki, "Kunststoff Taschenbuch", 19. Auflage, Carl Hanser Verlag 1974, Seite 48, Kap. 3.2.2.2.: Begasungsarten, physikalische Treibmittel). As pentane and heptane, chlorinated hydrocarbons such as methylene chloride, methylene chloride, trichloro-ethylene or chloro-fluoro-alkanes used (Saechtling- Zebroswki, "Kunststoff Taschenbuch", 19th edition, Carl Hanser Verlag 1974, pages 48, Ch. 3.2. 2.2 .: Begasungsarten, physical blowing agents).

Auch chemische Treibmittel, die sich bei höheren Temperaturen unter Bildung inerter Gase und geruch- und geschmackloser, nicht-toxischer Rückstände zersetzen, werden verwendet. And chemical blowing agents that decompose at elevated temperatures to form inert gases and odorless, tasteless, non-toxic residues are used. Chemische Treibmittel sind für alle Verfahren der Porenbildung bei höheren Temperaturen brauchbar (Saechtling-Zebroswki, "Kunststoff Taschenbuch", 19. Auflage, Carl Hanser Verlag 1974, Seite 50, Kap. 3.2.2.3.: Begasungsarten, chemische Treibmittel). Chemical blowing agents of pore formation at higher temperatures are useful (Saechtling-Zebroswki, "Plastics Handbook", 19th Edition, Carl Hanser Verlag 1974, page 50, chap. 3.2.2.3 .: Begasungsarten, chemical blowing agents) for all procedures.

Es ist bekannt, Schäum-Mischungen mit physikalischen oder chemischen Treibmitteln geringe Mengen feinteiliger Feststoffe oder Kohlendioxyd abspaltende Mischungen von Natriumhydrogencarbonat und festen organischen Säuren zuzusetzen (Saechtling-Zebroswki, "Kunststoff Taschenbuch", 19. Auflage, Carl Hanser Verlag 1974, Seite 50, Kap. 3.2.2.4.: Begasungsarten, Keimbildner und Porenregler). It is known foaming mixtures by physical or chemical blowing agents, small quantities of finely divided solids, or carbon dioxide-releasing mixtures of sodium bicarbonate and solid organic acids add (Saechtling-Zebroswki, "Kunststoff Taschenbuch", 19th edition, Carl Hanser Verlag 1974, pages 50, Kap . 3.2.2.4 .: Begasungsarten, nucleating agent and pore regulators).

Ferner sind Verfahren bekannt, um Polyamid-Schaumstoff durch Kohlendioxyd-Abspaltung bei der Syntese aus Caprolactam herzustellen. Further methods are known to produce polyamide foam by carbon dioxide elimination of synthesizing in from caprolactam. Hierzu wird Isocyanat-haltiges und Natrium-Borhydrid-haltiges Caprolactam bei einer Temperatur zwischen 100 bis 140°C unter Druck vermischt. For this purpose, isocyanate-containing and sodium borohydride-containing caprolactam is mixed at a temperature between 100 to 140 ° C under pressure. Auch bei der Polyurethan-Schaumbildung wird die Wirkung der Kohlendioxid-Abspaltung ausgenutzt, wobei für bestimmte Produkte eine Ergänzung oder Ersetzung durch Schäumen mit leicht flüchtigen, physikalischen Treibmitteln vorgenommen wird (Saechtling-Zebroswki, "Kunststoff Taschenbuch", 19. Auflage, Carl Hanser Verlag 1974, Seiten 50-15, Kap. 3.2.2.5.: Begasungsarten, Kohlendioxid-Abspaltung bei der Synthese). Also, in the polyurethane foam formation, the effect of the elimination of carbon dioxide is utilized, being made for certain products a supplement or replacement by blowing with readily volatile physical blowing agents (Saechtling-Zebroswki, "Kunststoff Taschenbuch", 19th edition, Carl Hanser Verlag 1974, pages 50-15, chap. 3.2.2.5 .: Begasungsarten, elimination of carbon dioxide in the synthesis).

Polyurethan-Hart-Schaum kann chemisch, durch Kohlendioxid-Gasabspaltung bei Zugabe von Wasser zum Reaktionsgemisch, und mit Halogenalkanen als physikalische, durch die Reaktionswärme verdampfende Treibmittel geschäumt werden. Rigid polyurethane foam can be foamed chemically, by splitting off carbon dioxide gas when water is added to the reaction mixture, and with haloalkanes as physical, vaporized by the reaction heat propellant. Das zweite überwiegend angewandte Verfahren gibt gleichmäßigere und wärmetechnisch bessere Produkte. The second most used methods are more uniform and thermally better products. Beim freien Schäumen werden Raumgewichte von 23 bis 26 kg/m 3 , unter Gegendruck (Formschäumen) von größer 100 kg/m 3 erreicht. During free foaming densities are 23 to 26 kg / m 3, under counter-pressure (foam molding) reaches greater than 100 kg / m 3. Billiger arbeitet man durch unmittelbares Vermischen der Komponenten in "One Shot"-Verfahren, bessere Produkte mit mehr geschlossenen Zellen erhält man mit Hilfe des Prepolymer-Verfahrens. Cheaper to work by directly mixing the components in "One Shot" procedure, better products with more closed cells obtained using the prepolymer method. Beim "One-Shot"-Verfahren wird aus dem Polyol, Isocyanat, Katalysator, Treibmittel und Emulgator ein Reaktiongemisch hergestellt und daraus der Polyurethan-Schaum gewonnen. In the "one-shot" method, a reaction mixture is prepared and recovered from the polyurethane foam from the polyol, isocyanate, catalyst, blowing agent and emulsifier. Beim Prepolymer-Verfahren wird aus Polyol und Isocyanat im Überschuß ein Prepolymer mit freien Isocyanat-Gruppen hergestellt und aus Polyol, Katalysator, Emulgator und Treibmittel wird eine Polyol- Komponente hergestellt, welche mit dem dem Prepolymer zur einem Reaktionsgemisch vermischt wird (Saechtling-Zebroswki, "Kunststoff Taschenbuch", 19. Auflage, Carl Hanser Verlag 1974, Seiten 399-402, Kap. 4.6.1 .9.3.1.: Polyurethan (PUR)-Schaumstoffe, PUR-Hart-Schaum). In the prepolymer method, a prepolymer having free isocyanate groups is prepared from polyol and isocyanate in excess and of polyol, catalyst, emulsifier and foaming agent, a polyol component is prepared, that is with the mixed the prepolymer to a reaction mixture (Saechtling-Zebroswki, "Kunststoff Taschenbuch", 19th edition, Carl Hanser Verlag 1974, pages 399-402, Chap. 4.6.1 .9.3.1 .: polyurethane (PUR) foams, rigid PUR-foam).

Polyurethan-Weich-Schaum wird frei, überwiegend mit Wasser als chemischem Treibmittel geschäumt. Soft polyurethane foam is free, predominantly foamed with water as a chemical blowing agent. Es entstehen offenporig luftdurchlässig, hochelastisch weiche Polyäther-Schäume, die insbesondere als Sitzpolsterungen, Verpackungen, Isolierungen sowie für viele Haushaltsartikel eingesetzt werden (Saechtling-Zebroswki, "Kunststoff Taschenbuch", 19. Auflage, Carl Hanser Verlag 1974, Seite 402, Kap. 4.6.1.9.3.2.: Polyurethan (PUR)-Schaumstoffe, PUR-Weich- Schaum). It produced porous air permeable, highly elastic soft polyether foams which are used in particular as the seat upholstery, packaging, insulation, and for many household products (Saechtling-Zebroswki, "Plastics Handbook", 19th Edition, Carl Hanser Verlag 1974, page 402, chapter 4.6. .1.9.3.2 .: polyurethane (PUR) foams, polyurethane soft foam).

Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schäumen von Kunststoff bereitzustellen, mit welchem die Porengröße und Porengrößenverteilung in dem geschäumten Kunststoff optimiert wird. It is the object of the invention to provide a method and an apparatus for foaming of plastic, with which the pore size and pore size distribution is optimized in the foamed plastic.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit Verfahren unter Verwendung von Kohlendioxid als Schäumungsmittel, bei dem flüssiges oder überkritisches Kohlendioxid auf einen erhöhten Druck gebracht wird und dem Kunststoff zugeführt wird, um den Kunststoff zu schäumen. This object is achieved with a method using carbon dioxide as a foaming agent, is brought to an elevated pressure in the liquid or supercritical carbon dioxide and the plastic material is supplied to foam the plastic.

Unter dem Begriff "Kunststoff" sind hier alle denkbaren Arten von Kunststoff sowie deren Mischungen zu verstehen, die geeignet sind, geschäumt zu werden. The term "plastic" are here all possible types of plastic and their mixtures to understand which are suitable to be foamed.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Einsatz von Chlor-Fluor- Carbonat oder -Hydrocarbonat oder von Isocyanat als Schäumungsmittel nicht mehr notwendig. By the inventive method, a use of chlorine-fluorine carbonate or hydrocarbonate or isocyanate as a foaming agent is no longer necessary. Kohlendioxid ist vergleichsweise kostengünstig und - im Gegensatz zu beispielsweise Isocyanat - nicht giftig. Carbon dioxide is relatively inexpensive and - unlike, for example, isocyanate - not poisonous.

Durch den relativ hohen Druck des Kohlendioxids, der vorzugsweise deutlich höher ist als der Druck des Volumenstroms des zu schäumenden Kunststoffs, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Kunststoffe mit einer relativ geringen Porengröße hegestellt werden. By the relatively high pressure of carbon dioxide, which is preferably significantly higher than the pressure of the volume flow of the to be foamed plastic which can be cherished with a relatively small pore size with the inventive process plastics.

Es ist nach der Erfindung vorgesehen, daß das flüssige oder überkritische Kohlendioxid auf eine erhöhte Temperatur gebracht wird und dem Kunststoff zugeführt wird, um den Kunststoff zu schäumen. It is provided according to the invention that the liquid or supercritical carbon dioxide is brought to an elevated temperature and the plastic material is supplied to foam the plastic.

Nach der Erfindung beträgt der erhöhte Druck des Kohlendioxids 150 bis 300 bar, vorzugsweise aber 220 bis 280 bar. According to the invention, the increased pressure of carbon dioxide is 150 to 300 bar, but preferably 220 to 280 bar.

Erfindungsgemäß beträgt die erhöhte Temperatur des Kohlendioxids 30 bis 50°C, vorzugsweise ca. 40°C. According to the invention, the elevated temperature of the carbon dioxide is from 30 to 50 ° C, preferably about 40 ° C.

Nach der Erfindung ist es vorgesehen, daß das Kohlendioxid nach Erhöhung des Drucks oder des Drucks und der Temperatur eine Viskosität von 12 × 10 -4 bis 35 × 10 -4 poise aufweist. According to the invention, it is provided that the carbon dioxide by increasing the pressure or of pressure and temperature has a viscosity of 12 × 10 -4 to 35 × 10 -4 poise. Unter dem Begriff "Viskosität" ist hier die dynamische Viskosität zu verstehen. The term "viscosity" here is to understand the dynamic viscosity.

Nach der Erfindung weist das Kohlendioxid nach Erhöhung des Drucks oder des Drucks und der Temperatur eine Dichte von 300 bis 1000 g/l auf. According to the invention, the carbon dioxide by increasing the pressure or the pressure and temperature to a density of 300 to 1000 g / l.

Vorzugsweise befindet sich das Kohlendioxid nach Erhöhung des Drucks oder des Drucks und der Temperatur im überkritischen Zustand. Preferably, the carbon dioxide is by increasing the pressure or the pressure and temperature in the supercritical state.

Erfindungsgemäß beträgt der Volumenstrom des Kohlendioxids 0,5 bis 5 g/sec, bevor das Kohlendioxid dem Kunststoff zugeführt wird. According to the invention the volume flow of carbon dioxide from 0.5 to 5 g / sec, before the carbon dioxide is supplied to the plastic.

Es ist nach der Erfindung vorgesehen, daß der Druck in mindestens zwei Stufen erhöht wird, wobei vorzugsweise der Druck in einer ersten Stufe erhöht wird auf einen Wert zwischen 20 und 80 bar, anschließend der Druck in einer zweiten Stufe erhöht wird auf einen Wert zwischen 200 und 300 bar und anschließend die Temperatur erhöht wird auf einen Wert zwischen 30 bis 50°C. There is provided according to the invention that the pressure in at least two stages is increased, preferably wherein the pressure in a first stage is increased to a value between 20 and 80 bar, then the pressure in a second stage is increased to a value between 200 and 300 bar and then the temperature is increased to a value between 30 to 50 ° C.

Nach der Erfindung ist es vorgesehen, daß das Kohlendioxid dem Kunststoff diskontinuierlich, vorzugsweise intermittierend mit einer Frequenz von 1 bis 10 mal pro Minute, zugeführt wird. According to the invention it is provided that the carbon dioxide is discontinuously the plastic, preferably is intermittently fed at a frequency of 1 to 10 times per minute. Die intermittierende Zuführung kann zum Beispiel mit Hilfe eines Steuerventils, beispielsweise mit elektronischer oder pneumatischer Steuerung erfolgen. The intermittent supply may be performed for example by means of a control valve, for example, electronic or pneumatic control.

Erfindungsgemäß erfolgt die diskontinuierliche Zufuhr des Kohlendioxids synchron mit einer diskontinuierlichen Zufuhr des Kunststoffs in eine Vorrichtung zu dessen Weiterverarbeitung oder Formgebung. According to the invention the discontinuous supply of the carbon dioxide takes place synchronously with a discontinuous feed of the plastic in a device for its further processing or shaping.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung zum Schäumen von Kunststoff unter Verwendung von Kohlendioxid als Schäumungsmittel gelöst, bei der eine Quelle für flüssiges oder überkritisches Kohlendioxid in Verbindung steht mit mindestens einer Einrichtung zur Erhöhung des Druckes des Kohlendioxids, die in Verbindung steht mit einer Einrichtung zum Schäumen des Kunststoffs. The object underlying the invention is further achieved by an apparatus for foaming of plastics using carbon dioxide as a foaming agent, wherein a source of liquid or supercritical carbon dioxide is related to at least one means for increasing the pressure of the carbon dioxide, which is connected in connection a device for foaming the plastic. Als Einrichtung zur Erhöhung des Druckes wird gemäß der Erfindung eine Pumpe, vorzugsweise eine pneumatische Pumpe, eingesetzt. As means for increasing the pressure is in accordance with the invention, a pump, preferably a pneumatic pump, is used. Diese Pumpe hat den Vorteil einer relativ sicheren und zuverlässigen Arbeitsweise und ist zudem relativ kostengünstig. This pump has the advantage of relatively safe and reliable operation and is also relatively inexpensive. Vorzugsweise wird die Einrichtung zur Erhöhung des Druckes ebenfalls mit gasförmigem Kohlendioxid betrieben. Preferably, the means for increasing the pressure is also operated with gaseous carbon dioxide. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß im Grundsatz keine Druckluft zum Betreiben der Vorrichtung und des Verfahrens notwendig ist. This has the advantage that, in principle, no compressed air for operating the apparatus and method is needed. Ein Einsatz von Druckluft ist aber ebenso denkbar und durch die Erfindung nicht ausgeschlossen. but use of compressed air is also conceivable and not excluded by the invention.

Nach der Erfindung ist es vorgesehen, daß einer Einrichtung zur Erhöhung des Drucks des Kohlendioxids mindestens eine Einrichtung zur Erhöhung der Temperatur des Kohlendioxids nachgeschaltet ist. According to the invention it is provided that a device for increasing the pressure of the carbon dioxide is followed by at least one means for increasing the temperature of the carbon dioxide. Mit Hilfe der Einrichtung zur Erhöhung der Temperatur des Kohlendioxids wird vorzugsweise eine Heizeinrichtung mit dazugehöriger Temperaturregeleinrichtung verwendet. Using the means for increasing the temperature of carbon dioxide, a heater is preferably used with associated temperature control means. Beispielsweise kann ein Wärmetauscher in einem Ölbad und eine Einrichtung zur Thermostatisierung des Ölbads eingesetzt werden. For example, a heat exchanger in an oil bath and means for temperature control of the oil bath can be used.

Erfindungsgemäß ist der Einrichtung zur Erhöhung des Drucks des Kohlendioxids mindestens eine Einrichtung zur Regelung des Volumenstroms des Kohlendioxids nachgeschaltet. According to the invention the means for increasing the pressure of the carbon dioxide is connected downstream of at least one device for regulating the volume flow of carbon dioxide. Als Einrichtung zur Regelung des Volumenstroms des Kohlendioxids wird vorzugsweise eine Drosselblende eingesetzt. As a device for regulating the flow rate of carbon dioxide an orifice plate is preferably used.

Nach der Erfindung weist die Vorrichtung zwei Einrichtung zur Erhöhung des Drucks des Kohlendioxids in zwei Stufen auf. According to the invention, the device comprises two means for increasing the pressure of the carbon dioxide in two stages. Erfindungsgemäß wird der Druck in einer ersten Stufe erhöht mit Hilfe einer geeigneten Druckerhöhungseinheit, z. According to the invention the pressure is increased in a first stage by means of a suitable pressure-increasing unit, z. B. einer pneumatischen Pumpe, und anschließend der Druck in einer zweiten Stufe weiter erhöht mit Hilfe einer weiteren Druckerhöhungseinheit als Hochdruckpumpe. As a pneumatic pump, and then the pressure in a second stage, further increased by means of a further pressure increasing unit as a high-pressure pump.

Das erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtung wird vorteilhaft zur zur Herstellung eines Schaumes aus einem Polypropylen, einem Polyurethan oder einem Polystyrol verwendet. The method and apparatus of the invention is advantageously used for the manufacture of a foam of a polypropylene, a polyurethane or a polystyrene.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung wird vorteilhaft verwendet, um die üblichen Schäumungsmittel, wie Pentan Methylenchlorid oder andere Kohlenwasserstoffe oder Lösungsmittel, zu ersetzen. The inventive method and apparatus is advantageously used to replace the conventional foaming agents such as pentane or other hydrocarbons or methylene chloride solvent.

Die Erfindung ist beispielhaft anhand von Zeichnungen ( Fig. 1 und Fig. 2) dargestellt. The invention is illustrated by way of example with reference to drawings (Fig. 1 and Fig. 2).

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einer zweistufigen Druckerhöhung und Fig. 1 is a schematic illustration of an apparatus with a two-stage pressure increase and

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einer einstufigen Druckerhöhung zur Herstellung von Polyurethan Schaumstoff. Fig. 2 is a schematic representation of a device with a one-step pressure increase for the production of polyurethane foam.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung mit einer zweistufigen Druckerhöhung dargestellt. In Fig. 1 a device having a two-stage pressure increase is shown. Aus einem Vorratstank 1 wird flüssiges Kohlendioxid mit einem Druck von ca. 20 bar und einer Temperatur von ca. -20°C durch eine Leitung 2 mit Absperreinrichtung 3 und Meßeinrichtung 4 einer ersten Druckerhöhungseinheit 5 , beispielsweise einer Förderpumpe, zugeführt (siehe Pfeil A) und auf einen Druck von ca. 80 bar gebracht (erste Stufe der Druckerhöhung). Is from a storage tank 1, liquid carbon dioxide at a pressure of about 20 bar and a temperature of about -20 ° C through a line 2 with shut-off device 3 and the measuring device 4 to a first pressure increasing unit 5, for example a feed pump, fed (see arrow A) and brought to a pressure of about 80 bar (first stage of pressure increase). Das in der ersten Stufe druckerhöhte Kohlendioxid wird über eine Leitung 6 einer zweiten Druckerhöhungsstufe zugeführt (siehe Pfeil B) und mit einer zweiten Druckerhöhungseinheit 7 , beispielsweise einer zweiten Förderpumpe. The pressure-elevated in the first stage, carbon dioxide is supplied via a line 6 to a second pressure increasing step (see arrow B) and a second pressure increasing unit 7, for example, a second feed pump. Ein Teilstrom des in der ersten Stufe druckerhöhten Kohlendioxids kann im Bedarfsfall rückgeführt werden (siehe Pfeile C und D) in den Vorratstank 1 über eine Leitung 8 und Absperreinrichtungen 9 und 10 . A partial stream of druckerhöhten in the first stage carbon dioxide can be recycled, if necessary (see arrows C and D) in the storage tank 1 via a line 8 and shut-off devices 9 and 10. FIG. In dem zweiten Verdichter wird das Kohlendioxid auf einen Druck von ca. 250 bar verdichtet und anschließend über eine Leitung 11 einer Einrichtung zur Temperaturerhöhung 12 zugeführt (siehe Pfeil E). In the second compressor, the carbon dioxide is compressed to a pressure of approximately 250 and then fed via a line 11 to a means for raising the temperature 12 (see arrow E). In der Leitung 11 sind eine Absperreinrichtung 13 mit Meßeinrichtung 14 sowie Druckbehälter 15 und 16 angeordnet. In the conduit 11, a shut-off device 13 with measuring device 14 and pressure vessel 15 and 16 are arranged. Die Druckbehälter 15 und 16 haben die Aufgabe, die durch die hohe Verdichtung auftretenden Pulsationen zu dämpfen bzw. zu eliminieren. The pressure vessels 15 and 16 have the task of damping the pulsations occurring due to the high compression or eliminate. Mit Hilfe der Einrichtung zur Temperaturerhöhung 12 wird eine Temperatur des Kohlendioxids von ca. 40°C eingestellt und gehalten und anschließend wird das Kohlendioxid mit einem Druck von ca. 250 bar und einer Temperatur von ca. 40°C über eine Leitung 17 mit Absperreinrichtungen 18 und 19 und über eine Drosselblende 20 dem Kunststoff zugeführt, um diesen zu schäumen (hier nicht dargestellt). With the help of the means for increasing the temperature of the carbon dioxide 12 has a temperature of about 40 ° C is adjusted and maintained, and then the carbon dioxide is at a pressure of about 250 bar and a temperature of about 40 ° C via a conduit 17 with valves 18 and 19 and supplied via an orifice 20 to the plastic in order to foam it (not shown here). In dem Vorratstank 1 für flüssiges Kohlendioxid wird die Temperatur und der Druck über eine Einrichtung, zum Beispiel eine Druckaufbauvorrichtung 21 und damit in Verbindung stehende Leitungen 22 und 23 mit Absperreinrichtungen 24 und 25 eingestellt. In the reservoir tank 1 for liquid carbon dioxide, the temperature and pressure through a device, for example a pressure build device 21 and related connection lines 22 and 23 is adjusted with valves 24 and 25th Die Entnahme und die Rückführung von Kohlendioxid in und aus dem Vorratstank 1 wird über im Vorratstank 1 angeordnete Absperreinrichtungen 26 und 27 in einer Leitung 28 eingestellt. The removal and recycle of carbon dioxide into and out of the storage tank 1 is set in a line 28 via arranged in the storage tank 1 shutoff. 26 and 27

In Fig. 2 ist schematisch eine Vorrichtung mit eine einstufigen Druckerhöhung zur Herstellung von Polyurethan-Schaumstoff dargestellt. In FIG. 2, a device with a single-stage pressure increase for the production of polyurethane foam is illustrated schematically. Analog zu der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung wird hier aus einem Vorratstank 1 flüssiges Kohlendioxid entnommen. Analogously to the embodiment shown in Fig. 1 the device 1, liquid carbon dioxide is withdrawn here from a storage tank. Das Kohlendioxid wird über eine Leitung 2 , über eine Filtereinrichtung 29 und über eine Leitung 30 einer Druckerhöhungseinheit 7 zugeführt. The carbon dioxide is supplied via a line 2, via a filter device 29 and through a line 30 of a pressure increasing unit. 7 In der Leitung 26 ist vor der Filtereinrichtung 29 eine Absperreinrichtung 3 mit Meßeinrichtung 4 angeordnet. In the line 26 a shut-off device 3 is arranged with the measuring device 4 prior to the filter device 29th Mit Hilfe der Druckerhöhungseinheit 7 wird das Kohlendioxid auf einen Druck von ca. 250 bar verdichtet. By means of the pressure increasing unit 7, the carbon dioxide is compressed to a pressure of about 250 bar. Über einen mit der Leitung 30 verbundenen Druckspeichertank 31 , einen Erhitzer 32 und nachfolgenden Ansperreinrichtungen 33 und 34 wird die Druckerhöhungseinheit 7 betrieben. The pressure increasing unit 7 is operated via a line 30 connected to the pressure accumulator tank 31, a heater 32 and subsequent Ansperreinrichtungen 33 and 34th Es ist ebenso möglich, eine Druckerhöhungseinheit 7 einzusetzen, welche mit Druckluft betrieben wird. It is also possible to use a booster pump 7, which is operated by compressed air. Das in der Druckerhöhungseinheit 7 auf einen Druck von ca. 250 bar verdichtete Kohlendioxid wird anschließend über eine Leitung 11 einer Einrichtung zur Temperaturerhöhung 12 zugeführt. The pressure increase in the unit 7 to a pressure of approximately 250 bar densified carbon dioxide is then fed via a line 11 a means for increasing the temperature 12th In der Leitung 11 sind Absperreinrichtung 13 mit Meßeinrichtung 14 und Absperreinrichtung 35 sowie ein Druckbehälter 15 angeordnet. In the conduit 11 shut-off device 13 with measuring device 14 and blocking device 35 and a pressure tank 15 are arranged. Mit Hilfe des Druckbehälters 15 werden die Pulsationen abgedämpft bzw. eliminiert. With the help of the pressure vessel 15, the pulsations are attenuated or eliminated. Durch die Einrichtung zur Temperaturerhöhung 12 wird die Temperatur des Kohlendioxids auf ca. 40°C eingestellt. By the means for raising the temperature 12 the temperature of the carbon dioxide is adjusted to about 40 ° C. Als Einrichtung zur Temperaturerhöhung 12 wird beispielsweise ein Wärmetauscher in einem Ölbad und eine Einrichtung zur Thermostatisierung des Ölbads eingesetzt. As means for increasing the temperature 12, a heat exchanger in an oil bath and means for temperature control of the oil bath is used, for example. Als Wärmetauscherrohr, durch welches das Kohlendioxid geleitet wird, kann beispielsweise ein Kupferrohr mit einem Außendurchmesser von ca. 10 mm und einem Innendurchmesser von ca. 5 mm verwendet werden. As a heat exchanger tube through which the carbon dioxide is passed, a copper tube may for example be used with an outer diameter of about 10 mm and an inner diameter of about 5 mm. Das Kupferrohr wird in einem Ölbad, beispielsweise mit einem Volumen von 10 bis 15 l, angeordnet, welches mit einem Erhitzer und einer Temperaturmeß und -regeleinrichtung auf eine bestimmte Temperatur mit einer Genauigkeit von ca. ± 2°C eingestellt und gehalten werden kann. The copper tube in an oil bath, for example, arranged with a volume of 10 to 15 l, which can be adjusted with a heater and a temperature sensing measurement and control device to a predetermined temperature with an accuracy of about ± 2 ° C and held. Anschließend wird das Kohlendioxid über eine Leitung 36 , die vorteilhaft thermisch isoliert ist, einer Einrichtung zur Regelung des Kohlendioxid-Durchflusses 37 zugeführt. The carbon dioxide via a line 36, which is advantageously thermally insulated, is supplied to a device for controlling the carbon dioxide flow 37th Danach wird das Kohlendioxid mit einem Druck von ca. 250 bar und einer Temperatur von ca. 40°C über weitere Leitungen 38 und 39 , die ebenso vorteilhaft thermisch isoliert sind und mit Absperreinrichtungen 18 und 19 und einer Drosselblende 20 versehen sind, dem Kunststoff zugeführt, um diesen in einer Einrichtung 40 zu schäumen und im Bedarfsfall in einer Einrichtung zur Formgebung 41 in eine bestimmte äußere Form zu bringen. Thereafter, the carbon dioxide with a pressure of about 250 bar and a temperature of about 40 ° C via further lines 38 and 39 which are also advantageously thermally insulated and with valves 18 and 19 and are provided an orifice 20 is supplied to the plastic , to bring it to foam in a device 40 and, if necessary, in a device for molding 41 in a certain external form. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens ergibt sich daraus, daß bereits bestehende Anlagen zur Herstellung von Polyurethan- Schaumstoff mit einer Leitung für das Polyol 42 und einer Leitung für das Isocyanat 43 auf relativ einfache und kostengünstige Weise auf einen Betrieb mit dem erfindungsgemäßen Verfahren umgerüstet und werden können, wobei eine Schaumbildung durch Isocyanat ganz oder vollständig durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Schaumbildung ersetzt werden kann. A particular advantage of the device according to the invention and of the method results from the fact that existing systems for the production of polyurethane foam with a conduit for the polyol and a line 42 for the isocyanate 43 in a relatively simple and inexpensive manner to an operation with the inventive method wherein foam formation by isocyanate can be replaced wholly or completely by the inventive process for the formation of suds can be converted and,.

Claims (19)

  1. 1. Verfahren zum Schäumen von Kunststoff unter Verwendung von Kohlendioxid als Schäumungsmittel, bei dem flüssiges oder überkritisches Kohlendioxid auf einen erhöhten Druck gebracht wird und dem Kunststoff zugeführt wird, um den Kunststoff zu schäumen. 1. A process for foaming plastics using carbon dioxide as a foaming agent, is brought to an elevated pressure in the liquid or supercritical carbon dioxide and the plastic material is supplied to foam the plastic.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem flüssiges oder überkritisches Kohlendioxid auf eine erhöhte Temperatur gebracht wird und dem Kunststoff zugeführt wird, um den Kunststoff zu schäumen. 2. The method of claim 1, is brought to an elevated temperature at which liquid or supercritical carbon dioxide and the plastic material is supplied to foam the plastic.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erhöhte Druck des Kohlendioxids 150 bis 300 bar beträgt. 3. The method of claim 1 or 2, wherein the elevated pressure of carbon dioxide is 150 to 300 bar.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der erhöhte Druck des Kohlendioxids 220 bis 280 bar beträgt. 4. The method of claim 3, wherein the elevated pressure of carbon dioxide 220 to 280 bar.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die erhöhte Temperatur des Kohlendioxids 30 bis 50°C beträgt. 5. The method according to any one of claims 2 to 4, wherein the elevated temperature of carbon dioxide is 30 to 50 ° C.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Kohlendioxid nach Erhöhung des Drucks oder des Drucks und der Temperatur eine Viskosität von 12 × 10 -4 bis 35 × 10 -4 poise aufweist. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the carbon dioxide by increasing the pressure or of pressure and temperature has a viscosity of 12 × 10 -4 to 35 × 10 -4 poise.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Kohlendioxid nach Erhöhung des Drucks oder des Drucks und der Temperatur eine Dichte von 300 bis 1000 g/l aufweist. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, in which the carbon dioxide has a density of 300 to 1000 g / l by increasing the pressure or pressure and temperature.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Volumenstrom des Kohlendioxids 0,5 bis 5 g/sec beträgt, bevor das Kohlendioxid dem Kunststoff zugeführt wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the volume flow of carbon dioxide is 0.5 to 5 g / sec, before the carbon dioxide is supplied to the plastic.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Druck in mindestens zwei Stufen erhöht wird. 9. A method according to any one of claims 1 to 8, wherein the pressure in at least two stages is increased.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Druck in einer ersten Stufe erhöht wird auf einen Wert zwischen 20 und 80 bar, bei dem anschließend der Druck in einer zweiten Stufe erhöht wird auf einen Wert zwischen 200 und 300 bar und bei dem anschließend die Temperatur erhöht wird auf einen Wert zwischen 30 bis 50°C. 10. The method of claim 9, wherein the pressure in a first stage is increased to a value between 20 and 80 bar, in which subsequently the pressure in a second stage is increased to a value between 200 and 300 bar and in which subsequently the temperature is increased to a value between 30 to 50 ° C.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Kohlendioxid dem Kunststoff diskontinuierlich zugeführt wird. 11. The method according to any one of claims 1 to 10, wherein the carbon dioxide is supplied to the plastic discontinuous.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Kohlendioxid dem Kunststoff intermittierend zugeführt mit einer Frequenz von 1 bis 10 mal pro Minute. 12. The method of claim 11, wherein the carbon dioxide to the plastic material supplied intermittently with a frequency of 1 to 10 times per minute.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die diskontinuierliche Zufuhr des Kohlendioxids synchron erfolgt mit einer diskontinuierlichen Zufuhr des Kunststoffs in eine Vorrichtung zu dessen Weiterverarbeitung oder Formgebung. 13. The method of claim 11 or 12, wherein the discontinuous supply of the carbon dioxide takes place synchronously with a discontinuous feed of the plastic in a device for its further processing or shaping.
  14. 14. Vorrichtung zum Schäumen von Kunststoff unter Verwendung von Kohlendioxid als Schäumungsmittel, bei der eine Quelle für flüssiges oder überkritisches Kohlendioxid ( 1 ) in Verbindung steht mit mindestens einer Einrichtung zur Erhöhung des Druckes des Kohlendioxids ( 7 ), die in Verbindung steht mit einer Einrichtung zum Schäumen des Kunststoffs ( 40 ). 14. An apparatus for foaming plastics using carbon dioxide as a foaming agent, wherein a source of liquid or supercritical carbon dioxide (1) is in communication with at least one means for increasing the pressure of the carbon dioxide (7), which is in communication with a device for foaming of the plastic material (40).
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der einer Einrichtung zur Erhöhung des Drucks des Kohlendioxids ( 7 ) mindestens eine Einrichtung zur Erhöhung der Temperatur des Kohlendioxids ( 12 ) nachgeschaltet ist. 15. The device is connected downstream of claim 14, wherein the means for increasing the pressure of the carbon dioxide (7) at least one means for increasing the temperature of carbon dioxide (12).
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, bei der der Einrichtung zur Erhöhung des Drucks des Kohlendioxids ( 7 ) mindestens eine Einrichtung zur Regelung des Volumenstroms des Kohlendioxids ( 37 ) nachgeschaltet ist. 16. The apparatus of claim 14 or 15, wherein the means for increasing the pressure of the carbon dioxide (7) is connected downstream of at least one device for regulating the volume flow of the carbon dioxide (37).
  17. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, die zwei Einrichtung zur Erhöhung des Drucks des Kohlendioxids ( 5 , 7 ) in zwei Stufen aufweist. 14 to 16, which has 17. Device according to one of Claims two means for increasing the pressure of the carbon dioxide (5, 7) in two stages.
  18. 18. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17 zur Herstellung eines Schaumes aus einem Polypropylen, einem Polyurethan oder einem Polystyrol. 18. Use of a method according to one of claims 1 to 13 or an apparatus according to any one of claims 14 to 17 for the manufacture of a foam of a polypropylene, a polyurethane or a polystyrene.
  19. 19. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17 zum vollständigen oder teilweisen Ersetzen der üblichen Schäumungsmittel. 19. Use of a method according to any one of claims 1 to 13 or a device according to one of claims 14 to 17 for total or partial replacement of the conventional foaming agent.
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