DE19935938A1 - Verfahren zum Herstellen von auf unvernetztem Polypropylen basierenden Harzschaumplatten und auf unvernetztem Polypropylen basierende Harzschaumplatten - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von auf unvernetztem Polypropylen basierenden Harzschaumplatten und auf unvernetztem Polypropylen basierende Harzschaumplatten

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DE19935938A1 DE19935938A DE19935938A DE19935938A1 DE 19935938 A1 DE19935938 A1 DE 19935938A1 DE 19935938 A DE19935938 A DE 19935938A DE 19935938 A DE19935938 A DE 19935938A DE 19935938 A1 DE19935938 A1 DE 19935938A1
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Abstract

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen von auf unvernetztem Polypropylen basierenden Harzschaumplatten bereitgestellt, das gekennzeichnet ist durch die Verwendung einer Extrusionsschäumvorrichtung mit einer zwischen einem Extruder und einer Düse angeordneten Zahnradpumpe, die durch Adapter verbunden ist, wobei der Druck (Pg) am Einlaß der Zahnradpumpe innerhalb des durch die folgende Formel (Formel 1) spezifizierten Bereichs liegt, und wobei der Extruder so gesteuert wird, daß der Wert von Pg konstant ist. DOLLAR A Pc Pg (atm) Pc + 90 DOLLAR A Pc = (chi - 1)/H DOLLAR A wobei chi das theoretische Expansionsverhältnis, wenn der beigemischte Schaumerzeuger zu 100% gehalten wird; und H den Löslichkeitskoeffizienten (cm·3·(STP)/cm·3· È atm) des Schaumerzeugungsgases im Harz bei der Harztemperatur im Einlaß der Zahnradradpumpe bezeichnen. Durch die vorliegende Erfindung können auf unvernetztem Polypropylen basierende Harzschaumplatten mit feinen Schaumzellen und mit einem guten Erscheinungsbild hergestellt werden, wobei eine hohe Produktivität und eine hohe Extrusionsstabilität sowie produktivitätsverbessernde Wirkungen bezüglich der Fertigung dünner Leichtschaumplatten durch Reduzieren von Rillen- bzw. Wellendefekten an den Plattenenden erreicht werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von auf unvernetztem Polypropylen basierenden Harzschaumplatten, die feine Schaumzellen und ein gutes Er­ scheinungsbild aufweisen. Die Erfindung betrifft insbesonde­ re ein Verfahren zum Herstellen von auf unvernetztem Poly­ propylen basierenden Harzschaumplatten, wobei die Produkti­ vität bei der Herstellung dünner Leichtschaumplatten wesent­ lich erhöht ist.
Bisher wurde für ein Verfahren zum Herstellen von Po­ lystyrol eine Technik verwendet, bei der durch Zwischen­ schalten einer Zahnrad- oder Schraubenradpumpe zwischen eine Strangpresse bzw. einen Extruder und eine Düse ein Extrusi­ onsschäumprozeß ausgeführt wurde, wie beispielsweise in "Plastic Technology 28 [2] 87 (1980)" beschrieben.
Die Wirkungen der Verwendung einer Zahnradpumpe in ei­ nem Extrusionsschäumprozeß sind gemäß "Synthetic Resins 40 [9] 42 (1994)" folgende:
  • 1. Wirkungen, die durch Unterdrücken der Druckerhöhung im Extruder erhalten werden.
    • - Reduzierung des Energieverbrauchs
    • - Verhinderung einer Erhöhung der Harztemperatur
    • - Verbesserung der Übertragungseffizienz (Produktivität)
    • - Reduzierung der Verweilzeit im Extruder
    • - Reduzierung des LID-Verhältnisses des Extruders
  • 2. Einflüsse einer Kombination mit einer Düse werden eliminiert.
    • - Die Einstellung der Temperatur, des Drucks und der Drehzahl des Extruders wird einfacher.
    • - Unabhängig von den Düsenformen müssen die für den Ex­ truder eingestellten Bedingungen oder Zustände nicht verän­ dert werden, wenn das zu verwendende Harz und die Produkti­ onsmenge unverändert bleiben.
    • - Der aufgrund der unterschiedlichen Fähigkeiten von Be­ dienungspersonen erhaltene Unterschied von Produktqualitäten wird eliminiert.
    • - Es werden unbemannte oder unüberwachte Betriebsabläufe und automatische Betriebsabläufe ermöglicht.
  • 3. Stabilisierung der Produktion
    • - Der Einfluß von Druckänderungen im Extruder wird elimi­ niert.
    • - Es können auch feuchte Roh- oder Ausgangsmaterialien verwendet werden.
    • - Die Temperaturverteilung wird nahezu konstant.
    • - Die für den Produktionsanlauf erforderliche Zeitdauer kann erheblich reduziert werden.
Alle vorstehend beschriebenen Wirkungen werden jedoch nicht notwendigerweise durch Verwendung einer Zahnradpumpe erhalten, weil die für das Schäumen geeigneten Verarbei­ tungsbedingungen sich in Abhängigkeit von den verwendeten Harzen ändern, und weil beim Extrusionsschäumen an den Enden von Platten tendentiell Welligkeits- oder Wellendefekte bzw. Rillen auftreten.
Insbesondere ist es im Fall eines unvernetzten, auf Po­ lypropylen basierenden Harzes, das kristallin ist und dessen Viskosität bei Temperaturen über dem Schmelzpunkt schnell abnimmt, unmöglich, durch herkömmliches Extrusionsschäumen Leichtschaumplatten mit gleichmäßigen feinen Schaumzellen herzustellen. Außerdem ist der Versuch, die Zufuhrrate oder -geschwindigkeit zu erhöhen, um die Produktivität zu stei­ gern, oder um Leichtschaumplatten herzustellen, mit Proble­ men verbunden, z. B. mit einer Erhöhung des Harzdrucks und der Harztemperatur.
Der sich durch Rillen- bzw. Wellendefekte an den Plat­ tenenden ergebende Verlust oder Ausschuß tritt auf, wenn ei­ ne durch das Schäumen erhaltene transversale Dehnung durch die Düsenbreite reguliert wird. Diese Erscheinung tritt be­ sonders bei geschäumten Platten auf, insbesondere bei einer Leichtschaumplatte mit einem Expansionsverhältnis von 2 oder mehr. Außerdem tritt der durch Rillen- bzw. Wellendefekte an den Enden von Platten erhaltene Verlust oder Auschuß häufig dann auf, wenn die Harztemperatur hoch ist und das Schaumer­ zeugungsgas ausströmen oder austreten kann. Daher besteht Bedarf für eine Einrichtung zum Reduzieren des vorstehend erwähnten Verlust in der Produktion nicht vernetzter, auf Polypropylen basierender Harzschaumplatten.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbes­ sertes Verfahren zum Herstellen von auf unvernetztem Poly­ propylen basierenden Harzschaumplatten bzw. -lagen, sowie damit verbesserte Platten und eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der Ansprüche ge­ löst.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Schaumplat­ ten bzw. -lagen mit feinen Schaumzellen und mit sehr gutem Erscheinungsbild und sehr guter Extrusionsstabilität herge­ stellt werden, wobei sehr gute produktionsverbessernde Wir­ kungen hinsichtlich der Herstellung dünner Leichtschaumplat­ ten erreicht werden, und wobei durch das Verfahren Rillen- bzw. Wellendefekte an den Plattenenden reduziert werden.
Die vorliegenden Erfinder haben umfangreiche Untersu­ chungen durchgeführt, um die vorstehend beschriebenen, bei der Herstellung von auf unvernetztem Polypropylen basieren­ den Harzschaumplatten auftretenden Probleme durch Zwischen­ schalten einer Zahnradpumpe zwischen einem Extruder und ei­ ner Düse bzw. Form zu lösen. Insbesondere haben sie die Be­ ziehung oder Verhältnisse zwischen Variablen, d. h. zwischen dem Druck (Pg) am Einlaß der Zahnradpumpe, dem theoretischen Expansionsverhältnis χ (auf der beigemischten Menge eines Schaumbildners oder Treibmittels bzw. Schaumerzeugers basie­ rendes theoretischer Expansionsverhältnis), wenn der beige­ mischte Schaumerzeuger zu 100% gehalten wird, und dem Lös­ lichkeitskoeffizienten H des Schaumerzeugunggases im ge­ schmolzenen Harz untersucht. Als Ergebnis hat sich gezeigt, daß die Harztemperatur innerhalb eines für das Schäumen ge­ eigneten Bereichs gesteuert werden kann, um feine Schaumzel­ len mit gutem Erscheinungsbild herzustellen und eine hohe Produktivität und eine hohe Extrusionsstabilität zu gewähr­ leisten, wenn die vorstehend erwähnten Variablen innerhalb bestmunter Beziehungen oder Verhältnisse festgelegt werden. Daher wird durch die vorliegende Erfindung bereitge­ stellt:
  • 1. Ein Verfahren zum Herstellen von auf unvernetztem Poly­ propylen basierenden Harzschaumplatten bzw. -lagen, das ge­ kennzeichnet ist durch eine Extrusionsschäumvorrichtung mit einer zwischen einem Extruder und einer Düse bzw. Form ange­ ordneten Zahnradpumpe, die durch Adapter verbunden ist, wo­ bei der Druck (Pg) am Einlaß der Zahnradpumpe innerhalb ei­ nes durch die folgende Formel (Formel 1) spezifizierten Be­ reichs festgelegt ist, und wobei der Extruder so gesteuert wird, daß der Wert von Pg im wesentlichen konstant ist.
    [Formel 1]
    Pc ≦ Pg (atm) ≦ Pc + 90
    Pc = (χ - 1) /H
    χ: theoretisches Expansionsverhältnis, wenn der beigemischte Schaumerzeuger zu 100% gehalten wird.
    H: Löslichkeitskoeffizient (cm3(STP)/cm3.atm) des Schaumer­ zeugungsgases im Harz bei der Harztemperatur im Einlaß der Zahnradpumpe.
  • 2. Ein Verfahren zum Herstellen von auf unvernetztem Poly­ propylen basierenden Harzschaumplatten gemäß Abschnitt 1, wobei die Düse durch 5≦ L/t≦ 12 gekennzeichnet ist, wobei L (mm) die Länge eines Lippenaustrittsabschnitts und t (mm) einen Lippenabstand bzw. eine Lippenöffnung bezeichnen.
  • 3. Ein Verfahren zum Herstellen von auf unvernetztem Poly­ propylen basierenden Harzschaumplatten gemäß den Abschnitten 1 oder 2, wobei die Extrudiervorrichtung gekennzeichnet ist durch 1/4 ≦ A/B ≦ 1 und C ≦ 10, wobei B(mm) den Trommeldurch­ messer, V(mm) die Adapterlänge und A(mm) den Adapterdurch­ messer bezeichnen.
  • 4. Auf unvernetztem Polypropylen basierende Harzschaum­ platte, die durch ein in den Abschnitten 1 bis 3 beschriebe­ nes Verfahren hergestellt wird.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten für die vorliegende Er­ findung werden anhand der nachstehenden ausführlichen Be­ schreibung deutlich. Die Erfindung wird nachstehend anhand bestimmter Beispiele ausführlich beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen, um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darzustellen, wobei für Fachleute anhand der aus­ führlichen Beschreibung leicht ersichtlich ist, daß inner­ halb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung verschie­ dene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden kön­ nen.
Pc bezeichnet einen zum Lösen des Schaumerzeugungsgases in einer einem vorgegebenen Expansionsverhältnis entspre­ chenden Menge erforderlichen minimalen Druck. Wenn der Druck Pg am Einlaß der Zahnradpumpe kleiner ist als Pc, wird das Schaumerzeugungsgas nicht vollständig im Harz gelöst, so daß eine Gasphase von der schmelzflüssigen Phase getrennt ist. Dadurch ist es schwierig, eine Schaumplatte mit feinen Schaumzellen zu erhalten. Wenn dagegen Pg größer ist als (Pc + 90), geht eine der wichtigsten Wirkungen der Zahnradpumpe verloren, d. h. die Unterdrückung der Druckerhöhung im Extru­ der. Dadurch werden die Zwecke, d. h. die Verhinderung einer Erhöhung der Harztemperatur und die Steigerung der Produkti­ vität, nachteilig beeinflußt.
Die Extruderseite wird so gesteuert, daß der Druck Pg am Einlaß der Zahnradpumpe innerhalb des Bereichs Pc ≦ Pg (atm) ≦ Pc + 90 liegt, und so, daß Pg konstant ist. Um zu erreichen, daß Pg konstant ist, können vorteilhaft bekannte Steuer- oder Regelsysteme verwendet werden. Beispielsweise erfolgt eine Rückkopplung bezüglich der Drehzahl der Extru­ derschraube auf die Drehzahl einer Zuteilungs- oder Dosie­ rungs-Zufuhreinrichtung zum Zuführen von Roh- oder Ausgangs­ materialien zum Trichter des Extruders. Durch diese Einstel­ lung kann, weil der Druck am Auslaß der Zahnradpumpe, der Druck am Einlaß der Düse und ähnliche Parameter stabilisiert sind, die Genauigkeit der Dicke der Schaumplatten in der Fließ- oder Transportrichtung erhöht werden.
In der vorliegenden Erfindung ist die vorstehend er­ wähnte Düse geeignet gekennzeichnet durch 5 ≦ L/t ≦ 12, wobei L (mm) die Länge des Lippenaustr ittsabschnitts und t(mm) die Lippenöffnung bezeichnen. Außerdem ist eine bevorzugte Be­ dingung für die Extrudiervorrichtung: 1/4 ≦ A/B ≦ 1 und C ≦ 10, wobei B (mm) den Trommeldurchmesser, C (mm) die Adapterlänge und A (mm) den Adapterdurchmesser bezeichnen.
Die vorstehend beschriebene Konstruktion ist zum Opti­ mieren der Form des Auslaßabschnitts der Düse und der Form des Adapters vorgesehen. Daher kann durch die Erfüllung der vorstehend beschriebenen Bedingungen der Druckverlust im der Zahnradpumpe folgenden Bereich reduziert werden, und kann insbesondere vorteilhaft die Erhöhung des Harzdrucks und der Harztemperatur unterdrückt werden. Dadurch kann die Produk­ tivität bei der Herstellung dünner Leichtschaumartikel bzw. -platten gewährleistet werden.
Bei der Herstellung dünner Leichtschaumplatten besteht, obwohl durch Abziehen eine Dickenreduzierung erreicht werden kann, beim Abziehen die Tendenz, daß Platten mit einem uner­ wünscht schlechten oder minderwertigen Erscheinungsbild her­ gestellt werden. Normalerweise wird in der Praxis ein For­ mungsprozeß unter Verwendung einer kleinen Lippenöffnung ausgeführt, die auf die Dicke des Produkts eingestellt ist. Durch Vermindern oder Verengen der Lippenöffnung wird jedoch nachteilig der Druckverlust im der Zahnradpumpe folgenden Bereich in einem solchen Maße größer, daß die Wärmeerzeugung und die Erhöhung der Harztemperatur in diesem Bereich deut­ lich sichtbar werden, auch Wenn Pg innerhalb eines niedrigen Druckbereichs von Pc ≦ Pg (atm) ≦ Pc + 90 geregelt wird, und in dem der Zahnradpumpe vorangehenden Bereich wird die Erhöhung der Harztemperatur bei einer hohen Zufuhrrate oder -ge­ schwindigkeit unterdrückt.
Um die Dicke des Produkts beizubehalten und den Druck­ verlust im Lippenabschnitt zu reduzieren, ist es vorteilhaft die Bedingung 0 ≦ L/t ≦ 12 und bevorzugt 5 ≦ L/t ≦ 12 aufrecht­ zuerhalten, wobei L (mm) die Länge des Lippenaustrittsab­ schnitts und t (mm) die Lippenöffnung bezeichnen.
Wenn L/t kleiner ist als 5, wird die Wirkung der Redu­ zierung der Lippenöffnung t nicht ausreichend bzw. vollstän­ dig erhalten und wird das Produkt dick. Wenn dagegen L/t größer ist als 12, wird die Druckverminderung im Lippenab­ schnitt nicht effektiv realisiert.
Durch Einstellen der Durchmesser und Längen der vor und hinter der Zahnradpumpe angeordneten Adapter kann der Druck­ verlust weiter reduziert werden. Vorzugsweise ist der Durch­ messer A (mm) jedes der Adapter vor oder hinter der Zahnrad­ pumpe bezüglich des Extruder-Trommeldurchmessers B (mm) so groß, daß die Beziehung 1/4 ≦ A/B ≦ 1 erfüllt ist, und das Verhältnis zwischen dem Durchmesser A und der Länge des Adapters C beträgt C/A ≦ 10.
Die vorstehend beschriebenen Spezifizierungen der Be­ reiche von L/t, A/B und C/A bilden die Grundlage der mit der Reduzierung des Druckverlusts in Beziehung stehenden Erfin­ dung. Insbesondere wenn durch Reduzieren der Lippenöffnung dünne Platten hergestellt werden, wird durch eine Erhöhung des Druckverlusts das Erscheinungsbild der Produkte direkt beeinflußt, und die Qualität des Erscheinungsbildes nimmt tendentiell ab. DurCh die vorstehend beschriebenen Spezifi­ zierungen der Bereiche von L/t, R/B und C/A können Produkte mit gutem Erscheinungsbild auch dann erhalten werden, wenn durch eine Zunahme des Druckverlusts wahrscheinlich Ausschuß produziert wird. Die Lippenöffnung, bei der der Druckverlust das Erscheinungsbild der Produkte direkt beeinflußt, beträgt etwa 0,8 mm.
Außerdem ist ein Verfahren bevorzugt, bei dem der Adap­ ter so geformt ist, daß der Druckverlust reduziert wird, wie vorstehend beschrieben, und bei dem ein ortsfester Mischer oder eine ähnliche Vorrichtung im Adapter angeordnet ist, um einen Austausch oder eine Vermischung zwischen dem an die Rohrwand angrenzenden Bereich und dem Mittelbereich des Adapterrohrs zu verursachen und die Gleichmäßigkeit der Tem­ peraturverteilung zu verbessern.
Der Endabschnitt einer zum Extrusionsformen eines Har­ zes verwendeten Düse wird als Lippe bezeichnet, und dis Dü­ senöffnung, die die Dicke eines plattenförmigen Produkts be­ stimmt, wird als Lippenöffnung t bezeichnet. Beispiele von Lippenaustrittsabschnittlängen L und Lippenöffnungen T und ein Beispiel einer Düsenform sind in Fig. 1 dargestellt.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine auf unver­ netztem Polypropylen basierende Harzschaumplatte, die durch eines der in den Patentansprüchen 1 bis 3 beschriebenen Ver­ fahren hergestellt wird. Die auf unvernetztem Polypropylen basierende Harzschaumplatte ist durch die Feinheit ihrer Schaumzellenhohlräume und ihr gutes Erscheinungsbild und au­ ßerdem durch den geringfügigen Anteil defekter Rillen- bzw. Wellenabschnitte an den Plattenenden gekennzeichnet.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der Er­ findung beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 (i) ein Beispiel der Form einer in der vorlie­ genden Erfindung verwendbaren Düse; und (ii) die Form einer Auslaßseite der Düse im Querschnitt X-X.
Mit Ausnahme der Verwendung einer vorstehend beschrie­ benen Zahnradpumpe können in der vorliegenden Erfindung be­ kannte Extrusionsschäumverfahren ohne besondere Einschrän­ kungen verwendet werden.
Beispiele von Extrusionsschäunxverfahren körnen ein Ver­ fahren aufweisen, das die Schritte aufweist: Zuführen einer Mischung aus wesentlichen Komponenten, z. B. aus einem ther­ misch zersetzbaren Schaumerzeuger, einem Polypropylenharz und anderen Materialien, in einen Trichter, Ermdglichen, daß das Harz schmelzen und der Schaumerzeuger sich zersetzen kann, und Mischen/Dispergieren des Harzas und des Schaumer­ zeugungsgases im Extruder, Kühlen des Gemischs auf eine für das Schäumen geeignete Temperatur, Extrudieren des Gemischs von einer Düse, um zu ermöglichen, daß das Gemisch schaum­ förmig wird, und Abkühlen/Formen des Extrudats durch eine Ziehvorrichtung; und ein Verfahren, das die vorstehend be­ schriebenen Schritte aufweist, außer daß an Stelle des ther­ misch zersetzbaren Schaumerzeugers ein nicht zersetzbarer Schaumerzeuger (ein physikalisches Schaumerzeugungsgas) un­ ter Druck in einen Abschnitt in der Mitte des Extruders zu­ geführt wird.
In der vorliegenden Erfindung ist das auf Polypropylen basierende Harz als ein die Schaumplatte bildendes Material nicht besonders eingeschränkt und kann gemäß dem Verwen­ dungszweck des Produkts ausgewählt werden. Das Polypropylen kann ein Homopolymerisat von Propylen oder ein Copolymer von Propylen mit einem α-Olefin sein, z. B. mit Ethylen oder ei­ nem ähnlichen Material. Außerdem ist eine Mischung verwend­ bar, die ein auf Polyethylen basierendes Harz, ein auf Po­ lystyrol basierendes Harz oder ein ähnliches Material ent­ hält.
In der vorliegenden Erfindung ist der Schaumerzeuger nicht besonders eingeschränkt, und es kann ein beispielswei­ se für ein thermoplastisches Harz geeigneter bekannter Schaumerzeuger verwendet werden. Bestimmte Beispiele des Schaumerzeugers sind ein thermisch zersetzbarer Schaumerzeu­ ger, z. B. Natriumbikarbonat, Azodicarbonamid und ähnliche; ein Inertgas, z. B. Kohlendioxid, Stickstoff und ähnliche; eine organische Verbindung mit einem niedrigen Siedepunkt, z.B Butan und ähnliche. Diese Verbindungen können in einer Kombination von zwei oder mehr Komponenten verwendet werden. Die Beimischung eines anorganischen Füllstoffs, z. B. Talk, Silika und ähnliche, als Kernbildungsmittel für die Ausbil­ dung von Schaumzellen ist ebenfalls geeignet.
Der Löslichkeitskoeffizient des Gases, das schließlich zur Schäumung beiträgt, ist vorzugsweise unabhängig vom Typ des Schaumerzeugers groß, d. h. unabhängig davon, ob ein thermisch zersetzbarer oder ein nicht zersetzbarer Schaumer­ zeuger verwendet wird. Aufgrund seiner Sicherheit und seines relativ großen Löslichkeitskoeffizienten wird vorzugsweise Kohlendioxid verwendet. Ein aliphatischer Kohlenwasserstoff, z. B. Butan, hat einen bezüglich Kohlendioxid größeren Lös­ lichkeitskoeffizienten und ist daher als Schaumerzeuger be­ vorzugt. Die Verwendung von Kohlenwasserstoff erfordert je­ doch eine explosionssichere Vorrichtung und Sicherheitsmaß­ nahmen.
Obwohl die Dichte der Schaumplatte nicht besonders ein­ geschränkt ist, ist sie im allgemeinen durch die Menge des Schaumerzeugers bestimmt und beträgt 0,6 bis 0,09 g/cm3. Ob­ wohl die Dicke der durch die vorliegende Erfindung erhalte­ nen Schaumplatte nicht besonders eingeschränkt ist, beträgt sie normalerweise 1 bis 30 mm. Die Dicke der Schaumplatte ist durch Faktoren, wie beispielsweise die Lippenöffnung t, das Expasionsverhältnis, das durch die Menge des Schaumer­ zeugers eingestellt wird, und die Abplattung der Schaumzel­ len und ähnliche Faktoren, bestimmt.
Der zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeig­ nete Extruder ist nicht besonders eingeschränkt, und es kann ein bekannter Extruder, z. B. ein Extruder für thermoplasti­ sches Harz, verwendet werden. Es ist jedoch notwendig, daß der Extruder in der Lage ist, ein Harz und ein Schaumerzeu­ gungsgas in ausreichendem Maß zu vermischen, um sie zu homo­ genisieren, und anschließend seine Temperatur auf eine für das Schäumen geeignete Temperatur abzukühlen/einzustellen. Daher sind in der vorliegenden Erfindung zwei Extrudertypen bevorzugt.
Einschrauben- oder Einschneckenextrudierer
Dies ist ein am häufigsten verwendeter Extruder. Dieser Extruder wird weit verbreitet verwendet, weil das Schaumer­ zeugungsgas nicht vom Einlaß für die Roh- oder Ausgangsmate­ rialien (Trichter) austreten kann, und weil der Extruder nicht teuer ist.
Mehrschrauben- oder Mehrschneckenextruder
Allgemein wird ein Doppelschnecken- oder -schraubenex­ truder verwendet. Beispiele von Doppelschnecken- oder -schraubenextrudern sind ein Extruder, bei dem die Schrauben sich in der gleichen Richtung drehen, und ein Extruder, bei dem die Schrauben sich in verschiedene Richtungen drehen. Beispiele von Doppelschnecken- oder -schraubenextrudern sind außerdem ein Extruder, bei dem die Schrauben parallel zuein­ ander angeordnet sind und die Schraubendurchmesser konstant sind, und ein Extruder mit schräg angeordneten Schrauben, bei dem die Schraubendurchmesser zum Ende hin abnehmen. Wenn in der vorliegenden Erfindung ein Doppelschnecken- oder -schraubenextruder verwendet wird, ist es vorteilhaft, einen Dichtabschnitt bereitzustellen, weil das Schaumerzeugungsgas die Tendenz hat, vom Doppelschnecken- oder -schraubenex­ truder auszutreten oder auszuströmen.
Außer den vorstehend erwähnten Extrudern ist auch ein Tandemextruder verwendbar, der durch Kombinieren von zwei oder mehr der vorstehend erwähnten Extruder gebildet wird.
Beispiele der in der vorliegenden Erfindung verwendba­ ren Düse sind eine flache Düse und eine kreisförmige Düse.
Die Lippenöffnung t am Düsenende kann gemäß der gewünschten Produktdicke festgelegt werden.
Eine in der vorliegenden Erfindung verwendbare Zahn­ radpumpe ist zwischen dem Extruder und der Düse angeordnet und durch Adapter damit verbunden. Die in der vorliegenden Erfindung verwendbare Zahnradpumpe ist eine Pumpe, die so konstruiert ist, daß sie eine konstante Menge geschmolzenen Harzes durch Zähne von Zahnrädern transportiert, die sich kämmend drehen. Die Zahnradpumpe wird gemäß dem Leistungs­ vermögen, durch das die Soll-Produktionsmenge erreicht wer­ den soll, aus bekannten Zahnradpumpen ausgewählt. Weil eine Hochgeschwindigkeitsdrehbewegung erforderlich ist und daher Wärmeerzeugung berücksichtigt werden muß, wenn die Zufuhrra­ te oder -geschwindigkeit pro Drehzahl der Pumpe klein ist, wird vorzugsweise eine Pumpe mit einem Leistungvermögen aus­ gewählt, das ausreichend ist, um die Soll-Produktionsmenge durch eine geeignete Drehzahl zu erreichen. Außerdem ist es bevorzugt, die Temperatur des Zahnradpumpenkörpers durch Einstellen einer Öltemperatur oder eine ähnliche Maßnahme abzukühlen oder einzustellen.
Obwohl der Löslichkeitskoeffizient H des Schaumerzeu­ gungsgases im geschmolzenen Harz durch ein Druckminderungs­ verfahren gemessen werden kann, kann es auch durch ein in der Literatur [AIChEJ., 15, 106 (1969)] beschriebenes Ver­ fahren gemessen werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist der zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignete Schaumerzeuger Kohlen­ dioxid. Die Temperaturabhängigkeit des Löslichkeitskoeffizi­ enten H von Kohlendioxid in einem geschmolzenen, auf Poly­ propylen basierenden Harz ist unten angegeben (Formal 3). Obwohl die Temperaturabhängigkeit schwach ist, wird der Lös­ lichkeitskoeffizient H mit zunehmender Temperatur kleiner.
[Formel 3]
H = Hoexp (-Es/RT)
H0: Konstante (0,0319 cm3(STP)/cm3.atm)
Es: Lösungsenergie (-1,7 kcal/mol)
R: Gaskonstante (1,986 cal/mol. K)
T: Temperatur (K)
Die Werte in Klammern beziehen sich auf Kohlendioxid.
Beispiele
Um die vorliegende Erfindung ausführlicher zu erläu­ tern, werden die nachstehenden Beispiele dargestellt, die lediglich zur Erläuterung dienen und durch die die Erfindung nicht eingeschränkt werden soll.
Beispiel 1
Ein Einschrauben- oder -schneckenextruder (Trommel­ durchmesser B: 120 mm, effektiver Schraubendurchmesser/Trom­ meldurchmesser: 32) wurde als Extruder verwendet.
Eine Schichthängerdüse mit eine Drosselstange mit einer Breite von 1150 mm wurde als Düse verwendet. Die Lippenaus­ trittsabschnittlänge L betrug 7 mm, die Lippenöffnung t be­ trug 1,0 mm und das Verhältnis L/t war auf 7 eingestellt. Es wurde eine Zahnradpumpe verwandet, deren Körpertemperatur durch Öl einstellbar war und die eine Zufuhrrate oder För­ derleistung von 315 m3 pro Umdrehung aufwies, Das verwendete Steuer- oder Regelsystem war ein System, das den Druck Pg am Einlaß der Zahnradpumpe einstellte und die Schraubendrehzahl rückgekoppelt steuerte, so daß ein konstanter Wert von Pg aufrechterhalten wurde.
Vor oder hinter der Zahnradpumpe angeordnete Adapter hatten jeweils einen Durchmesser A von 40 mm und eine Länge C von 240 mm (A/B = 1/3, C/A = 6). Eine polierte Rollenein­ heit mit 3 Rollen mit jeweils einer Umfangslänge von 1200 mm und einem Durchmesser von 400 mm, deren Temperatur im Be­ reich von 60 bis 100°C eingestellt wurde, wurde als Ziehvor­ richtung verwendet.
Als auf Polypropylen basierendes Harz wurde ein Propy­ len-Homopolymerisat mit einer Dichte von 0,9 g/cm3 (mit ei­ nem Schmelzflußverhältnis (MFR) von 8 bei 230°C) verwendet. Eine Pelletmischung mit 100 Gewichtsteilen Polypropylen- Homopolymerisat und 1,5 Gewichtsteilen einer Mutter- oder Vormischung, die 40 Gew.-% Talk als Kernbildungsmittel der Schaumzellen aufwies, wurde in einen Trichter eingefüllt. Kohlendioxid wurde als Schaumerzeuger verwendet. Das Schaumerzeuger wurde in einer Menge, durch die ein theoreti­ sches Expansionsverhältnis bereitgestellt werden sollte, das einer 3-fachen Expansion entspricht, unter einem Druck von etwa 100 atm von einer in einem Mittelabschnitt des Extru­ ders ausgebildeten Öffnung zugeführt.
Gemäß den später beschriebenen Extrudierbedingungen be­ trug die Harztemperatur Tg im Mittelabschnitt des Adapter­ durchmessers am Einlaß der Zahnradpumpe etwa 185°C. Unter Verwendung der in der Literatur (AIChEJ., 15, 106 (1969)] beschriebenen Werte wird gemäß der vorstehend beschriebenen Formel (3) H = 0,207 (cm3(STP)/cm3.atm) erhalten. Basierend darauf wurde, weil Pc = (χ - 1)/H = 9,7 atm beträgt, der Druck Pg am Einlaß der Zahnradpumpe auf einen niedrigen Druckwert von 15 atm im Bereich von Pc ≦ Pg (atm) ≦ Pc + 90 eingestellt. Die vorstehend bezüglich Formel (3) erläuter­ ten, in Klammern gesetzten Werte wurden als Daten für Koh­ lendioxid verwendet.
Tg, die Harztemperatur (K) im Mittelabschnitt des Adap­ terdurchmessers am Einlaß der Zahnradpumpe betrug Tg (°C) + 273,15 = 185 + 273,15 = 458,15.
Die Betriebsbedingungen des Extruders waren folgende. Die Schraubendrehzahl betrug etwa 50 U/min (und wurde wäh­ rend der Pg-Steuerung verändert). Die Drehzahl der Zahn­ radpumpe betrug 18 U/min. Die Zufuhrrate oder Färderleistung betrug 250 kg/h, was einer hohen Zufuhrrate oder Förderlei­ stung entspricht. Kohlendioxid wurde bei einer Temperatur von 190 bis 200°C im Harz gleichmäßig gelöst, und die Tempe­ raturen in den Bereichen vom Zuteilungs- oder Dosierungsab­ schnitt der Schraube zum Adapter und zur Zahnradpumpe wurde auf 165 bis 170°C eingestellt. Nachdem die Mischung abge­ kühlt war, wurde sie in eine bei einer Temperatur von 170°C gehaltene Düse eingeführt.
Die extrudierte Schaumplatte hatte eine scheinbare oder Rohdichte von 0,31 g/cm3 (Expansionsverhältnis = 0,9/0,31 = 2,9-fach) und eine mittlere Dicke von 5,0 mm. Die Schaumzel­ len waren fein und hatten ein gutes Erscheinungsbild. Der gesamte rechts- und linksseitige Rillen- bzw. Wellenverlust an den Plattenenden betrug lediglich 150 mm. Die Breite der verwendeten Düse betrug 1150 mm und die Verlustrate betrug etwa 13%.
Beispiele 2 und 3 und Vergleichsbeispiele 1 und 2
Schaumplatten wurden durch Verwendung des gleichen Har­ zes und des gleichen Extruders wie in Beispiel 1 herge­ stellt, wobei jedoch Bedingungen oder Parameter geändert wurden, z. B. die Harztemperatur Pg am Einlaß der Zahnradpum­ pe, die Lippenaustrittsabschnittlänge L, die Lippenöffnung t, der Adapterdurchmesser A und die Adapterlänge C. Die tier­ stellungsbedingungen sind in Tabelle 1 dargestellt, und die Bewertungsergebnisse der Schaumplatten sind in Tabelle 2 dargestellt.
Wenn geschäumte Platten aus einem auf Polypropylen ba­ sierenden Harz hergestellt werden, das nur bei einer niedri­ gen, innerhalb eines begrenzten Bereichs liegenden Tempera­ tur geeignet schäumungsfähig ist, und wenn ein Extruder, der einer in den vorstehenden Beispielen verwendeten Klasse zu­ geordnet ist, ohne Verwendung einer Zahnradpumpe verwendet wird, ist eine Zufuhrrate von 150 bis 200 kg/h ein oberer Grenzwert, so daß durch eine Extrusion mit einer höheren als diesem Bereich entsprechenden Zufuhrrate keine geeignete ge­ schäumte Platte erhalten wird, weil die Harztemperatur durch die durch Scherwirkung erzeugte Wärme tendentiell ansteigt. Basierend auf den Ergebissen der vorstehend beschriebenen Beispiele ist die Wirkung der Verwendung dar erfindungsgemä­ ßen Zahnradpumpe offensichtlich.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Fertigung von auf unvernetztem Polypropylen basierenden Harzschaumplatten mit feinen Schaumzellen und mit einem guten Erscheinungsbild mit ausgezeichneter Produktivität und Extrusionsstabilität, sowie mit ausgezeichneten produktivitätsverbessernden Wir­ kungen bei der Fertigung dünner Leichtschaumplatten mit re­ duzierten Wellendefekten an den Plattenenden.
Erläuterung der Buchstaben und Zahlen
1: Düse
L: Länge des Lippenaustrittsabschnitts
t: Lippenöffnung

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen von auf unvernetztem Polypro­ pylen basierenden Harzschaumplatten, gekennzeichnet durch eine Extrusionsschäumvorrichtung mit einer zwi­ schen einem Extruder und einer Düse angeordneten Zahn­ radpumpe, die durch Adapter verbunden ist, wobei der Druck (Pg) am Einlaß der Zahnradradpumpe innerhalb des durch die folgende Formel (Formel 1) spezifizierten Be­ reichs liegt, und wobei der Extruder so gesteuert wird, daß der Wert von Pg im wesentlichen konstant ist;
[Formel 1] Pc ≦ Pg (atm) ≦ Pc + 90
Pc = (χ - 1) /H
χ: theoretisches Expansionsverhältnis, wenn der beigemischte Schaumerzeuger zu 100% gehalten wird;
H: Löslichkeitskoeffizient (cm3 (STP)/cm3 . atm) des Schaumerzeugungsgases im Harz bei der Harztemperatur im Einlaß der Zahnradpumpe.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Düse durch 5 ≦ L/t ≦ 12 gekennzeichnet ist, wobei L (mm) die Länge des Lip­ penaustrittsabschnitts und t (mm) die Lippenöffnung be­ zeichnen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Extrusions­ vorrichtung gekennzeichnet ist durch 1/4 ≦ A/B ≦ 1 und C/A ≦ 10, wobei B (mm) den Trommeldurchmesser, C (mm) die Adapterlänge und A (mm) den Adapterdurchmesser be­ zeichnen.
4. Auf unvernetztem Polypropylen basierende Harzschaum­ platte, die durch ein in den vorstehenden Ansprüchen 1 bis 3 beschriebenes Verfahren hergestellt wird.
5. Vorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
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