DE2143717A1

DE2143717A1 - Vorrichtung zum Aufschäumen von aufschäumbaren, thermoplastischen Polymerkügelchen

Info

Publication number: DE2143717A1
Application number: DE19712143717
Authority: DE
Inventors: Frank John Edwin Beaver; Sadowski John Thomas Aliquippa; Squires Harwood Houston Georgetown; Uebelhart James J. Beaver; Pa. Mills (V.StA.)
Original assignee: Sinclair Koppers Co
Current assignee: Sinclair Koppers Co
Priority date: 1970-11-02
Filing date: 1971-09-01
Publication date: 1972-05-10
Also published as: CA930916A; ES392125A1; GB1329361A; FR2112374B1; DE2143717C3; BR7104983D0; DE2143717B2; FR2112374A1; IT939316B; US3671026A; SE381609B

Description

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PATENTANWÄLTE

dr. W. Schalk · dipl.-ing. P. Wirth · dipl.-ing. G. Dannenberg DR.V. SCHMIED-KOWARZIK · DR. P. WEINHOLD · DR. D. GUDEL

6 FRANKFURT AM MAIN

GK. ESCHENHEIMER STRASSE 39

31. August 1971

Sinclairr-Koppers Company 1450 Koppers Building Pittsburgh, Pa. 15219 / U.S.A.

Vorrichtung zum Aufschäumen von aufschäumbaren, thermoplastischen Polymerkügelchen

loses Verpackungsfüllmaterial , insbesondere für stoßempflindliche Gegenstände, besteht normalerweise aus großen ineinandergreifenden Teilchen geringer Dichte. Diese Teilchen werden durch Aufschäumen thermoplastischer Polymerkügelchen, die ein normalerweise flüssiges organisches Blähmittel enthalten, hergestellt. Die Aufschäumung der Kügelchen kann auf vielerlei Art stattfinden, wird aber meistens entweder in Rührbehältern oder auf Förderbändern durchgeführt. Z.B. lehrt die US-Patentschrift 3,023,175 die teilweise Expansion aufschäumbarer Kügelchen, indem man b±g einer Erhitzung durch Dampf unterwirft,- Die Schwierigkeit bei *

besteht,
von Aufschäumvorrichtung wenn man große, aufgeschäumte Verpackungsmaterialteilchen herstellen will, darin, daß die Rührvorrichtung weitgehend die Eigenschaft hat, die Teilchen zu zerstückeln oder zu zerreißen. Die US-Patentschriften 3,225,384 und 3,015,479 lehren die Expansion aufschäumbarer ' Kügelchen, indem man diese Strahlungswärme unterwirft, während man die Kügelchen unter der Wärmequelle hindurch auf ein sich bewegendes Förderband leitet. Bei dieser Art

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Vorrichtung werden die Teilchen nicht umgerührt, und sie neigen dazu, zusammenzuschmelzen oder sich zu verketten. Eine weitere Aufschäumvorrichtung wird im U.S.-Patent 3i494,988 beschrieben, das die teilweise Aufschäumung

zeigt, von Kügelchen in einem offenen rotierenden Gefäß entweder durch direktes Erhitzen mittels Wärmestrahlern oder durch 'indirektes Erhitzen der .Kügelchen mittels unter dem Behälter befi lülichen Brennern oder Strahlungselementen. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß sie ein geringes Fassungsvermögen für das Material und einen niedrigen Grad der Rührwirkung hat, die durch die Drehung des Behälters bewirkt wird.

Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung eignet sich zum Aufschäumen thermoplastischer Polymerkügelchen, die ein: normalerweise flüssiges Blähmittel bzw. !Treibmittel enthalten.

!Thermoplastische Polymerkügelchen, die sich für diese Vorrichtung eignen, können hergestellt sein aus Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polymeren, aus Alkyl-substituierten Styrolen, Polyacrylsäureester und Polymethacrylsäureester, Styrol- und Alphamethylstyrol-Copolymeren mit geringen Mengen von Divinylbenzol, Copolymere von Butadien oder anderen Diolefinen oder Acrylnitril und Styrol in Zusammensetzungen mit mindestens 50$ Styrol und Mischungen von Polystyrol und Kautschuk und zwar sowohl Naturkautschuk wie auch synthetischer Kautschuk. Die Kügelchen sind gewöhnlich rund, können aber auch kissenförmig oder, aufgrund einer Feinzerkleinerung, unregelmäßig geformt sein.

Das Blähmittel kann flüchtiger aliphatischer oder cycloaliphatischer Kohlenwasserstoff sein, wie z.B. Perfoliumäther, Pentan, Hexan, Heptan, Cyclopentan, Cyclohexan, Cyclo-

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pentadien und Gemische aus diesen, deren Siedepunkt unter dem Erweichungspunkt des Polymers liegt. Diese Aufschäumungsmittel stellen im allgemeinen. 3 "bis 15 # Gewichtsprozente des Gesamtgewichts des Gemisches dar.

Nach der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß thermoplastische Kügelchen durch Erhitzen mittels Dampf in einem sich drehenden Rohr kontinuierlich ohne Zerkleinern oder Zerschnitzeln aufgeschäumt werden können. Eine schonende Rührbewegung wird durch Kombination der durch das sich drehende Rohr erzeugten Taumelbewegung und der Einwirkung des Dampfes erreicht, wenn der Dampf durch das Gemisch der nicht-aufgeschäumten Kügelchen oder Pellets in den unterschiedlichen Stufen der Aufschäumung aufsteigt.

Nachstehend wir die Erfindung beispielsweise anhand von Zeichnungen beschrieben, und zwar zeigt:

Fig. 1 in Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eine erfindungsgemäße Aufschäumvorrichtung, und

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1. Fig.. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.

Die Aufs chäunnorr ich tung 11 besitzt einen zylindrischen, rohrförmigen Teil 13, an den eich ein kegelBtumpfförmiger Teil 15 anschließt; beide Teile sind von einem zylindrischen Mantel 17 umgeben, der einen gewissen Abstand von den Teilen 13 und 15 hat. Der Mantel 17 und das eine Ende des zylindrischen, rohrförmigen Teils 13 sind durch eine Stirnend verschlußplatte 19 verschlossen, an der eine erste hohle Welle 21 gelagert ist, die mit dem Innenraum des rohrförmigen

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!Teils 13 in Verbindung steht. Eine weitere Stirnendverschlußplatte 23 sitzt auf dem anderen Ende des Mantels 17 und besitzt eine Mittelöffnung 25, an deren Ende der kegelstumpfförmige Teil 15 befestigt ist, wie Pig. 1 zeigt.

Die Endverschlußplatte 23 ist mit einer Anzahl von Stangen 27 verbunden, die ihrerseits mit einer zweiten hohlen Welle 29 verbunden sind.' Beide Wellen 21 und 29 sind in je einem lager 31 bzw. 33 gelagert, die auf Lager bock en 35 und ruhen.

Zwischen dem Mantel 17 und dem inneren zylindrischen Teil ist ein Ringraum 39 für die Anbringung von mehreren Zweigleitungen 41 gebildet, die parallel im Abstand voneinander angeordnet sind und ein strömendes Medium führen. Der Raum zwischen den Zweigleitungen 41 kann frei bleiben und als isolierender Luftraum dienen, oder er kann mit einem geeigneten Isoliermaterial gefüllt sein, um die Anwendung des Dampfes auf die in dem Rohr 13 befindlichen expandierenden Kügelehen wirksam zu gestalten. Die räumliche Zuordnung des Mantels 17, der Dampfleitungen 41 und des Rohres 13 ist aus Fig. 2 ersichtlich.

Ein kreisförmig verlaufendes Sammelrohr 43 ist innerhalb des Ringraumes 39 angeordnet und in Strömungsverbindung mit jedem der verschiedenen, abgezweigten Dampfleitungen 41.

Das Rohr 13 wird mittels einer Riemenscheibe 45 in Drehung versetzt, die auf der hohlen Welle 21 sitzt und ihrerseits von einem außerhalb gelagerten Antriebsmotor 51 angetrieben wird. Die aufschäumbaren Kügelchen werden in die Aufschäumvorrichtung 11 durch die hohle Welle 21 hindurch mittels einer Fördervorrichtung 53 eingebrnhßt, die durch eineiK aixßerhalb angeordneten Antriebmnotor 55 mittels eines Riemens 57 und

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und einer Riemenschei"be angetrieben v/erden.

Der Dampf wird in das Rohr 13 durch ein übliches drehbares Kupplungsstück 59 und eine biegsame Rohr- oder Schlauchleitung 61 hindurch eingeführt, die mit dem Sammelrohr in Verbindung steht; hiernach steigt der Dampf durch die Vielzahl von Zweigleitungen 41_} die in dem Raum 39 mittels Halteblöcken 63 gelagert sein können, die an dem Mantelrohr 17 ι befestigt sind.

Die Zweigleitungen 41 sind mit Einspritzdüsen 65 versehen, die gleichmäßig entlang den Rohren verteilt sind und in das Rohr 13 hineinragen.

Eine Rührbewegung der Mischung von Kügelchen und aufge~ schäumten Teilchen wird durch das Zusammenwirken der Drehbewegung des Rohres 13 und des Mantels 17 in den Lagern 33 und 31 einerseits und die Einwirkung des Dampfes andererseits herbeigeführt, der durch das Gemisch aufsteigt, Dieses Zusammenwirken schafft eine schonende Rührbewegung, bei der λ die expandierten Teile nicht beschädigt oder zerstückelt werden, dies im Gegensatz zu den genannten bekannten "Verfahren, bei denen bisher eine Rühr schaufel oder liührarm zum Rühren des Gemisches verwendet wurde.

Die Drehbewegung des Rohres und die Mischwirkung des Dampfes bewirken,daß die leichteren expandierten Teilchen an die Oberfläcne des Gemisches steigen, während die schwereren, noch nicht aufgeschäumten Kügelchen im unteren Teil des Geraisches bleiben. Die auf diese Weise abgesonderten aufgeschäumten Teilchen gelangen allmählich nach oben und außen, bis sie durch die kontinuierliche Einführung neuer Kügelchen gezwungen werden,sich gegen die Mittelöffnung

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des oberen Endes des Eohres 13 hin zu "bewegen und entlang dem kegelstumpfförraigen Teil 15 aur Öffnung 25 der Aufschäumvorrichtung zu rollen; von dieser Öffnung aus fallen die aufgeblähten Teilchen in einen Trichter 67, von dem aus sie zu einem Speicherraum überführt werden.

Ein Festkleben der Kügelchen und Teilchen an den Innen-, wandungen des Rohres 13 bzw« 15 kann dadurch vermieden werden, daß diese Wandungen mit einem geeigneten Übersugsmaterial überzogen werden; ein geeignetes Überzugsmaterial ist ein Polytetrafluorethylen, wie es von der Firma E. I. du Pont de Nemours et Cie« unter dem eingetragenen Warenzeichen SSi¹IiON vertrieben wird. £i^&-sdsrt *~ -.-- -g Siniabe

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Bei einer anderen» in der Zeichnung iiidt dargestellten Ausführungsform der Aiifschäusivcrrichtung kann der Dampf in das Rohr durch eine einzelne, ortsfest angebrachte-, rohrförmige Sonde hinduroh durch das geschlossene Ende" des Rohres 13 hindurch eingeführt werden, wobei das Sondenrohr eine Vielzahl von Löchern aufweist, die über seine Länge verteilt sind und durch die der Dampf auf die Kügelchen ausgeblasen wird. Bei dieser, Ausführungaform kann zusätzlicher Dampf an die Außenseite des Rohres 13*eLureh ein äußeres (ggf. ortsfest angebrachtes) Zuleitimgsrohr eingeleitet v/erden. Die schonende Rührwirkung wird bei dieser Ausfülirungsform durch das Zusammenwirken der Drehbewegung des Rohres und das indirekte Auftreffen des Dampfes auf die sich, aufblähenden Pellets oder Kügelchen herbeigeführt«

Bei manchen Ausführungsformen bzw. in manchen Fällan kann der kegel stump ff örmig bzw* geneigt verlauf ende V/anäuiigsteil 15 des Rohres 13 gewünschtenfalls duroli (nicht gezeichnete) kurzejniinkelförmig verlaufende Leitflächen erse-tsr; werden_r die an der Innenseite des Rohre,? so angeordnet» Bind, daß sie

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die aufgeschäumten Teilchen zu der Überströmöffnung 25 und durch diese hindurch ableiten.

Es ist kennzeichnend für die Erfindung, daß der Dampf durch die expandierenden Kügelchen hindurch aufs.trömt und auf diese Veise eine bessere Erhitzung und schonende Rührwirkung herbeiführt.

Ferner ist es kennzeichnend für die Erfindung, daß die Kügelchen kontinuierlich aufgebläht v/erden können, ohne daß eine Beschädigung oder Zerstückelung der schon aufgeblähten Teilchen stattfindet.

Patentansprüche:

Claims

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PW/lm Sinclair-Koppers Company

31. August 1971 Pittsburgh, Pa. 15219 /USA

Patent- bzw. Schutzansprüche

Vorrichtung zum Aufschäumen von aufschäumbaren thermoplastischen Polymerkügelchen, dadurch gekennzeichnet , daß ein Rohr (13» 15) mit einem geschlossenen und einem offenen Ende vorgesehen ist und durch einen Antrieb (51» 45) in Drehung versetzbar ist, daß in das eine Ende des Eohres (13» 15) eine Zuführungsleitung (21) für die Einführung aufschäumbarer Polymerteilchen eingeführt

ist, die die Einführung während der Drehbewegung gestattet; daß ferner eine Heizeinrichtung für die

Erhitzung der aufschäumbaren Polymerkügelchen in dem Rohr zu deren Aufschäumung vorgesehen ist, und daß Organe (25) zur Abtrennung der aufgeschäumten Teilchen von den nicht aufgeschäumten oder nur teilweise aufgeschäumten Kügelchen und zur Abführung der aufgeschäumten Teilchen aus dem Rohr (13, 15) vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Heizeinrichtung für die aufschäumbaren Polymerkügelchen aus einer Vielzahl von Einspritzdüsen besteht, durch die Dampf in das Rohr (13, 15) einführbar und in Berührung mit den Kügelchen bringbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

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gekennzeichnet , daß das Rohr (13, 15) einen zylindrischen !Teil (13) aufweist, der Stirnendverschlüsse besitzt, wobei im einen Stirnende eine Öffnung (25)vorgesehen ist und wobei der zylindrische Rohrteil (13) um eine Achse (21) drehbar gelagert ist, daß ferner ein zweites zylindrisches Rohr (17) das erste Rohr (13, 15) in einem Abstand umgibt und ein Ringraum (39) zwischen den beiden Rohren gebildet wird; daß ferner mehrere Leitungen (41)zur Zuführung eines strömenden Mediums in dem Ringraum (39) angebracht und abgestützt sind, wobei jede dieser Leitungen eine oder mehrere Einspritzdüsen (65) besitzt, die durch die Wandung des inneren Rohres oder eines Teils (13) dieses Rohres hindurchgehen und wobei in die Leitungen (41) ;"erhitztes strömendes Medium einführbar ist, daß weiterhin eine Einrichtung (21) zur Einführung der Kügelehen in das Rohr (13, 15) vorgesehen ist und daß der Antrieb (51» 45) ein Drehantrieb sowohl für das erste Rohr (13, 15) als auch für das zweite Rohr (17) ist, der die Drehbewegung erzeugt, während das erhitzte Medium in das Innenrohr (13, 15) strömt und die Kügelehen dadurch zu aufgeschäumten Polymerteilchen expandiert werden, wonach diese aus. diesem Rohr abführbar sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das erstgenannte, im wesentlichen zylindrische Rohr (13, 15) einen kegelstumpfförmigen Endteil (15) besitzt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Lagerung des erstgenannten Rohres (13, 15) aus je einer, an den Stirnenden angebrachten hohlen Welle (21, bzw. 29) besteht, die in Lagern (31 bzw. 33) gelagert sind, wobei die eine Welle ■(29), die Zufuhrleitung für den Dampf und

die andere Welle (21) die Zufuhrleitung für die Kügelchen bildet und eine Leitungsverbindung (61, 43) zur Überleitung des Dampfes zu den in dem Ringraum (39) befindlichen Dampfleitungen (41) vorgesehen ist.

Vorrichtung nach Anspruch 5? dadurch gekennzeichnet _t daß die Leitungsverbindung (61, 43) ein Sammelrohr aufweist, daß in dem Ringraum (39) angeordnet ist und an die in diesem Raum befindlichen Einzelleitungen (41) angeschlossen ist.

Der Patentanwalt

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