DE2848338A1

DE2848338A1 - Freifliessendes packmaterial aus aufgeschaeumtem kunststoff

Info

Publication number: DE2848338A1
Application number: DE19782848338
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Chem Dr Albert; Herbert Borchert; Guenther Hohaut; Bruno Rapp; Ulrich Dipl Ing Schulte
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1978-11-08
Filing date: 1978-11-08
Publication date: 1980-05-22
Also published as: EP0011215B1; JPS5571278A; CA1122926A; EP0011215A1; DK472079A; DK146295B; DE2966625D1; JPS6344636B2; ATE6048T1; DK146295C; US4269895A; ES485663A1

Description

HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT HOE 78/F 243u.H. 7.11.1978 Dr.EL/cr Freifließendes Packmaterial aus aufgeschäumtem Kunststoff

Die Erfindung bezieht sich auf ein Packmaterial aus losen aufgeschäumten Kunststoffteilchen, die aufgrund ihrer Gestalt und Abmessungen eine sehr gute Rieselfähigkeit und gleichzeitig eine sehr gute Packwirkung in bezug auf Druck- und Stoßbeanspruchung in sich vereinen und insbesondere das sogenannte "Wandern" des verpackten Gegenstandes durch das Packmaterial verhindern.

Pack- oder Füllmaterial aus losen aufgeschäumten Kunststoffteilchen sind bekannt und werden in großen Mengen eingesetzt. Maßgebend dafür sind ihre Staubfreiheit, die Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeit und Schimmelbildung, die Abriebfestigkeit und ihr inertes Verhalten gegenüber dem Verpackungsgut bei geringem Gewicht. Üblicherweise werden solche Packmaterialteilchen als kompakte, treibmittelhaltige, nichtaufgeschäumte Granulate zur Verfügung gestellt und erst im Verpackungsbetrieb nach bekannten Verfahren zur endgültigen Form aufgeschäumt.

Die Wirkung der geschäumten Kunststoffteilchen als Packmaterial beruht darauf, daß sie nach dem Einbetten des Verpackungsgutes sich gegenseitig verhaken oder verzahnen und

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dadurch eine Art "federnde Hülle" um das Gut bilden. Diese gegenseitige Verzahnung ist besonders wichtig, um das "Wandern" des verpackten Gegenstandes durch die Packmittelteilchen infolge der Transporterschütterungen zu verhindern.

Im Gegensatz zu der Forderung nach Verzahnung sollen die Packmittelteilchen gleichzeitig eine gute Rieselfähigkeit aufweisen. Die leichten, geschäumten Kunststoffteilchen werden üblicherweise aus Vorratsilos in freiem Fall in die jeweiligen Packbehältnisse eingebracht. Dazu ist eine einwandfreie Rieselfähigkeit der Teilchen Voraussetzung, da andernfalls durch Verhaken der Teilchen eine "Brückenbildung" im Vorratsbunker stattfindet und das gleichmäßige Ausfließen und damit die Mengendosierung der Teilchen gestört oder verhindert wird. Besonders bei vollautomatischen Verpackungsanlagen führt dies zu empfindlichen Störungen.

Man hat nun versucht, durch bestimmte Formgebung der geschäumten Kunststoffteilchen diese sich widersprechenden Anforderungen an das Packmaterial zu erfüllen, um bei guter Verhakung oder Verzahnung der Teilchen im Verpackungsbehältnis gleichzeitig eine gute Rieselfähigkeit bei der Entnahme aus dem Vorratsbehälter zu erreichen. Neben diesen mechanischen Anforderungen an das Packmaterial steht die Forderung nach geringstem Brandrisiko beim Lagern und Aufschäumen der Teilchen.

Als Beispiele für die Form solcher Teilchen seien genannt:

S-Form, Y-Form, gewellte längliche oder runde Blättchen, Ringe, aufgeschlitzte Ringe, 8-förmige Hohlkörper, spiralige Körper, Teilchen in der Form von Kartoffel-Chips, Halbkugeln, sattelförmige Teilchen, hanteiförmige Teilchen,

35 und Flocken.

Die meisten dieser so geformten Teilchen haben entweder gute Rieselfähigkeit mit mäßiger Verhakungseigenschaft oder

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sehr gute Verhakungseigenschaft bei geringer Rieselfähigkeit.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, aufschäumbare Kunststoffteilchen herzustellen, die nach dem Aufschäumen ein Packmaterial ergeben, das gute Rieselfähigkeit und gleichzeitig gute Verzahnungseigenschaft aufweist.

Es wurde nun gefunden, daß überraschenderweise sternförmige Teilchen ganz bestimmter Abmessungsverhältnisse in Höhe, Dicke und Breite die Forderung nach Rieselfähigkeit und Verzahnungsfähigkeit besonders gut erfüllen. Durch die vorzugsweise Verwendung von unbrennbaren Treibmitteln, z.B. Trichlorfluormethan, oder Stoffen, die unbrennbare Gase, z.B. Kohlendioxyd, als Treibmittel abspalten, wird bei den erfindungsgemäßen Teilchen auch die Forderung nach geringstem Brandrisiko erfüllt.

Gefunden wurde ein freifließendes Packmaterial aus geschäumten Kunststoffteilchen, die eine Sternform mit drei in einer Ebene liegenden Schenkeln aufweisen und die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie ein Verhältnis der Teilchendicke (D) zur Teilchenhöhe (H) von 1 : 2,75 bis 1 : 3,3 und ein Verhältnis von Schenkelbreite (B) zur Teilchenhöhe (H) von 1 : 2,2 bis 1 : 2,5 aufweisen, wobei die Höhe (H) 10 bis 60 mm beträgt.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese stellt ein aufgeschäumtes Packteilchen dar. Die hier voll sichtbare Fläche stimmt mit der Lage der Schnittfläche des nicht aufgeschäumten Teilchens überein und liegt senkrecht zur Strangabzugrichtung (R) . Die Länge des Teilchens in Strangabzugrichtung wird als Dicke (D) bezeichnet.

Stellt man das Teil in der so dargestellten Form auf eine ebene Fläche, so gibt der Abstand von der Fläche bis

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zum höchsten Punkt des Teilchens seine Höhe (H) an. Jeweils zwei der drei Schenkel des Teilchens haben eine Linie (Knicklinie) (1,2,3) gemeinsam. Der Abstand dieser Linien voneinander wird als Breite (B) der Schenkel bezeichnet.

Liegen die Verhältnisse von Teilchendicke bzw. Schenkelbreite zur Teilchenhöhe außerhalb der beanspruchten Boreiche, so ist, wie die Vergleichsbeispiele zeigen, nur eine der geforderten Eigenschaften, Fließverhalten oder

-JQ Packwirkung, gut, während die andere unbefriedigend ist.

So zeigen dünne, hohe Teilchen oder Teilchen mit schmalen, langen Schenkeln zwar eine sehr gute Packwirkung, sie rieseln aber so schlecht, daß sie nicht ohne Stockungen eingefüllt werden können. Andererseits rieseln Teilchen, bei denen Höhe und Dicke annähernd gleich sind, bzw. bei denen die Schenkelbreite so groß ist, daß sich die Teilchen der Dreiecksform nähern, zwar ausgezeichnet, die Packwirkung ist aber unzureichend, da das Packgut durch sein Gewicht nach unten wandert.

Die Höhe der erfindungsgemäßen geschäumten Teilchen beträgt 10 bis 60 mm, vorzugsweise 20 bis 50 mm.

Als Kunststoffe für die erfindungsgemäßen Teilchen eignen sich die üblicherweise für geschäumte Packmaterialteilchen verwendeten Thermoplasten, vorzugsweise wird Polystyrol eingesetzt.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verpackungsmaterials wird zunächst durch Aufschmelzen des Kunststoffes in einer Strangpresse, Eindosieren eines geeigneten Treibmittels, vorzugsweise eines unbrennbaren, z.B. Trichlorfluormethan oder Octafluorcyclobutan, unter Druck in die Kunststoffschmelze und Auspressen der treibmittelhaltigen Schmelze durch eine entsprechende Formöffnung und Granulieren ein kompaktes, treibmxttelhaltiges, nicht aufgeschäumtes Granulat hergestellt. Um ein Aufschäumen

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bei der Extrusion zu verhindern, werden die aus der Strangpresse austretenden Stränge rasch, zweckmäßigerweise durch ein Wasserbad, abgekühlt. Anschließend werden die gekühlten Stränge senkrecht zur Abzugsrich^ng in Teilchen einer solchen Dicke geschnitten, daß nach dem Aufschäumen bei den Teilchen das oben angegebene Verhältnis von D zu H erfüllt ist.

Die so entstandenen expandierbaren Teilchen können durch Erwärmen über ihren Erweichungspunkt, z.B. durch Wasserdampf, zu dem erfindungsgemäßen Packmaterial aufgeschäumt werden. Üblicherweise wird diese Verschäumung erst beim Verbraucher ausgeführt. Anstelle eines physikalischen Treibmittels kann dem Kunststoff auch vor der Extrusion ein chemisches Treibmittel, das beim Erwärmen Gase, z.B. Wasserdampf, Kohlensäure oder Stickstoff abspaltet, eingemischt werden.

Die Verwendung eines unbrennbaren Treibmittels hat den Vorteil, daß das bei Berührung mit einer Zündquelle austretende unbrennbare Gas als Schutzgas wirkt. Es kann auch bei der Lagerung kein explosives Gas-Luft-Gemisch entstehen wie es z.B. bei Verwendung von Pentan als Treibmittel der Fall ist und selbst bei eventueller Brandbelastung der geschäumten Teilchen kann ein in den Zellen verbleibender Restanteil des Treibmittels eine gewisse Schutzgaswirkung entfalten.

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Beispiel

In der folgenden Tabelle 1 wird die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Teilchen im Riesel-und Packverhalten gegenüber Teilchen anderer Abmessungsverhältnisse dargestellt.

Vier Gruppen von sternförmigen Packmaterialteilchen aus geschäumtem Polystyrol mit unterschiedlichen Abmessungen wurden hergestellt und geprüft. Die Abmessun gen wurden an jeweils zehn Teilchen einer Gruppe gemessen und der Mittelwert aus diesen Messungen angegeben.

Zur Bestimmung der Rieselfähigkeit wurde folgende Prüfung durchgeführt:

Ein Behälter mit senkrechten Wandflächen und einer quadratischen Grundfläche von 0,5 m Kantenlänge wurde ait Packmittelteilchen gefüllt, die ein Schüttvolumen von 80 Litern einnahmen. Die Bodenfläche des Behälters war zur Mitte unter 45 Grad geneigt und wies dort eine quadratische öffnung von 0,15 m Kantenlänge auf. Die Zeit, die das Packmaterial zum Ausfließen aus diesem Behälter benötigte, wurde als Maß für die Rieselfähigkeit genommen.

Das Packverhalten wurde auf einem Rütteltisch ermittelt. Zum Einsatz kam ein Rütteltisch mit folgenden technischen Daten;

Frequenz 50 Hertz: Amplituden: 40 bzw. 50 mm horizontal . 50 mm vertikal

Horizontale Beschleunigung: 15 g (147,15 m/sec ) bzw.

9,5 g (93,195 m/sec²)

Vertikale Beschleunigung: 16 g (156,96 m/sec ).

Ein Behälter mit senkrechten Wandflächen und einer quadratischen Grundfläche von 0,5 m Kantenlänge wurde bis zur Höhe von 0,3 m mit Packmateria!teilchen gefüllt. Das Material wurde dann 1 Sekunde durch Rütteln vorverdichtet. Anschließend wurde als Probekörper ein Stahlzylinder mit 32 mm Durchmesser, 100 mm Länge und 0,64 kg Gewicht in der Mitte des Behälters so aufgelegt, daß seine Längsachse horizontal lag. Es wurde die Zeit bestimmt, die der Stahlzylinder nach Einschalten des Rütteltisches benötigte, um auf dem Boden des Behälters aufzuliegen. Bei der Riesel- und Packprüfung wurden jeweils fünf Versuche durchgeführt. Die so erhaltenen Werte sind in der Tabelle 1: aufgeführt, wobei die "Packkörpergruppe 1" die erfindungsgemäßen Teilchen beinhaltet. Die "Packkörpergruppen" 2, 3 und 4 zeigen die Werte für Teilchen anderer Abmessungsverhältnisse.

Aus der Tabelle geht hervor, daß die erfindungsgemäßen Teilchen gegenüber Teilchen anderer Abmessungen in der Kombination von Rieselfähigkeit und Packverhalten eindeutig überlegen sind.

Tab. 1

Riesel- und Packverhalten von sternförmigen Verpackungsteilchen aus geschäumtem Polystyrol

Packkörper-	Hohe (mm)	Dicke (mm)	Schenkel	Dicke : Höhe	Schenkel	Schüttge	Rieselfähig	20	.Stock	Packver
gruppe			breite		breite : Höhe	wicht (g/l)	keit	22	ungen	halten
			(mm)				Auslaufzeit.	21		Absinkzeit
							(S)	21	-	(S)
1	32	11	14	1 : 2,91	1 : 2,29	9,5	20 ■ : ■ ■:	-	63
							31	-	51
							33	·_··■■	70
							29	2	68
							34	2	71 .
2^X	36	11	12	1 : 3,27	1 : 3,00	9,0	30	1	82 ;
							36	2	95
							38	1	87
							35	3	88
							40	3	97
3^X	38	8	17	1 : 4,75	1 : 2,24	9,9	37	2	94
							18	4	105
							20	3	87
							17	_	104 ■
							17	-	110
4^X	25	12,5	17	1 : 2,00	1 : 1,47	9,2	19	—	15
								—	23
								_	18
									20
							21 NJ
							OQ

κ Vergleichsbeispiel

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Leerseite

Claims

HOE 78/F243 u.H. PATENTANSPRÜCHE 10/OOOQ

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Θ Freifließendes Packmaterial aus geschäumten Kunststoffteilchen in Sternform mit drei in einer Ebene liegenden Schenkeln, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Verhältnis der Teilchendicke (D) zur Teilchenhöhe (H) von 1 : 2,75 bis 1 : 3,3 und ein Verhältnis der Schenkelbreite (B) zur Teilchenhöhe (H) von 1 : 2,2 bis 1 : 2,5 aufweisen, wobei die Höhe (H) 10 bis 60 mm beträgt.
2. Freifließendes Packmaterial aus geschäumten Kunststoffteilchen nach Anspruch 1;, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (H) der Teilchen im Bereich von 20 bis 50 mm liegt.
3. Freifließendes Packmaterial aus geschäumten Kunststoffteilchen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus Polystyrol bestehen und mit einem unbrennbaren Treibmittel aufgeschäumt wurden.

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ORfGlNAL INSPECTED