DE3923913A1 - Verfahren zur herstellung von geschaeumten kunststoffen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her­ stellung von geschäumten Kunststoffen, bei dem man in den unter Erwärmen erweichten oder geschmolzenen thermoplasti­ schen Kunststoff oder in ein flüssiges Reaktionsharz unter Druck ein in flüssigem Zustand vorliegendes Treibmittel einbringt, das bei Entspannung den Kunststoff aufbläht.

Derartige Verfahren sind seit langem bekannt. Als Treibmit­ tel verwendet man dabei insbesondere fluorierte Chlorkoh­ lenwasserstoffe, die beispielsweise im Handel unter der ge­ schützten Bezeichnung "Frigene" erhältlich sind. Inzwischen wurde der schädliche Einfluß derartiger fluorierter Chlor­ kohlenwasserstoffe auf die Atmosphäre bekannt (Ozonloch). Man ist daher bestrebt, den Einsatz solcher fluorierter Chlorkohlenwasserstoffe einzuschränken bzw. sogar ganz durch andere Treibmittel zu ersetzen. Für viele Zwecke setzt man daher bereits anstelle der fluorierten Chlorkohlenwasser­ stoffe nichtsubstituierte Kohlenwasserstoff zu, wie z. B. Propan, Propylen, Butane oder Pentane. Diese weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie brennbar sind und in bestimmter Konzentration mit der Luft explosive Gemische bilden, wodurch zusätzlich sehr aufwendige Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden müssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Treibmittel zur Verfügung zu stellen, die einerseits die mit den fluo­ rierten Chlorkohlenwasserstoffen verbundenen Nachteile nicht aufweisen und andererseits eine sichere Handhabung ohne aufwendige Sicherheitsvorkehrungen gewährleisten, d. h. sie sollen nach Möglichkeit nicht brennbar sein, so daß die Bildung explosiver Gemische mit Luft ausgeschlossen ist. Ferner soll die Möglichkeit bestehen, das aus den Schaum­ stoffprodukten ausdiffundierende Treibmittel zwecks zusätz­ licher Umweltschonung ohne großen Zeitaufwand zurückzugewinnen und einer sinnvollen direkten Weiterverwendung zuzuführen.

Gelöst wurde diese Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch, daß man als Treibgas flüssigen Ammoniak und/oder flüssiges Kohlendioxid einsetzt, wobei man je nach einge­ setzter Menge an Treibmittel offenzellige oder geschlossen­ zellige Schaumstoffe erhält. In ähnlicher Weise kann man dies zusätzlich oder alternativ durch die Nachbehandlung mittels Mikrowellen erreichen.

Die auf diese Weise bevorzugt hergestellten Schaumstoffe haben Raumgewichte von unter 50 kg/m³, vorzugsweise unter 30 kg/m³, insbesondere unter 20 kg/m³.

Sowohl Ammoniak als auch Kohlendioxid erfüllen diese Aufgabe in hervorragendem Maße, da sie sehr gute Treibmittel mit ei­ ner sehr hohen Gasausbeute sind und mit Luft zumindest unter den Arbeitsbedingungen keine explosiven Gemische bilden. Außerdem wirken die gegebenenfalls in die Atmosphäre ge­ langenden Ammoniakmengen dem "sauren Regen" entgegen und bilden, wenn er zusammen mit Regen zur Erde zurückgelangt, eine fast natürliche Nährstoffquelle für Pflanzen. Ferner ist es möglich, gezielt den bei der Herstellung der zel­ ligen Schaumstoffe bzw. den bei der Lagerung aus den Schaumstoffprodukten austretenden Ammoniak aus den Lager­ räumen mittels Ventilatoren abzusaugen und dabei durch ver­ dünnte Salpetersäure oder Phosphorsäure zu leiten. Die mit dem Ammoniak neutralisierten Säuren, d. h. die wäßrigen Ammosalpeter- oder Ammonphosphatlösungen, können dann direkt für Düngezwecke verwendet oder in mit Sonnenkollekto­ ren beheizten Verdunstungsbecken zu Düngesalz einkonzen­ triert werden. In entsprechender Weise kann man auch das Kohlendioxid durch Einleiten der abgesaugten Gase in eine Absorptionslösung, z. B. Kalkmilch oder Natronlauge, abfangen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bringt man die flüssigen Treibmittel bzw. deren Gemische in einen Extruder ein und läßt das Extrudat entweder frei an der Luft aus­ schäumen oder in einen unter Normaldruck befindlichen all­ seitig geschlossenen Kühlkanal austreten, wo es dann frei aufschäumt und die durch das Extrusionswerkzeug vorbestimm­ te Form annimmt. Der allseitig geschlossene Kühlkanal findet insbesondere dann Anwendung, wenn man den Verschäumungspro­ zeß so steuert, daß man zumindest zum Teil eine offenzellige Schaumstruktur erzeugt.

Erzeugt man eine überwiegend geschlossenzellige Schaumstruk­ tur, so kann es von Vorteil sein, wenn der allseitig ge­ schlossene Kühlkanal eine Gasatmosphäre enthält, die in ihre Zusammensetzung, zumindest hinsichtlich ihrer Partial­ drücke, der Zusammensetzung des Treibmittels bzw. des Treib­ mittelgemisches entspricht. Die die Gasatmosphäre im Kühl­ kanal bildenden Gase kann man dabei in flüssiger Form in den Kühlkanal einspritzen oder einsprühen, wodurch man gleich­ zeitig eine Tieftemperatur-Atmosphäre schafft, die das Extrudat schnell abkühlen läßt.

Die in den Kühlkanal eingebrachten Gase werden kontinuier­ lich abgesaugt und entweder werden die Treibgase zurückge­ wonnen oder zu Düngemitteln weiterverarbeitet.

Eine interessante weitere Ausgestaltung der vorliegenden Er­ dingung besteht darin, daß man das noch warme bzw. heiße aufgeschäumte Extrudat einer Nachverschäumung mittels Mikro­ wellen unterwirft, wobei man die Nachverschäumung so steuern kann, daß man einen praktisch vollständig offenzelligen Schaumstoff erhält. Dies kann man bei Extrudaten in konti­ nuierlicher Verfahrensweise durchführen, wobei dies vor­ teilhafterweise ebenfalls in einem allseitig geschlossenen Kanal durchgeführt wird, um die dabei in Freiheit gesetzten Treibmittel abzusaugen und ihrem bestimmungsgemäßen Zweck zuzuführen.

Bei einer anderen erfindungsgemäßen Arbeitsweise kann man so vorgehen, daß man das Treibmittel in entsprechend großen Mengen in eine Kunststoffschmelze einarbeitet, die sich z. B. in einer Druckform befindet, und dann die Kunst­ stoffschmelze langsam unter Volumenvergrößerung der Form expandieren läßt, wobei man das sich normalerweise während der Expansion abkühlende Treibmittel mittels Mikrowellen auf der gewünschten Expansionstemperatur hält. Am Schluß der Ex­ pansion erhitzt man dann mit der Mikrowelle so hoch, daß die Zellwände unter Bildung eines offenzelligen Schaumes platzen. Der dabei in Freiheit gesetzte Ammoniak oder das eingesetzte Treibmittelgemisch wird abgesaugt und zur Neu­ tralisation durch eine wäßrige Säure, vorzugsweise Salpe­ ter- oder Phosphorsäure oder einem Gemisch von beiden, ge­ leitet.

Gemäß der Erfindung wurde festgestellt, daß insbesondere das Verschäumen von Polystyrol mit flüssigem Kohlendioxid zu hervorragenden Ergebnissen führt.

Auch die Reaktionsharz-Systeme lassen sich in ausgezeichne­ ter Weise mit flüssigem Kohlendioxid verschäumen, wobei man im Prinzip die gleiche Verfahrensweise wie beim Einsatz von fluorierten Chlorkohlenwasserstoffen anwendet.

Aufgrund der hervorragenden Lösungsmitteleigenschaften von flüssigem Ammoniak kann man in diesem auch solche orga­ nischen und/oder anorganischen Verbindungen lösen, die Treibgase abspalten. Hierzu gehören beispielsweise solche, wie sie als Porofore im Handel erhältlich sind, d. h. z. B. substituierte Thiatriazole, Azodicarbonamid, Diphenylsulfon- 3,3′-disulfonhydrazid, Sulfonhydrazid und Azoisobuttersäure­ dinitril.

Mit Vorteil setzt man den flüssigen Ammoniak aber auch in Gemisch mit flüssigem Kohlendioxid ein, wobei alle nur denk­ baren Mischungsverhältnisse möglich sind.

Selbstverständlich kann man in dem flüssigen Ammoniak und/ oder dem flüssigen Kohlendioxid auch andere übliche Treib­ gase lösen, wobei man vorzugsweise mit nicht substituierten Kohlenwasserstoffen, insbesondere Propan, Propylen, Butan, Isobutan, Butadien, Pentan sowie deren Gemische, arbeitet.

Die Anwesenheit von Wasser in flüssigem Ammoniak kann eben­ falls von Vorteil sein, sei es um Spannungsrißkorrosionen zu vermeiden, dies gilt insbesondere, wenn das Treibmittel nur aus flüssigem Ammoniak besteht (dann sollte der Wasser­ gehalt vorzugsweise mindestens 0,2 Gew.-% betragen) oder um im Falle der zusätzlichen Anwesenheit von Kohlendioxid der Harnstoffbildung via der Ammoniumcarbaminatbildung entgegenzuwirken.

Weitere bevorzugte Merkmale, die die vorliegende Erfindung auszeichnen, sind aus den Unteransprüchen ersichtlich und bilden einen Teil dieser Beschreibung.

Unter dem Ausdruck "Thermo-Rubber" werden beispielsweise thermoplastische Kautschukpolymere verstanden, wie sie z. B. von der Firma Shell unter der Bezeichnung "Kraton G Kautschuk" (siehe z. B. Firmenprospekt von Shell "IC/7040/2m/1085") oder als Zusatzpolymere unter der Bezeichnung "Clariflex" vertrieben werden.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von geschäumten Kunststoffen, bei dem man in den unter Erwärmen erweichten oder ge­ schmolzenen thermoplastischen Kunststoff oder in ein flüssiges Reaktionsharz unter Druck ein in verflüssig­ ter Form vorliegendes Treibmittel einbringt, das bei Ent­ spannung den Kunststoff aufbläht, dadurch gekennzeichnet, daß man als Treibmittel flüssigen Ammoniak und/oder flüssiges Kohlendioxid einsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kunststoff Thermoplaste, vorzugsweise Polyethylen oder Polypropylen, insbesondere low density Polyethylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid oder Thermo-Rubber einsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Reaktionsharz ein Polyurethan- oder Epoxid-Kompo­ nentensystem einsetzt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem flüssigen Ammoniak organische Verbindungen ge­ löst sind, die unter den Aufschäumbedingungen Stickstoff abspalten.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man flüssigen Ammoniak im Gemisch mit flüssigem Koh­ lendioxid in einem Mol-Verhältnis Ammoniak zu Kohlendi­ oxid von 1 : 10 bis 10 : 1, vorzugsweise im Verhältnis 1 : 1 bis 1 : 5 einsetzt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man flüssigen Ammoniak und/oder flüssiges Kohlendi­ oxid im Gemisch mit den üblichen als Treibmittel dienen­ den substituierten oder nicht substituierten Kohlenwas­ serstoffen, insbesondere Propan, Propylen, Isobutan und/ oder Pentan und gegebenenfalls flüssigem Kohlendioxid einsetzt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Ammoniak bzw. die Gemische mit Ammoniak zusätzlich Wasser enthalten, vorzugsweise bis zu 10-15%, insbesondere bis zu Gew.-5% Wasser.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man den mit dem Treibmittel versehenen Kunststoff ex­ trudiert und an der Luft frei verschäumen läßt.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man es zur Herstellung von geschäumten Platten, ge­ schäumten Profilen und geschäumten Rohren einsetzt.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die geschäumte Kunststoffmasse direkt nach dem Aufschäumen mit Mikrowellen bestrahlt.