DE3943265A1

DE3943265A1 - Verfahren zur herstellung von kunststoffschaum

Info

Publication number: DE3943265A1
Application number: DE19893943265
Authority: DE
Inventors: Klaus-Daieter Kolossow
Original assignee: GEFINEX JACKON GmbH
Current assignee: JACKON INSULATION GMBH, 29416 MECHAU, DE
Priority date: 1989-12-29
Filing date: 1989-12-29
Publication date: 1991-07-04
Anticipated expiration: 2009-12-30
Also published as: DE3943265C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polystyrolschaum und/oder Polyäthylenschaum oder dergleichen Kunststoffschäumen, wobei der Kunststoff in einem Extruder plastifiziert und im Extruder und/oder nach Verlassen bzw. bei Verlassen des Extruders mit Hilfe eines Treibmittels geschäumt wird, wobei das Treibmittel dem Einsatzkunststoff zugemengt ist oder im Extruder zugemengt wird und/oder während des Plastifizierungsvorganges in den Extruder gegeben wird.

Die Markteinführung der extrudierten Schaumprodukte ist Mitte der 60iger Jahre durch den Gebrauch von Fluorchlor kohlenwasserstoffe (FCKW) als Ersatz für die brennbaren Treibmittel aus der Familie der Kohlenwasserstoffe entscheidend begünstigt worden. Die meisten eigesetzten FCKW-Treibmittel sind Abkömmlinge des Methans bzw. Äthans, wobei der Wasserstoff ganz oder teilweise durch Fluor bzw. Fluor und Chlor substi tuiert ist. Nach dem in der Fachliteratur gebräuchlichen System gilt für die Typen die allgemeine Formel
C_mH_nCl_pF_q,
wobei,
n+p+q=2m+2 ist und
m=Zahl der Kohlenstoffatome
n=Zahl der Wasserstoffatome
p=Zahl der Chloratome und
q=Zahl der Fluoratome ist.

Wichtige FCKW-Treibmittel sind bzw. waren R11(Trichlorfluor methan), R12 (Dichlordifluormethan), R113 (Trichlortrifluor äthan) und R114(Dichlortetrafluoräthan). Mit Verwendung dieser Treibmittel für die Schaumextrusion ließen sich Halbzeuge und Produkte herstellen, die den Marktansprüchen sowohl in bezug auf Qualität als auch Handhabung entsprachen. Inzwischen ist jedoch das Wachstum des Marktes zum Stillstand gekommen. Der Grund hierfür ist die wissenschaftliche Erkenntnis, daß die FCKW-Gase, die auch in der Aerosol- und Kältetechnik als Sprüh- und Kältemittel, in der Elektronik-Industrie als Reini gungsmittel und bei der Polyurethanverschäumung als Treibmittel eingesetzt werden, den Abbau der Ozonschicht in der oberen Erdatmosphäre wesentlich beschleunigen. Um diesen Vorgang aufzuhalten, sind die Politiker der FCKW-Erzeuger- und Ver braucherländer kurzfristig übereingekommen (Montrealabkommen), die Emission der FCKW-Typen R11, R12, R113, R114 und 115 durch Verminderung der Produktion und des Gebrauchs erheblich zu senken.Über einen Zeitraum bis 1999 soll der Verbrauch in 3 Stufen bis auf 50% der Verbrauchsmenge von 1986 reduziert werden.

Der Einfluß der FCKW-Gase auf den Abbau der Ozonschicht beruht darauf, daß die chemisch sehr stabilen Gase erst unter Einfluß der UV-Strahlung in der oberen Atmosphäre zerfallen und die freiwerdenden Atome den Zerfall der Ozonschicht be wirken. Die Gefährdung, die von den einzelnen FCKW-Typen aus geht, ist unterschiedlich und wird klassifiziert und dokumen tiert durch die RODP-Werte. Diese Abkürzung steht für "relative ozone dpletion potential". Die Werte der einzelnen FCKW-Typen, die bei der Schaumextrusion eingesetzt werden, lauten:
R11=1,
R12=0,86,
R113=0,8,
R114=0,63.

Auch der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Alterna tivtreibmittel zu entwickeln. Dabei hat sich die Erfindung von der Überlegung gelöst, zunächst die schwer schädigenden Treibmittel durch weniger schädigende FCKW-Treibmittel zu ersetzen. Die Erfindung zielt auf eine vollständige Substi tuierung der FCKW-Treibmittel. Zugleich soll das neue Treibmittel

- umweltfreundlich sein
- sicherheitstechnisch einen nicht zu großen Aufwand verlangen
- nicht toxisch sein
- die gleichen oder besseren Eigenschaften in bezug auf die Dämmwirkung, die Nachschäumbarkeit beim Tiefziehen, die Druckfestigkeit etc. haben
- wirtschaftlich sein
- eine umweltfreundliche Entsorgung ermöglichen.

Nach der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß das Treib mittel ganz oder zu einem wesentlichen Teil durch Stickstoff N₂ und/oder Kohlendioxid CO₂ und/oder Wasser H₂O und/oder Lachgas gebildet wird.

Dabei wird angestrebt:

- die Massetemperatur erheblich zu senken (da der Kühleffekt der FCKW-Treibmittel, der die Schaumzellen stabilisiert, weg fällt), um ein Aufplatzen der Zellen zu verhindern
- die Oberfläche zu verdichten, um einen Gasaustritt zu ver meiden
- eine Bindung des Treibmittels an den Kunststoff zu erreichen.

In jedem Fall ist eine intensive Abkühlung des Schaumes nach Verlassen der Düse des Extrusionswerkzeuges von Vorteil. Eine besonders günstige Kühlung entsteht durch eine zweistufige Kühlung mit Luftkühlung in der ersten Stufe und Wasserkühlung in der zweiten Stufe. Das Kühlmedium wird jeweils unmittelbar mit dem Schaum in Kontakt gebracht.

Versuche zur Herstellung von PE-Schaumfolien haben folgendes ergeben:

1. mit N₂als Treibmittel: Mit dem vorhandenen PE-Rohstoff war es z. B. möglich, eine Schaumfolie mit einer Dicke von 2 bis 2,2 mm in einer Dichte von 400 g/dm³ herzustellen. Im Versuch wurde die Düse des Extrusionswerkzeuges an der Ausströmungslippe zur Verbesserung des Schaumaustrittes verändert. Im Versuch wurde von einer besonderen Kühlung abgesehen. Eine solche Kühlung (Nachkühlung) ist bei Herstellung geringerer Dichten von z. B. 250 g/dm³vorge sehen. Mit der Nachkühlung soll die Oberfläche verdichtet und ein größerer Treibeffekt ermöglicht werden. Durch die Nach- Kühlung wird die Zellstruktur der Schaumfolie feiner.
2. mit CO₂ als Treibmittel: Mit dem vorhandenen PE-Rohstoff war es möglich, Schaumfolien mit einem Raumgewicht von 250 g/dm³ herzustellen. Für die Herstellung ist auch hier vorteilhaft, eine kalte Schaum oberfläche nach dem Verlassen der Düse zu erzeugen. Damit wird das Gas im Schaum eingeschlossen und werden niedrige Dichten möglich. Ferner ist eine Teflonisierung der Düsen lippen im Extrusionswerkzeug von Vorteil.

Die Treibmittel lassen sich flüssig über Pumpen eindosieren; auch eine Zudosierung gasförmiger Treibmittel ist möglich. Dazu wird das Treibmittelgas mittels geeigneter Verdichter auf einen ausreichend hohen Eingangsdruck gebracht.

Zugleich läßt sich mit Hilfe von Emulgatoren eine günstige Verteilung der Treibmittel im Kunststoff herbeiführen. Ein geeigneter Emulgator ist z. B. Glyzerinmonostearat.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Polystyrolschaum und/oder Polyäthylenschaum oder dergleichen Kunststoffschäumen, wobei der Kunststoff in einem Extruder plastifiziert und im Extruder und/oder beim Verlassen und/oder nach dem Ver lassen des Extruders mit Hilfe eines Treibmittels dem Ein satzkunststoff zugemengt ist oder wird und/oder während des Platifizierungsvorganges im Extruder zugegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel ganz oder zu einem wesentlichen Teil durch N₂ und/oder CO₂ und/oder H₂O und/oder Lachgas gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der das Extrusionswerkzeug ver lassende Schaum zweistufige gekühlt wird, wobei die Kühlung in der ersten Stufe durch eine Luftkühlung und in der zweiten Stufe durch eine Wasserkühlung gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel flüssig mittels einer Pumpe und/oder gasförmig zudosiert wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Emulgatoren als Zusätze.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Extrusionswerkzeug teflonisierte Düsenlippen besitzt.