DE60133077T2

DE60133077T2 - Verfahren zur Herstellung von expandiertem Polypropylen und Endprodukt aus expandiertem Polypropylen

Info

Publication number: DE60133077T2
Application number: DE60133077T
Authority: DE
Inventors: Franco 21052 Busto Arsizio Bandera; Enrico 21052 Busto Arsizio Venegoni
Original assignee: Costruzioni Meccaniche Luigi Bandera SpA
Current assignee: Costruzioni Meccaniche Luigi Bandera SpA
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2021-12-01
Also published as: US20020068769A1; EP1211038A2; ATE388005T1; US6573310B2; ES2304368T3; EP1211038A3; DE60133077D1; EP1211038B1; ITMI20002614A1; IT1319675B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von expandiertem Polypropylen und von auf expandiertem Polypropylen basierenden Endprodukten.
Während mit Polymeren, wie beispielsweise mit Polyethylen oder mit Polystyrol, keine besonderen Probleme bestehen, wenn diese durch die Verwendung von chemischen oder physikalischen Substanzen einem Expansionsverfahren unterworfen werden, ist Polypropylen ein Polymer, welches verschiedene Eigenschaften aufweist, welche keine einfache Expansion erlauben. Dieses ist in der Tat in dem geschmolzenen Zustand und bei seiner typischen rheologischen Temperatur durch eine Fluidität gekennzeichnet, welche derart ist, dass die Wirkung von Gasen, welche zum Expandieren der Zellen eingesetzt werden, verursacht, dass die Polypropylenstruktur kollabiert.
Die Herstellung von expandierten Polypropylen-Endprodukten ist andererseits aufgrund der geringen Kosten von Polypropylen und seiner guten mechanischen und thermischen Beständigkeit besonders interessant.
Es sind Verfahren zur Herstellung von expandiertem Polypropylen bekannt, welche dieses Polymer mittels eines Extrusionsverfahrens unter Verwendung von chemischen Treibmitteln (Expansionsmitteln) chemisch expandieren, wodurch expandierte Produkte mit spezifischen Gewichten von mehr als 0,6 kg/dm³ erhalten werden.
Ferner sind chemische Treibmittel, welche in Prozentsätzen von 2 bis 6% bezogen auf das Polypropylen eingesetzt werden, sehr teuer. Es gibt auch Verfahren, bei denen die Expansion durch die Verwendung von physikalischen Mitteln, wie beispielsweise CO₂, welche in das geschmolzene Polymer injiziert werden, erreicht werden, wie dies in der US-A-5817705 offenbart wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, expandierte Polypropylen-Endprodukte herzustellen, welche auf verschiedenen Gebieten, wie beispielsweise in der Automobilindustrie (Innentürverkleidungen), für Lebensmittelverpackungen, Fruchtbehälter etc., eingesetzt werden können.
Insbesondere ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Herstellung von Endprodukten, welche aus Folien oder Platten mit unterschiedlichen Dimensionen bestehen, unter Verwendung von Polypropylen, dessen Masse mit geschlossenen Mikrozellen durch die Verwendung von CO₂ expandiert wird, mit einem spezifischen Gewicht in einem Bereich von 0,5 kg/dm³ bis 0,3 kg/dm³ und vorzugsweise mit einem spezifischen Gewicht von gleich ungefähr 0,35 kg/dm³.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe überraschenderweise gelöst durch ein Verfahren, welches die nachfolgenden Schritte umfasst:

(a) Zuführen und Schmelzen von Polypropylen, um ein geschmolzenes Polymer zu erhalten,
(b) Zugabe von geeigneten Additiven zu dem geschmolzenen Polymer,
(c) Vermischen des geschmolzenen Polymers mit den Additiven,
(d) Einführung des Treibmittels CO₂ in das geschmolzene Polymer,
(e) Verringern der Temperatur auf einen Wert von ungefähr 160°C unmittelbar nach der Einführung des CO₂-Gases in das geschmolzene Polymer,
(f) Extrusion des geschmolzenen Polymers, des Treibmittels und der geeigneten Additive, um ein expandiertes Polypropylen herzustellen,

Insbesondere kann die Einführung des Treibmittels CO₂ in das geschmolzene Polymer, d. h. der Schritt (d), durch Injizieren von flüssigem Gas unter Druck in die geschmolzene Masse oder durch die Injektion von expandiertem Gas unter Vakuum erfolgen.
Das Polypropylen mit hoher Schmelzefestigkeit kann teilweise oder vollständig durch Polyethylen ersetzt werden.
Die Additive können aus Mineralfüllstoffen, wie beispielsweise aus CaCO₃, Talk oder anderen, bestehen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft auf expandiertem Polypropylen basierende Endprodukte gemäß Patentanspruch 7, welche durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhältlich sind.
Ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft auch die in dem Patentanspruch 15 beanspruchte Verwendung von expandiertem Polypropylen, welches mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfin dung erhältlich ist, zur Herstellung von Endprodukten, insbesondere von Endprodukten in der Automobilindustrie, wie beispielsweise Innentürverkleidungen, und auf dem Gebiet von Lebensmittelverpackungen, wie beispielsweise Fruchtbehältern.
Der Hauptvorteil des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung liegt in der Herstellung von expandierten Polypropylen-Endprodukten mit exzellenter mechanischer und thermischer Beständigkeit sowie gleichzeitig bei besonders geringen Kosten.
Ein weiterer Vorteil besteht in der Tatsache, dass die expandierten Polypropylen-Endprodukte, insbesondere Platten, welche mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhältlich sind, eine glatte Bruchstelle aufweisen und daher dank der Sicherheitseigenschaften des Materials insbesondere für die Automobilindustrie, insbesondere für Innentürverkleidungen, geeignet sind.
Ein anderer Vorteil des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit der Verwendung von CO₂ verbunden. CO₂ kann in der Tat ohne Gefahr gehandhabt werden, ist verglichen mit anderen Gasen ökologisch praktischer, weil dieses eine natürliche wieder verwendete Ressource ist, dieses ohne irgendeine Art von Verbrennung und mit geringen Kosten hergestellt wird; CO₂ ist ferner das geeignetste Gas für eine nicht heftige Expansion.
Die Eigenschaften und Vorteile eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden illustrativen und nicht beschränkenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlich werden, von denen:
die 1A eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines coextrudierten Mehrschichtverbundendproduktes A-B-A gemäß der vorliegenden Erfindung ist und
die 1B eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines extrudierten Einschichtendproduktes (B) gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Das Verfahren zur Herstellung von expandierten Polypropylen-Endprodukten gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch mit einem recycleten Material durchgeführt werden, welches aus gemahlenen Abfallspänen des expandierten Polypropylen-Endprodukts selbst besteht.
Das Verringern der Temperatur des geschmolzenen Produktes unmittelbar nach der Injektion des Gases ermöglicht es, dass die Viskosität des geschmolzenen Produktes erhöht wird, was folglich das physikalische Phänomen, welches als Henry-Gesetz bezeichnet wird (gemäß dem die Solvabilität von Gasen in Feststoffen proportional zu dem angewendeten Druck ist), begünstigt und ferner das Kollabieren des Polypropylens beschränkt.
Die auf gemäß dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhältlichem Polypropylen basierenden Endprodukte können als Platten oder als Folien hergestellt werden.
Insbesondere können diese aus zu einer einzigen Schicht vollständig expandierten monoextrudierten Laminaten, welche in der 1B mit B bezeichnet sind, bestehen.
Alternativ dazu kann das Endprodukt aus einem coextrudierten Laminat aus wenigstens zwei Schichten bestehen, von denen eine expandiertes Polypropylen (B) ist und eine aus nicht expandiertem Material (A), welches mit dem expandierten Polypropylen kompatibel ist, besteht.
Oder die mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhältlichen Endprodukte können wiederum mit der Hilfe anderer Coextruder aus coextrudierten Verbundlaminaten A-B-A bestehen (siehe 1A).
Die nicht expandierten Schichten A werden allerdings immer aus kompatiblen Materialien hergestellt.
Die Struktur B kann zusätzlich dazu, dass diese expandiert ist, mit Mineralfüllstoffen befüllt werden, wie beispielsweise mit CaCO₃, Talk oder anderen, was eine Erhöhung der Steifigkeit der Struktur erlaubt, um die Expansion als Nukleierungsmittel zu begünstigen und die Kosten zu verringern.
Insbesondere kann das geschmolzene Produkt zu einem Laminierungsgerät geführt werden, beispielsweise zu einem traditionellen System, welches von der Firma Cloeren (USA) hergestellt wird, welches die drei laminaren Schichten A-B-A fördert, von denen die expandierte Schicht B aus dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kommt, wohingegen die Schichten A aus einem oder zwei herkömmlichen Coextrudern kommen. Die Laminierungsvorrichtung kann ebenfalls so strukturiert sein, dass ein Endprodukt B-B-B hergestellt wird.
Das auf expandiertem Polypropylen basierende Endprodukt weist ein spezifisches Gewicht in einem Bereich zwischen 0,5 kg/dm³ und 0,3 kg/dm³ und vorzugsweise von 0,35 kg/dm³ auf.
Es ist auch verifiziert worden, dass die mit dem expandierten Polypropylen gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltenen expandierten Platten, wenn diese als Ersatz für traditionelle Innentürverkleidungen für Kraftfahrzeuge eingesetzt und einem Crast-Test unterworfen worden sind, eine glatte Bruchstelle aufweisen, was folglich die Sicherheit des Materials bei Anwendungen dieser Art erhöht.
BEISPIEL
70% EPS MOPLEN 31 HP-Polypropylen wird mit 20% PROFAX PF 814 HMS-Polypropylen vermischt. Die Polymermischung wird dann auf eine Temperatur von ungefähr 170°C gebracht und geschmolzen. Dann werden zu dieser geschmolzenen Mischung 10% eines aus CaCO₃ bestehenden mineralischen Füllstoffs zugegeben.
Nach einem weiteren Vermischen des Füllstoffes mit dem geschmolzenen Polymer werden nachfolgend ungefähr 0,015 Liter pro kg Polymer flüssiges CO₂ injiziert.
Die Temperatur wird unmittelbar nach der Einführung des Gases CO₂ auf einen Wert von ungefähr 160°C verringert. Das geschmolzene Produkt wird dann extrudiert und es wird ein expandiertes Endprodukt mit einem spezifischen Gewicht von 0,35 kg/dm³ erhalten.

Claims

Verfahren zur Herstellung von auf expandiertem Polypropylen basierenden Endprodukten umfassend die nachfolgenden Schritte: (a) Zuführen und Schmelzen von Polypropylen, um ein geschmolzenes Polymer zu erhalten, (b) Zugabe von geeigneten Additiven zu dem geschmolzenen Polymer, (c) Vermischen des geschmolzenen Polymers mit den Additiven, (d) Einführung des Treibmittels CO₂ in das geschmolzene Polymer, (e) Verringern der Temperatur auf einen Wert von ungefähr 160°C unmittelbar nach der Einführung des CO₂-Gases in das geschmolzene Polymer, (f) Extrusion des geschmolzenen Polymers, des Treibmittels und der geeigneten Additive, um ein expandiertes Polypropylen herzustellen, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das in dem Schritt (a) zugeführte und geschmolzene Polypropylen aus einem Polypropylen besteht, welches Polypropylen mit einer hohen Schmelzefestigkeit in einer Menge in einem Bereich zwischen 15 und 25% enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einführen des Treibmittels CO₂ in das geschmolzene Polymer, d. h. der Schritt d), durch die Injektion von flüssigem Gases unter Druck in die geschmolzene Masse bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einführen des Treibmittels CO₂ in das geschmolzene Polymer, d. h. der Schritt d), durch die Injektion von expandiertem Gas unter Vakuum bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polypropylen mit einer hohen Schmelzefestigkeit teilweise oder vollständig durch Polyethylen ersetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Additive aus Mineralfüllstoffen, wie beispielsweise CaCO₃, Talk oder anderen, bestehen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem Schritt a) zugeführte und geschmolzene Polymer auch recyceltes Material enthält, welches aus gemahlenen Abfallspänen des expandierten Polypropylen-Endproduktes selbst besteht.
Auf expandiertem Polypropylen basierendes Endprodukt erhältlich mit einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das in dem Schritt a) des Verfahrens zugeführte und geschmolzene Polypropylen aus einem Polypropylen besteht, welches Polypropylen mit einer hohen Schmelzefestigkeit in einer Menge in einem Bereich zwischen 15 und 25% enthält.
Endprodukt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es in der Form einer Platte oder einer Folie hergestellt worden ist.
Endprodukt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es ein spezifisches Gewicht in einem Bereich zwischen 0,5 kg/dm³ und 0,3 kg/dm³ aufweist.
Endprodukt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es ein spezifisches Gewicht von gleich ungefähr 0,35 kg/dm³ aufweist.
Endprodukt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem zu einer einzelnen expandierten Polypropylenschicht (B) monoextrudierten Laminat besteht.
Endprodukt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem zu wenigstens zwei Schichten coextrudierten Laminat besteht, wobei eine der Schichten aus expandiertem Polypropylen (B) und eine der Schichten aus einem nicht expandierten Material (A), welches mit dem expandierten Polypropylen kompatibel ist, besteht.
Endprodukt nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem coextrudierten Laminat in einer Sandwichstruktur A-B-A besteht.
Endprodukt nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es aus Produkten für die Kraftfahrzeugindustrie, wie beispielsweise Innentürverkleidungen, und Produkten für die Lebensmittelverpackungsindustrie, wie beispielsweise Fruchtbehältern, besteht.
Verwendung eines gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 erhaltenen expandierten Polypropylens zur Herstellung von Endprodukten, wobei das in dem Schritt (a) des Verfahrens zugeführte und geschmolzene Polypropylen aus einem Polypropylen besteht, welches Polypropylen mit einer hohen Schmelzefestigkeit in einer Menge in einem Bereich zwischen 15 und 25% enthält.
Verwendung nach Anspruch 15 zur Herstellung von Endprodukten in der Kraftfahrzeugindustrie, wie beispielsweise Innentürverkleidungen, und Produkten der Lebensmittelverpackungsindustrie, wie beispielsweise Fruchtbehältern.