DE8335441U1

DE8335441U1 - Geschaeumtes Kunststoffteilchen zur Herstellung von Packmaterial

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Publication number: DE8335441U1
Application number: DE19838335441
Authority: DE
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1983-12-10
Filing date: 1983-12-10
Publication date: 1985-02-21

Description

HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT HOE 83/F 261+H Dr.ZR/St

Geschäumtes Kunststoffteilchen zur Herstellung von Packmaterial^

Pack- oder Füllmaterialien aus losen, aufgeschäumten Kunststoffteilchen sind bekannt und werden in großen Mengen eingesetzt. Maßgebend dafür sind vor allem ihre Staubfreiheit, die Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeit und Schimmelbildung, die Abriebfestigkeit und ihr inertes Verhalten gegenüber dem Verpackungsgut sowie ihr geringes Gewicht, üblicherweise werden solche Kunststoffteilchen als kompakte, trelbmittelhaltige, nichtaufgeschäumte Granulate zur Verfügung gestellt und erst im Verpackungsbetrieb nach bekannten Verfahren zur endgültigen Form aufgeschäumt.

Die Wirkung der geschäumten Kunststoffteilchen als Packr.aterial beruht darauf, daß sie nach dem Einbetten des Verpackungsgutes sich gegenseitig verhaken bzw. verzahnen und zudem ein großes Hohlraumvolumen einschließen. Das Hohlraumvolumen ist dabei das von den Teilchen eingeschlossene, aber nicht ausgefüllte Volumen bei der Gchüttung zum Haufwerk. Dadurch wird eine Art "federnde Hülle" um das Gut gebildet. Die gegenseitige Verzahnung bei gleichzeitiger Bildung eines großen Hohlraumvolumens ist besonders wichtig, um das "Wandern" des verpackten Gegenstandes durch die Packiijittelteilchen infolge der Transporterschütterung zu verhindern und eine optimale bleibende "Federwirkung" zu erreichen.

Im Gegensatz zu der Fähigkeit, sich mit anderen Teilchen zu verzahnen und dabei ein großes Hohlraumvolumen zu bilden, steht die Forderung, daß die das Packmaterial bildenden Teilchen zugleich auch eine gufce Rieselfähigkeit aufweisen. Die leichten, geschäumten Kunststoffteilchen werden nämlich 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. 1

Man hat versucht, durch bestimmte Formgebung der geschäumten Kunststoffteilchen diese sich widersprechenden \ Anforderungen an das Packmaterial zu erfüllen, also bei
großem Hohlraumvolumen und guter Verhakung oder Verzah- ■; nung der Teilchen im Verpackungsbeliältnis zugleich eine ?

gute Rieselfähigkeit bei der Entnahme aus dem Vorrats- ■

behälter zu erreichen. Als Beispiele für die Fora» der
Teilchen seien genannt: S-Form, Y-Form, Sternform, ge- ί

wellte längliche oder runde Blättchen, Ringe, auf ge- !|

schlitzte Ringe, 8-förmige Hohlkörper, spiralige Körper, |

Teilchen in der Form von Kartoffel-Chips, Halbkugeln, ^

sattelförmige Teilchen, hanteiförmige Teilchen und |

Flocken. t

ί Die vorstehend genannten Teilchenformen zeigen zwar

häufig zufriedenstellende Verzahnungseigenschaften
bei annehmbarer Rieseleigenschaft, jedoch bleibt das
für das Packverhalten wesentliche Hohlraumvolumen unter
der erwünschten Größe.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein geschäumtes Kunststoffteilchen zur Herstellung von Packmaterial bereitzustellen, das eine gute Rieselfähigkeit, eine gute
Verzahnungseigenschaft und zugleich ein großes Hohlraumvolumen bei der Schüttung zum Haufwerk aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein geschäumtes Kunststoffteilchen (I¹) zur Herstellung von Packmaterial vor, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es

sich von einem gleichschenkeligen, sternförmigen Dreieck ableitet, von dem zwei Schenkelflächen paraboloid gegeneinander gekrümmt sind, während der dritte Schenkel eine dazu entgegengesetzte paraboloide Krümmung seiner Fläche aufweist und dadurch ein räumlich in sich verwölbtes Gebilde entsteht, dessen paraboloide Krümmungsflächen zueinander versetzt stehen.

Das erfindungsgemäße geschäumte Kunststoffteilchen wird durch Aufschäumen von einem entsprechendem Kunststoffgranulat-Teilchen hergestellt, das gleichfalls in sich verwölbt ist, d.h. dessen Schenkel (2), (3) und (4) gemäß Figur (1) bereits gegeneinander in der Weise räumlich gekrümmt sind, wie sie dann bei dem durch Aufschäumen erhaltenen Packmaterialteilchen auftritt, wenngleich die Verwölbung zumeist noch nicht so ausgeprägt 1st.

Die Wandstärke (D) dieses Granulatteilchens (vgl. Figur 2) liegt im allgemeinen im Bereich von 0,8 bis 2,5 mm, vorzugsweise 1,0 bis 2,0 mm. Die Maße (A), (B) und (C) dieses Teilchens (vgl. Figuren 1 und 2) betragen zumeist 6 bis 12 mm, 4 bis 8 mm und 3 bis 6 mm. Die entsprechenden Vorzugswerte liegen bei 8 bis 10 mm (A), 5 bis 7 nun (B) und 4 bis 5 mm (C). Der Winkel a zwischen den Schenkein 2 und 4 (Fig. 1) bewegt sich zweckmäßigerweise zwischen 90 und l80°, vorzugsweise 120 und 170°, während der Winkel ß zwischen den Schenkeln 3 und 2/4 (Figur 2) zumeist zwischen 60 und l60°, vorzugsweise zwischen 80 und 120° liegt.

Im allgemeinen beträgt das Verhältnis von (D) zu (A) 1:2,4 bis 1:15, vorzugsweise 1:4 bis 1:10, das Verhältnis von (D) zu (B) 1:1,6 bis 1:10, vorzugsweise 1:2,5 bis 1:7, das Verhältnis (D) zu (C) 1:1,2 bis 1:10, vorzugs-

weire 1:2,0 bis 1:5, das Verhältnis (C) zu (A) 1:0,75 bis 1:4, vorzugsweise 1:1,6 bis 1:2,5> das Verhältnis (C) zu (B) 1:0,5 bis 1:2,7» vorzugsweise 1:1,0 bis 1:1,8, das Verhältnis (B) zu (A) 1:0,75 bis 1:3, vorzugsweise 1:0,87 bis 1:2 und das Verhältnis (C):(B):(A) 1:0,5 bis 2,7:0,75 bis 3, vorzugsweise 1:1 bis 1,8:0,87 bis 2.

Als Kunststoffe für das Qranulatteilchen und damit auch für das Packmaterialteilchen eignen sich die üblicherweise für Packmaterialien verwendeten Thermoplaste, wie z.B.

Styrolpolymerisate, Polyolefine wie Polyäthylen, VC-PoIymerisate und dergleichen. Bevorzugt wird Polystyrol eingesetzt.

Die Herstellung des verschäumbaren, treibmittelhaltigen, kompakten Kunststoffgranulat-Teilchens erfolgt in bekannter Weise durch Aufschmelzen des Kunststoffes in einer Strangpresse, Eindosieren eines geeigneten Treibmittels unter Druck in die Kunststoffschmelze, Auspressen der treibmittelhaltigen Schmelze durch eine entsprechende sternförmige Formöffnung und anschließendes Granulieren. Um ein Aufschäumen bei der Extrusion zu verhindern, werden die aus der Strangpresse austretenden Stränge rasch, zweckmäßigerweise durch ein Wasserbad, abgekühlt. Die Länge der günstigsten Wasserbadstrecke und die Abzugsgeschwindigkeit der Stränge lassen sich für den Fachmann leicht durch einige wenige Routineversuehe ermitteln. Anschließend werden die gekühlten Stränge senkrecht zur Abzugsrichtung in Teilchen der oben angegebenen Dicke geschnitten.

Das auf diese Welse entstandene expandierbare Teilchen kann durch Erwärmen über seinen Erweichungspunkt, z.B. durch Wasserdampf, zu dem erfindungsgemäßen Packmaterialteilchen 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 j z.B. Wasserdampf, Kohlensäure oder Stickstoff ab-

j spaltet, eingemischt werden.

5 Das so erhaltene erfindungsgemäße Packmaterialteilchen hat

die oben beschriebene Form, d.h. die Form eines sphärisch ^!; verwölbten Dreiecks, wobei zwei gegenüberliegende Schenkel

paraboloid (U-förmig) zueinander gekrümmt sind, während der I tfyitte Schenkel paraboloid (U-förmig) entgegengesetzt

I 10 gekrümmt ist. Das daraus herstellbare Packmaterial besteht | überwiegend, vorzugsweise zu mehr als 90 % und insbesondere

ft zu mehr als 95 % aus diesen Teilchen. Daneben können im

'ίί Packmaterial in geringem Umfang auch andere Teilchenformen

U auftreten, bei denen beispielsweise alle drei Schenkel in

i! 15 die gleiche Richtung gekrümmt und propellerartig in sich ^ verdreht sind.

Die Wanddicke (D¹) des erfindungsgemäßen Teilchens be-

'',i trägt im allgemeinen 2 bis 6 mm, vorzugsweise 3 bis 5 nun,

■ 20 wobei die Wanddicke im Zentrum des Teilchens am größten ist und zu den Randbereichen abfällt. Die Maße (A'),(B¹) und (C¹) dieses Teilchens (vgl. Figuren 3 bis 5) betragen zumeist 16 bis 40 mm, 16 bis 40 mm und 8 bis 20 mm. Die entsprechenden Vorzugswerte liegen bei 20 bis 38 ram (A¹), ü 25 17 bis 30 mm (B¹) und 12 bis 18 mm (C). Der Winkel α'

zwischen den Schenkeln 2 und 4 (Fig. 3) bewegt sich zweck-1 mäßigerweise zwischen 30 und 130°, vorzugsweise 60 und

ii, 100°, während der Winkel ß¹ zwischen den Schenkeln 3 und

Γ 2/4 (Figur 4) zumeist zwischen 0 und 150°, vorzugsweise

30 zwischen 30 und 120° und insbesondere 60 bis 100° liegt.

Im allgemeinen beträgt das Verhältnis von (D¹) zu (A¹) 1:2,7 bis 1:20, vorzugsweise 1:4 bis 1:12,7, das Verhältnis von (D) zu (B) 1:2,7 bis 1:20, vorzugsweise 1:3,4 35 bis 1:10, das Verhältnis (D¹) zu (C) 1:1,3 bis 1:10, vorzugsweise 1:2,4 bis 1:6, das Verhältnis (C) zu (A') 1: 0,8 bis 1:5, vorzugsweise 1:1,1 bis 1:3,16, das Verhält-

nis (C) zu (B¹) 1:0,8 bis 1:5, vorzugsweise 1:0,94 bis 1:2,5, das Verhältnis (B¹) zu (A') 1:0,4 bis 1:2,5, vorzugsweise 1:0,67 bis 1:2,2 und das Verhältnis (C):(B'): (A¹) 1:0,8 bis 5:0,4 bis 2,5, vorzugsweise 1:0,94 bis 2,5:0,67 bis 2,2.

Das Hohlraumvolumen der ungerüttelten Schüttung des sich von dem erfindungsgemäßen Teilchen ableitbaren Packmaterials (bestimmt nach der weiter unten beschriebenen Meßmethode) beträgt im allgemeinen mehr als 60 %, vorzugsweise 65 bis 90 %, insbesondere 65 bis 80 %.

Durch die verwölbte Gestalt der erfindungsgeraäßen Packmaterialteilchens wird nicht nur ein besonders großes Hohlraumvolumen einer Schüttung gebildet, sondern darüberhlnaus ergibt sich durch die paraboloid (U-förmig) verkrümmten Schenkel ein elastisches Verformungsverhalten des Teilchens, ohne daß eine bleibende Deformation oder gar eine Zerstörung der Schaumstruktur eintritt.

Das erfindungsgemäße Packmaterial kann die üblichen Zusatzstoffe wie Flammschutzmittel, UV- und Wärmestabilisatoren, Farbstoffe und äußerlich aufzubringende Ausrüstungsmittel in den üblichen Mengen enthalten.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren 1 und 2 stellen dabei ein verschäumbares Granulatteilchen - die nicht Gegenstand dieses Schutzrechtes sind - in starker Vergrößerung dar, während die Figuren 3 bis 5 das daraus durch Verschäumen gewonnene Teilchen betreffen.

In Figur 1, die eine Ansicht eines Granulatteilchens (1) zeigt, bedeuten (2), (3) und (4) die drei Schenkel des Teilchens. (A) und (B]' geben die Maße des Teilchens in

zwei Raumrichtungen wieder, oetellt den Winkel zwischen den "beiden Schenkeln (2) und (4) dar.

Figur 2 zeigt das Teilchen (1) der Figur 1 in der Seitenansicht. (D) bedeutet darin die Wanddicke, (C) ein weiteres Maß des Teilchens und ß den Winkel zwischen den Schenkeln (3) und (2)/(4).

Figur 3 stellt ein erfindungsgemäßes Verpackungsmaterial-Teilchen (1¹) dar, das durch Verschäumen des Granulatteilchens (1) der Figur 1 entstanden ist. (2¹), (3¹) und (4^T) bedeuten wiederum die drei Schenkel, während (A¹) und (B') die Maße dieses Teilchens in zwei Raumrichtungen ausdrücken, h gibt den Winkel zwischen den beiden Schenkeln (2¹) und (4¹) wieder.

Die Figur 4 stellt das Teilchen (1¹) der Figur 3 in der Seitenansicht dar. (D') bedeutet darin die Wanddicke, (C) ein weiteres Maß des Teilchens (i^f) und (ß¹) den Winkel zwischen den Schenkeln (3') und (2')/(4').

Die Figur 5 ergibt sich aus Figur 3 durch Kippen des Teilchens ('I') nach vorne um 90".

Beispiel

Das Packverhalten von geschäumten Kunststoffteilchen wird im wesentlichen bestimmt durch tfie Schüttdichte, das Hohlraumvolumen und die Rieselfähigkeit. Eine zusätzlich wichtige Aussage gibt der Zylinderfalltest.

In der folgenden Tabelle 1 sind diese das Packverhalten bestimmende Werte des Packmaterials aus erfindungsgemäßen Teilchen denen des Packmaterials gemäß der DE-Offenlegungsschrift 2 848 338 gegenübergestellt.

Die Prüfungen wurden folgendermaßen durchgeführt und sind in der Tabelle 1 zusammengefaßt:

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1. Ermittlung der Schüttdichtezunahme der Schüttung durch Rütteln

Ein Meßbecher mit 10 Liter Inhalt und den Abmessungen D = 189 mm $ und H = 357 mm wurde unter Zuhilfenahme eines Testtrichters mit Packmittelteilchen im freien Fall gefüllt. Der Testtrichter "bestand aus Metallblech mit glatter Oberfläche, besaß im Auslauf einen Schieber und hatte folgende Abmessungen:

großer Durchmesser 850 mm + 5 mm

kleiner Durchmesser 150 mm + 5 mm

Neigungswinkel 45" + 1°

Gesamthöhe mit Auslauf 700 mm _+ 5 mm

Höhe Auslauf 505 mm

Abst and Schieber - Auslaufende 25 mm +_ 2 mm

Dicke Schieber 1,6 mm

Ein derartiger Testtrichter ist beispielswuise beschrieben in "Technische Lieferbedingungen TL 3135-0032, Ausgabe 2 (März 1982)", S. 1 bis 6 des Bundesamtes für Wehrtechnik und Beschaffung der BR-Deutschland.

Danach wurde die Oberkante des Meßbechers mit eine.™ Lineal abgestrichen. Das Nettogewicht dividiert durch 10 ergab die Schüttdichte der ungerüttelten Schüttung in Gramm je Liter.

2. Ermittlung der Schüttdichte der gerüttelten Schüttung: Der unter 1) beschriebene Meßbecher wurde unter Zuhilfenahme des ebenfalls unter 1) beschriebenen Testtrichters mit Packmittelteilchen im freien Fall gefüllt. Während des Füllvorganges wurde der Meßbecher ständig in kurzen Abständen so lange auf einer massiven Unterlage aufgestoßen, bis keine weitere Volumenkontraktion der Schüttung mehr erfolgte. Danach wurde der

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Meßbecher mit einem Lineal abgestrichen. Das Nettogewicht dividiert durch 10 ergab die Schüttdichte der gerüttelten Schüttung in Gramm je Liter.

3· Ermittlung der Verdichtung der Schüttung durch Rütteln (Rüttelverdichtung):

Die Verdichtung der Schüttung; durch Rütteln ergab sich aus dem Quotienten

(Schüttdichte gerüttelte Schüttung - Schüttdichte ungerüttelte Schüttung) . iOO/Schüttdichte ungerüttelte Schüttung

in diesem Fall: (6,4 g/l - 5,6 g/l . 100 _ ^ ₂Q $ 5,6 g/l

4. Ermittlung ds Hohlraumvolumens der ungerüttelten Schüttung.
Der obige Meßbecher wurde wie unter 1) geschildert mit Packmittelteilchen gefüllt. Nach dem Überstreichen der Meßbfccheroberkante rait einem Lineal wurde der Meßbecher mit einem Drahtsieb verschlossen. Dann wurde der Meßbecher unter Wasser getaucht und allseitig so gedreht, daß sich alle Hohlräume der Schüttung mit Wasser füllten. Das zum Füllen der Hohlräume erforderliche Wasservolumen entsprach dem Hohlraumvolumen der ungerüttelten Schüttung.

5· Ermittlung des Hohlraumvolumens der gerüttelten Schüttung.

Der besagte Meßbecher wurde, wie unter 2) aufgeführt, gefüllt und bis zur dichtesten Teilchenpackung gerüttelt.

Danach wurde der Meßbecher unter Wasser getaucht und allseitig so gedreht, daß sich alle Hohlräume mit Wasser füllten. Das zum Füllen der Hohlräume erforder-

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liehe Wasservolumen entsprach dem Hohlraumvolumen der gerüttelten SchUttung.

6. Ermittlung der Rieselzelt (Fließverhalten):

Dieser Versuch wurde fünfmal durchgeführt. Die Schaumstoffteilchen wurden dabei bis zur Gewichtskonstanz auf Normklima 23/50-2 DIN 50 014 klimatisiert. Der Auslauf des unter 1) beschriebenen Trichters wurde durch den Schieber verschlossen und mit dem zu prüfenden Material bis zum Rand gefüllt. Anschließend wurde ■ der Schieber herausgezogen und die Zeit bis zum vollständigen Auslaufen gemessen..

7. Ermittlung der Eindringtiefe beim Zylinderfalltest: ; Die hierzu benutzte Versuchsanordnung ist beschrieben

in der Firmenbroschüre der HOECHST AG "^^R'Hostastar" (Ausgabe September 1981). -

Ein 1,65 kg schwerer Stahlzylinder (Durchmesser 44 mm, Länge 140 mm) wurde aus 1 m Höhe in einen mit Packmittelteilchen gefüllten und kurz angerüttelten Behälter (Durchmesser oben: 420 mm; Durchmesser unten: 360 mm; Füllhöhe: 370 mm) fallengelassen.

Der mit waagerechter Längsachse auftretende Zylinder

bewirkte lediglich eine kurzfristige Deformation der ■'!

Packmittelteilchenschüttung und sprang dann vom Nivear j|

der Füllhöhe gedämpft zurück. Erst beim zweiten Auf- |f

treffen auf die Schüttung drang der Stahlzylinder nur j§

geringfügig in die Schüttung ein, blieb aber in dieser I

Position fixiert. Der Abstand vom Niveau der Füllhöhe %_t

bis zur eingedrungenen unteren Metallinie des Stahl- f

Zylinders wird als Eindringtiefe in cm angegeben. 1

8. Zurückfedern des Zylinders von der Oberfläche der Schüttung.

Mit diesem Beurteilungskriterium lassen sich die

Pack- und Fixiereigenschaften von Packmittelschüttungen gut differenzieren. Erfolgt keine Rückfederung beim ersten Auftreffen des Stahlzylinders auf die Schüttung, so ist stets die Eindringtiefe größer als bei Packmittelschüttungen, die aufgrund ihrer guten Verhakungsund Polstereigenschaften den Stahlzylinder zur Rückfederung zwingen und nur sehr geringe Eindringtiefen beim zweiten bzw. dritten Aufprall auf die Schüttung der aus der Rückfederung resultiert, zulassen.

Tabelle 1 :	Schüttdichte ungerüttelte Schüttung	Dimension	g/l	A	B
	Schüttdichte der gerüttelten Schüttung		g/l	5.6	7.2
1 15	Schüttdichtezunahme der Schüttung durch Rütteln			6,4	8.0
CVJ	Hohlraumvolumen der ungerüttelten Schüttung			14.3	11.1
3	Hohlraumvolumen der gerüttelten Schüttung		*	61	49
20 4	Rieselzeit		see	64.5	44,8
5	Eindringtiefe Zylinderfälltest		cm	14	12
6	Zurückfedern des Zylind von der Oberfl, der Schüttung		^a/nein	3	4
25 7		ers J		ja	ja
8

30A= Packmaterial aus erfindungsgemäßen Kunststoffteilchen, B = Packmaterial gemäß DE-Offenlegungsschrift 28 48 338

Aus der Tabelle 1 geht eindeutig hervor, daß das erfindungsgemäße Packmittelteilchen A in Schüttdichte, Hohlraumvolinnen, Zylinderfalltest dem Teilchen B überlegen ist. Die Rieselzeit liegt noch immer weit unter

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dem Höchstwert von 40 sec, der in den oben zitierten "Technischen Lieferbedingungen" angegeben ist, und entspricht etwa dem Wert der Vergleichsteilchen4

Claims

• t • · - 13 - HOE 83/P 261+H SCHÜTZANSPRÜCHE:

1. Geschäumtes Kunststoffteilchen in Sternform zur Her-

S
stellung von Packmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Kunststoffteilchen (I¹) von einem gleichschenkligen, sternförmigen Dreieck ableitet, von dem zwei Schenkelflächen paraboloid gegeneinander gekrümmt sind, während der dritte Schenkel eine dazu entgegengesetzte paraboloide Krümmung seiner Fläche aufweist und dadurch ein räumlich in sich verwölbtes Gebilde entsteht, dessen paraboloide Krümmungsflächen zueinander versetzt stehen.

2. Geschäumtes Kunststoffteilchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Wanddicke (D) bei 3 bis 5 mm liegt.

3. Geschäumtes Kunststoffteilchen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß (A) 20 bis 38 mm, das Maß (B) 17 bis 30 mm und das Maß (C) 12 bis 18 mm betragen.

4. Geschäumtes Kunststoffteilchen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Schüttung zum Haufwerk das Hohlraumvolumen der ungerüttelten Schüttung mindestens 60 % beträgt.

5· Geschäumtes Kunststoffteilchen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Polystyrol besteht und mit einem an sich üblichen Treibmittel aufgeschäumt wurde.