DE891609C - Verfahren zum Herstellen zelliger voneinander getrennter Koernchen aus thermoplastischen Kunststoffen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Herstellen zelliger voneinander getrennter Körnchen aus thermoplastischen Kunststoffen Die Erfindung betrifft eine verbesserte Methode zum Herstellen voneinander getrennter, zelliger Körnchen aus thermoplastischen Kunststoffen. Insbesondere betrifft sie das Herstellen getrennter (frei rieselnder), zelliger Körnchen aus einem einer Expansion ausgesetzten thermoplastischen Kunststoff, bestehend aus einem fließenden Gel, das aus einem thermoplastischen Kunststoff und einem bei normalem Druck und normaler Temperatur gasförmigen Mittel besteht.
• Das Herstellen zelliger Produkte aus thermoplastischen Kunststoffen, bei der ein fließendes Gel behandelt wird, das aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, z. B. Polystyrol, in dem ein normalerweise gasförmiges Mittel, z. B. Methylchlorid, Methyläther, Äthyläther od. dgl., unter Druck gelöst ist, ist bekannt; hierbei tritt das Gel aus einer Druckkammer durch ein Ventil oder eine Öffnung in eine Zone niedrigeren Druckes über. Hierbei verdampft, wenn der Druck aufgehoben wird, das normalerweise gasförmige Mittel und dehnt den Kunststoff aus, wobei ein beständiger, zelliger Körper gebildet wird. Das so hergestellte, zellige, thermoplastische Harzprodukt ist z. B. bei der Herstellung von Eisschränken, Kühlschränken als Isoliermaterial zu gebrauchen, und man kann es zerschneiden oder zersägen zwecks Herstellung von Brettern, Blöcken oder Leisten. Das zellige Produkt kann auch gebrochen, gemahlen oder zerschnitzelt oder in anderer Weise zu kleinen Teilchen verarbeitet werden, die in eng umgrente Kammern oder in schwierig zugängliche Räume, z. B. in die Mauern von Gebäuden oder in Kühlhauswände eingefügt oder gelagert werden können. Wenn jedoch das zellige Produkt in dieser Weise zu kleinen Bruchstücken verarbeitet worden ist, so erhält man es in unregelmäßig geformten Teilchen, die aus einzelnen, dünnwandigen Zellen mit einer äußeren, rauhen Oberfläche aus zerbrochenen Zellen bestehen. Solche Zellteilchen können leicht zerstoßen oder zerbrochen werden, und sie können auch nicht leicht durch schmale Öffnungen in Behälter oder Kammern eingeführt werden, da die unregelmäßigen Oberflächen der zerbrochenen Zellen die Teilchen aneinander haften lassen.
• Es wurde nun gefunden, daß beständige, frei rieselnde, zellige Körnchen aus plastischen Kunststoffen durch ein Verfahren hergestellt werden können, bei dem ein fließendes Gel, hergestellt aus einem thermoplastischen Kunststoff, in dem ein normalerweise gasförmiges Mittel unter Druck gelöst wurde, dazu gebracht wird, aus einer Druckkammer durch eine oder mehrere verengte Durchgänge oder Ausstoßöffnungen in eine Zone von niederem Druck überzutreten, wobei das ausgestoßene, bewegliche Gel in Abschnitte oder Kügelchen zerschnitten wird, ehe eine wesentliche Expansion der Masse vor sich geht, worauf dann erst die Expansion der Kügelchen des Kunststoffgels erfolgt.
• Man kann wesentlich kuglige, iellige Körnchen thermoplastischer Kunststoffe herstellen, wenn man die Geschwindigkeit der Schneidmaschine mit der Ausstoßgeschwindigkeit des beweglichen Gels durch eine runde Öffnung derart in Übereinstimmung bringt, daß das ausgestoßene, fließende Gel in Abschnitte oder Kügelchen zerschnitten wird, ehe noch eine wesentliche Expansion stattgefunden hat, wobei die Abschnitte eine Länge haben, die dem Durchmesser der Durchtrittsöffnung gleichkommt. Anschließend läßt man die Abschnitte oder Kügelchen des harzartigen Gels frei durch die Luft oder durch ein anderes gasförmiges Medium fallen, wobei die Expansion zum Abschluß gebracht wird. Wenn das ausgestoßene, bewegliche Gel zu Längen zerschnitten wird, die wesentlich größer oder auch kleiner als der Durchmesser der Durchgangsöffnung sind, so hat das zellige Kunstharz gewöhnlich zylindrische oder eiförmige Form. Man kann eiförmige, zellige Körnchen auch dadurch erhalten, daß man das Gel durch eine nicht runde Öffnung, z. B. durch eine ovale Öffnung ausstößt und dabei den ausgestoßenen Strom während dessen Expansion zu Kügelchen schneidet.
• Die Dichte, Bruchfestigkeit und Zerreißfestigkeit der zelligen, thermoplastischen Kunststoffkügelchen hängt von dem Grade ab, bis zu dem das bewegliche, harzartige Gel durch Verdampfung des normalerweise gasförmigen Mittels beim Nachlassen des Druckes ausgedehnt wird. Im allgemeinen ist der Grad, bis zu dem das bewegliche, harzartige Gel ausgedehnt wird, von dem Anteil des normalerweise gasförmigen Mittels abhängig, das im Kunststoff gelöst ist, und auch von der Temperatur des fließenden Gels gerade vor dem Nachlassen des Druckes, d. h. dann, wenn das Gel in eine Zone von niedrigerem Druck ausgestoßen wird. So kann unter Regelung des Anteils des normalerweise gasförmigen Mittels, unter Berücksichtigung des Gewichtes des thermoplastischen Kunststoffes und der Temperatur des beweglichen, harzartigen Gels, während des Ausstoßvorgangs das bewegliche Gel durch eine Ausstoßöffnung in eine Zone niederen Druckes ausgestoßen und in Abschnitte zerschnitten werden, ehe eine erhebliche Expansion eintritt, und die Abschnitte des Gels, die sich ausgedehnt haben, bilden beständig getrennte, frei rieselnde, zellige Harzkörnchen von niederer Dichte.
• Die Produkte, die man nach der Methode der Erfindung erhält, sind nicht klebrige, frei rieselnde, zellige Körnchen einer thermoplastischen Kunststoffmasse und bestehen zum größten Teil aus Kugeln und eiförmigen Gebilden, die im Innern eine zellige Struktur aus einzelnen, dünnwandigen Zellen aufweisen, umschlossen von einer durchgehenden, äußeren Haut aus thermoplastischem Kunststoff. Die Körnchen aus dem zelligen Kunststoff sind bruchfest und lassen sich nicht zerstoßen. Das Produkt hat infolge seiner niedrigen Dichte und seiner einheitlichen Zellstruktur ausgezeichnete wärmeisolierende Eigenschaften. Es wird nicht vom Wasser durchfeuchtet und ist schwimmfähig. Es kann leicht durch kleine Öffnungen in enge und schwer zugängliche Räume eingeführt werden, z. B. in Wände von Gebäuden, Kältemaschinen oder Kühlschränken, und kann auch als Isoliermaterial zur Verhinderung einer schnellen Wärmeübertragung dienen. Es kann auch dazu gebraucht werden, Rettungsringe, Schwimmwesten oder Flöße zu füllen, bei denen ein hoher Grad von Schwimmfähigkeit erwünscht ist.
• Die Zeichnung zeigt eine Anordnung der Apparatur, die zur Ausführung der Erfindung dienen kann. Die Apparatur besteht in ihren wichtigsten Teilen aus einem Ventil mit einer mit einem Flansch versehenen Öffnung an der Zufuhrseite, so daß sie an eine Druckkammer angeschlossen werden kann; ferner besitzt sie eine durchlöcherte Ausstoßplatte an der Ausstoßseite und ein rotierendes Messer, das so angebracht ist, daß es an der durchlöcherten Ausstoßplatte entlang streift, sowie Mittel, das rotierende Messer mit bestimmter Umlaufgeschwindigkeit anzutreiben.
• In der Zeichnung stellt Fig. i die Apparatur zum Teil im Schnitt dar; Fig.2 ist eine Aufsicht des rotierenden Messers. Die Zeichnung zeigt ein Hahnventil, das dadurch abgeändert wurde, daß ein Teil der einen Seite des Ventilkörpers 3 entfernt wurde und daß eine Ausstoßplatte 4 vörgesehen wurde, die ringförmige Öffnungen oder Bohrlöcher 5 an der Aüslaßseite des Ventilkörpers enthält. Die Platte 4 ist an den Ventilkörper 3 angeschweißt und ein untrennbarer Teil desselben. Ein rotierendes Messer 6 ist am Schaft 7 eines Getriebes 8 mittels einer Schraube 9 oder durch einen Schlüssel oder gleichwertige Mittel befestigt. Das rotierende Messer kann aus einer einzelnen oder aus mehreren Klingen bestehen. Das Getriebe 8 ist an einem Winkel io mittels Bolzen oder anderer Mittel befestigt und kann an diesem verstellt werden, um das rotierende Messer so einzustellen, daß die Klingen gerade an den Öffnungen 5 in der Platte 4 vorbeistreichen. Der Winkel io ist wiederum an dem Ventilkörper 3 durch Vorkehrungen, z. B. durch Schraubbolzen, befestigt. Das Getriebe 8 arbeitet mit veränderlichen Geschwindigkeiten, so daß die Geschwindigkeit der Welle 7 geregelt werden kann. Das Getriebe kann durch geeignete Mittel, z. B. durch einen Elektromotor, der hier nicht gezeigt ist, angetrieben werden. Öffnet man den Zapfenhahn ii, so tritt das fließbare Gel durch die Öffnung 5 in der Platte 4 hindurch. Das Verfahren wird durch Schließen des Hahnes unterbrochen.
• Man kann das Verfahren der Erfindung zum Herstellen kugelförmiger, frei rieselnder, zelliger Körnchen aus festen, thermoplastischen, harzartigen, benzollöslichen Polymeren und Mischpolymeren aromatischer Monovinylverbindungen benutzen, bei denen sich die Vinylgruppe unmittelbar an einem Kohlenstoffatom des aromatischen Kerns befindet. Beispiele für solche aromatische Monovinylverbindungen sind Styrol, meta-Äthylstyrol, meta-Chlorstyrol, Methylstyrol, para-Isopropylstyrol, ortho-Chlorstyrol und a-Methylstyrol. Das Verfahren kann auch dazu benutzt werden, frei rieselnde, zellige Körnchen aus anderem normalerweise festen, thermoplastischen Kunststoffen herzustellen, z. B. aus Polymethylmethacrylat und Mischpolymeren von Vinylchlorid und Vinylacetat oder Mischpolymeren von Methylmethacrylat und Styrol.
• Die normalerweise gasförmigen Mittel, die zum Herstellen der zelligen, thermoplastischen Kunststoffkörnchen dienen sollen, müssen in den thermoplastischen Stoffen unter den Temperatur- und Druckbedingungen, die bei der Ausführung des Verfahrens angewandt werden, löslich oder zum Teil löslich sein. Derartige normalerweise, d. h. bei gewöhnlicher Temperatur gasförmige Mittel, die für das Verfahren geeignet sind, sind Methylchlorid, Methyläther, Äthyläther, Methyläthyläther, Äthylchlorid, Methylbromid, Dichlormethan und normalerweise gasförmige Olefine, wie Propylen oder Butylen. Man kann auch geknackte Öle, die gasförmige Olefine als Hauptbestandteile enthalten, benutzen.
• Das bewegliche Gel kann dadurch hergestellt werden, daß man den thermoplastischen Kunststoff, z. B. Polystyrol, vorzugsweise gemahlen oder gepulvert in ein Druckgefäß' bringt und in dieses noch ein normalerweise gasförmiges Mittel, z. B. Methylchlorid, Methyläther, Propylen oder Butylen einbringt, wobei man die Mischung unter Druck hält, bis ein homogenes fließendes Gel gebildet worden ist. Vorzugsweise sollte der Betrag an normalerweise gasförmigem Mittel, das in dem thermoplastischen Kunststoff gelöst ist, gerade ausreichend sein, die Ausdehnung des Stoffes zu bewirken und ein zelliges Produkt zu bilden, das aus einheitlichen kleinen Zellen besteht, wobei das normalerweise gasförmige Mittel nahezu völlig beim Nachlassen des Druckes verdampft. Das Harz erlangt hierbei ein Volumen, das das 25- bis 4ofache des Volumens des beweglichen Gels beträgt. Das gasförmige Mittel wird in Beträgen von io bis 25 Gewichtsprozent des thermoplastischen Kunststoffes angewandt.
• Das unter Druck befindliche fließbare Kunststoffgel wird in eine Zone niederen Druckes ausgestoßen. Hierbei sollte das Gel unmittelbar vor dem Ausstoßen eine Temperatur zwischen 6o und i2o° haben, vorzugsweise zwischen 9o und iio°. Der Ausstoß erfolgt üblicherweise beim Dampfdruck des angewandten, normalerweise gasförmigen Mittels, obgleich auch höhere Drücke angewandt werden. Ein erhöhter Druck kann durch Zugabe von Kohlendioxyd, Luft, Stickstoff od. dgl. in die Druckkammer, die das harzartige Gel enthält, erhalten werden.
• Man kann auch andere Wege einschlagen, um einen zusätzlichen Druck hervorzurufen, um hiermit das fließbare Gel durch die verengten Durchgänge hindurchzupressen; z. B. kann man eine Zahnradpumpe benutzen, um das bewegliche Gel aus einem unter Druck befindlichen Vorratsgefäß abzuziehen und es bei höherem Druck durch eine Ausstoßöffnung zu pressen, die einen oder mehrere verengte Durchgänge besitzt, derart, daß wenigstens ein Teil des normalerweise gasförmigen Mittels als Lösung im thermoplastischen Harz verbleibt, bis der Druck durch das Austreten des fließbaren Gels durch die verengten Durchgänge in eine Zone niederen Druckes aufgehoben wird.
• Veränderungen in der Zusammensetzung des thermoplastischen Kunststoffes und des gasförmigen Mittels und der Verfahrensbedingungen führen zu geringen Veränderungen der Ausstoßgeschwindigkeit. Um die Größe oder Länge der voneinander getrennten Körnchen oder Abschnitte des fließbaren Gels nach Wunsch zu regeln und insbesondere um kuglige Gebilde gleichmäßiger Größe, bei beliebiger Ausstoßgeschwindigkeit zu erhalten, wird das rotierende Messer durch leicht zu überwachende Mittel betätigt, z. B. durch einen Elektromotor, der ein eine veränderliche Geschwindigkeit zulassendes Getriebe antreibt. Die Messerklingen, die entsprechend der Zeichnung angeordnet sind, schneiden den Gelstrom unter Ausübung einer Scherwirkung ab. Die Geschwindigkeit des Messers wird von Hand so geregelt, daß es das ausgestoßene, harzartige Gel in Abschnitte oder Kügelchen einer gewünschten Größe zerschneidet, so daß man als Endprodukt bei einer bestimmten Ausstoßgeschwindigkeit, kuglige, zellige, thermoplastische Kunststoffkörnchen erhält. Das fließbare harzartige Gel, das aus der Öffnung austritt, wird gewöhnlich in Abschnitte oder Kügelchen geschnitten, die eine Länge haben, die dem o,5- bis 2-, vorzugsweise 0,75- bis r,5fachen vom Durchmesser der Ausstoßöffnung entspricht.
• Die Größe der zelligen Kunststoffkügelchen kann dadurch abgeändert werden, daß man die Größe der Öffnungen der Durchlässe oder Öffnungen in der Ausstoßplatte verändert, durch die das harzartige Gel ausgestoßen wird. Um frei rieselnde, zellige, thermoplastische Harzkügelchen von 5 bis 12 mm Durchmesser zu erhalten, wird das bewegliche Gel durch eine oder mehr runde Öffnungen von 1,5 bis zu 3 mm Durchmesser hindurchgepreßt und zu Abschnitten annähernd gleicher Länge abgeschnitten, ehe eine wesentliche Aufblähung erfolgt. Größere Öffnungen, z. B. von 12,7 bis i9 mm Durchmesser, kann man verwenden, um zellige, thermoplastische Kunststoffkugeln mit einem Durchmesser von 38 bis 76 mm herzustellen. Die Zahl der Öffnungen in der Ausstoßplatte kann auch verändert werden. Es ist vorteilhaft, bei dem Herstellen kleiner Kügelchen eine Ausstoßplatte zu benutzen, die mehr als eine Öffnung aufweist.
• Die Aufblähung der Kügelchen des fließbaren Gels wird gewöhnlich dadurch bewirkt, daß man die Abschnitte oder Kügelchen des Gels bei gewöhnlicher Temperatur oder bei einer in der Nähe liegenden Temperatur in der Luft frei fallen läßt oder aber, daß man sie durch auf eine Temperatur zwischen 40 und 8o° erhitzte Luft oder andere inerte Gase, z. B. Stickstoff oder Kohlendioxyd, fallen läßt, so daß das normalerweise gasförmige Mittel, das sich in den Kügelchen des harzartigen Gels gelöst hat, rasch verdampft und die Aufblähung zum Abschluß bringt. Die folgenden Beispiele erläutern die gewerbliche Ausführung der Erfindung. Beispiel Eine Apparatur, deren wesentliche Teile weiter oben beschrieben und in der Zeichnung dargestellt wurden, bestand aus einem eisernen Hahnventil von 13 mm, das an der Austrittsseite eine Platte enthielt, die zwei Bohrlöcher von 2 mm Durchmesser aufwies und das am Boden eines mit einem Mantel versehenen druckbeständigen Gefäßes einer Fassung von etwa 251 befestigt war. Ein bewegliches Gel wurde dadurch hergestellt, daß man ioo Gewichtsteile eines körnigen Polystyrols in das Gefäß brachte; hierzu 15 Teile Methylchlorid unter Druck zugab und die Mischung 16 Stunden lang auf eine Temperatur von g5° erhitzte. Der Hahn wurde dann geöffnet, und man ließ dann das fließbare Gel unter dem Dampfdruck des Methylchlorids durch die Bohrlöcher in die freie Atmosphäre austreten. Die Geschwindigkeit des rotierenden Messers wurde so eingestellt, daß das ausgestoßene, plastische Gel in Zylinder oder Kügelchen mit Längen, die annähernd dem Durchmesser der Bohrlöcher gleichkamen, geschnitten wurde. .Die Abschnitte des harzartigen Gels ließ man bei gewöhnlicher Temperatur frei durch die Luft fallen, wobei die Länge des Fallraumes, in dem die Aufblähung stattfand, etwa go cm betrug. Das Produkt bestand aus einheitlichen, zelligen Kügelchen eines Polystyrols, das aufgebläht worden war. Die zelligen Körper hatten einen Durchmesser von annähernd 6 mm. Sie stellten frei rieselnde, zellige Körper dar, die im Innern aus einer Anzahl einzelner Zellen bestanden und außen von einer durchgehenden Schicht der harzartigen Masse überzogen waren.
• Schmiermittel oder Mittel, die ein Loslösen aus der Form bewirken, wie Stearinsäure, Soyaöl, Maisöl, Fett oder Butylstearat kann man gleich zu Anfang der Mischung des thermoplastischen Kunststoffes mit dem gasförmigen Mittel in Beträgen von o,2 bis 2 Gewichtsprozent berechnet auf den thermoplastischen Kunststoff zugeben, um das Ausstoßen des fließbaren Gels und die Zerteilung desselben zu Kügelchen oder Segmenten zu unterstützen.
• Vor der Ausstoßung des Gels können feste Substanzen, z. B. feinverteilter Kohlenstoff, Aluminiumpulver, Titandioxyd, Fullererde, gepulvertes Calcium-Silicat oder Ton der harzartigen Mischung als Füllmittel, Bindemittel oder Pigment in einem Gesamtbetrage, der o,2 bis 5 Gewichtsprozent des angewandten Kunststoffes entspricht, zugefügt werden.
• Andere Bestandteile, z. B. Bariumstearat, Calciumstearat, Bleistearat oder Zinkstearat, die die Wirkung haben, die Ausdehnung des Gels bei Druckentlastung zu verzögern, können vorteilhaft der Mischung des thermoplastischen Kunststoffes und des gasförmigen Mittels in Beträgen, die 0,4 bis i Gewichtsprozent der Harzkomponente ausmachen, zusammen mit einem Schmiermittel und einem Pigment zugefügt werden.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Herstellen zelliger, voneinander getrennter Kügelchen eines thermoplastischen Kunststoffes, bei dem eine fließbare Gelmasse, die aus einem thermoplastischen Kunststoff, wie z. B. Polystyrol, besteht, in dem ein bei normaler Temperatur und normalem Druck gasförmiges Mittel unter Druck gelöst ist, durch einen verengten Durchgang in eine Zone von niederem Druck ausgestoßen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man das ausgestoßene, .plastische Gel in Abschnitte zerschneidet, ehe eine erhebliche oder völlige Aufblähung eingetreten ist, worauf man die getrennten Stücke durch vorzugsweise auf 40 bis 8o° erwärmte Luft frei fallen läßt, wobei die Aufblähung vollendet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die fließbare Gehnasse, bestehend aus einer innigen Mischung des thermoplastischen Kunststoffes mit dem normalerweise gasförmigen Mittel, wie z. B. Methylchlorid, das in ihm zu =o bis 25 Gewichtsprozent gelöst ist und aus 0,04 bis 10/" bezogen auf das Gewicht des Kunststoffes, eines Ausdehnungsverzögerers, ausgewählt aus der Gruppe, die Bariumstearat, Calciumstearat, Bleistearat und Zinkstearat enthält, unter Druck durch den verengten Durchgang bei Temperaturen von go bis iio° in die freie Atmosphäre ausgestoßen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem fließbaren Gel o,2 bis 2 Gewichtsprozent eines Schmiermittels und o,2 bis 5 °/o Pigment hinzugefügt werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das fließbare Gel durch eine Lochplatte mit Durchlässen von 1,5 bis 3 mm Durchmesser in die Atmosphäre ausgestoßen wird, wobei das fließbare Gel, das aus den Durchlässen ausfließt, in Abschnitte abgeteilt wird, die eine Länge entsprechend dem 0,5- bis 2fachen des Durchmessers der Durchlässe haben.