EP0011215B1 - Als Packmaterial dienende geschäumte Kunststoffteilchen - Google Patents

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EP0011215B1
EP0011215B1 EP79104322A EP79104322A EP0011215B1 EP 0011215 B1 EP0011215 B1 EP 0011215B1 EP 79104322 A EP79104322 A EP 79104322A EP 79104322 A EP79104322 A EP 79104322A EP 0011215 B1 EP0011215 B1 EP 0011215B1
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EP
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particles
particle
height
foamed
packing material
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EP79104322A
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Herbert Borchert
Walter Dr. Albert
Günter Kohaut
Ulrich Schulte
Bruno Rapp
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Shell Internationale Research Maatschappij BV
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Hoechst AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D81/00—Containers, packaging elements, or packages, for contents presenting particular transport or storage problems, or adapted to be used for non-packaging purposes after removal of contents
    • B65D81/02—Containers, packaging elements, or packages, for contents presenting particular transport or storage problems, or adapted to be used for non-packaging purposes after removal of contents specially adapted to protect contents from mechanical damage
    • B65D81/05—Containers, packaging elements, or packages, for contents presenting particular transport or storage problems, or adapted to be used for non-packaging purposes after removal of contents specially adapted to protect contents from mechanical damage maintaining contents at spaced relation from package walls, or from other contents
    • B65D81/09—Containers, packaging elements, or packages, for contents presenting particular transport or storage problems, or adapted to be used for non-packaging purposes after removal of contents specially adapted to protect contents from mechanical damage maintaining contents at spaced relation from package walls, or from other contents using flowable discrete elements of shock-absorbing material, e.g. pellets or popcorn
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S206/00—Special receptacle or package
    • Y10S206/814—Space filler
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2982—Particulate matter [e.g., sphere, flake, etc.]

Definitions

  • the invention relates to foamed plastic particles serving as packaging material in a star shape with three legs lying in one plane.
  • Packing or filling materials made of loose foamed plastic particles are known and are used in large quantities. Decisive for this are their freedom from dust, their resistance to moisture and mold, the abrasion resistance and their inert behavior towards the packaged goods as well as their low weight.
  • plastic particles are usually made available as compact, blowing agent-containing, non-foamed granules and are only foamed to the final shape by known methods in the packaging plant.
  • the effect of the foamed plastic particles as packaging material is based on the fact that after the packaging goods are embedded, they interlock or interlock and thus form a kind of "resilient envelope" around the goods. This mutual interlocking is particularly important in order to prevent the packaged article from "wandering" through the packaging particles as a result of the vibrations in the transporter.
  • the particles forming the packaging material In contrast to the ability to interlock with other particles, there is a requirement that the particles forming the packaging material also have good flow properties.
  • the light, foamed plastic particles are usually brought into storage containers in free fall from storage silos. To do this, the particles must be able to flow freely, since otherwise the particles will become “bridged” in the storage bunker, causing the particles to flow out evenly and thus the quantity of the particles to be disturbed or prevented. In the case of fully automatic packaging systems in particular, this leads to sensitive faults. Attempts have been made to meet these contradicting requirements for the packaging material by means of a specific shape of the foamed plastic particles, that is to say, with good interlocking or interlocking of the particles in the packaging container, at the same time to achieve good flowability when removed from the storage container.
  • the object of the invention is to provide foamable plastic particles which, after foaming, result in a packaging material which has good flowability and at the same time has good toothing properties.
  • star-shaped particles of very specific ratios of height to thickness and width meet the requirement for flowability and toothing ability particularly well, namely if they have a ratio of the particle thickness (D) to the particle height (H) of 1: 2.75 to 1: 3.3 and a ratio of leg width (B) to particle height (H) of 1: 2.2 to 1: 2.5, the height (H) being 10 to 60 mm, preferably 20 to 50 mm .
  • the particles should be made of polystyrene and mixed with an incombustible blowing agent, e.g. As trichlorofluoromethane, or substances that contain non-flammable gases, e.g. B. carbon dioxide, as a blowing agent, be foamed.
  • an incombustible blowing agent e.g. As trichlorofluoromethane, or substances that contain non-flammable gases, e.g. B. carbon dioxide, as a blowing agent, be foamed.
  • the fully visible surface corresponds to the position of the cut surface of the non-foamed particle and is perpendicular to the strand withdrawal direction R.
  • the length of the particle in the strand withdrawal direction is referred to as thickness D.
  • the distance from the surface to the highest point of the particle indicates its height H.
  • Two of the three legs of the particle have a line (kink line) 1, 2 or 3 in common. The distance between these lines is called the width B of the legs.
  • thermoplastics for the particles according to the invention are the thermoplastics usually used for foamed packaging material particles, preferably polystyrene.
  • the plastic is first melted in an extruder, metering in a suitable blowing agent, preferably an incombustible, e.g. B. trichlorofluoromethane or octafluorocyclobutane, under pressure in the plastic melt and squeezing the blowing agent-containing melt through a corresponding mold opening and granulating a compact, blowing agent-containing, not foamed granules.
  • a suitable blowing agent preferably an incombustible, e.g. B. trichlorofluoromethane or octafluorocyclobutane
  • the strands emerging from the extrusion press are cooled rapidly, expediently by a water bath.
  • the cooled strands are then cut perpendicularly to the direction of take-off into particles of such a thickness that, after foaming, the ratio of D to H given above is satisfied.
  • the expandable particles formed in the manner described above can be heated to above their softening point, e.g. B. by steam to be foamed to the packaging material. This foaming is usually carried out only at the consumer.
  • the plastic can also be a chemical blowing agent before the extrusion. As water vapor, carbonic acid or nitrogen, is split off, mixed in.
  • an incombustible propellant has the advantage that the incombustible gas escaping upon contact with an ignition source acts as a protective gas.
  • Table 1 below shows the superiority of the particles according to the invention in the flow and packing behavior compared to particles of other dimensional ratios.
  • a container with vertical wall surfaces and a square base with an edge length of 0.5 m was filled with packaging particles that had a bulk volume of 80 liters.
  • the bottom surface of the container was inclined to the center at 45 degrees and had a square opening there with an edge length of 0.15 m.
  • the time it took for the packaging material to flow out of this container was taken as a measure of the flowability.
  • a container with vertical wall surfaces and a square base with an edge length of 0.5 m was filled with packing material particles up to a height of 0.3 m.
  • the material was then pre-compacted by shaking for one second.
  • a steel cylinder with a diameter of 32 mm, a length of 100 mm and a weight of 0.64 kg was then placed in the middle of the container as a test specimen so that its longitudinal axis was horizontal. The time it took for the steel cylinder to lie on the bottom of the container after the vibrating table was switched on was determined. Five tests were carried out in each of the trickle and pack tests. The values obtained in this way are listed in Table 1, in which the “packing group 1” relates to particles according to the invention. The values for particles of other dimensional ratios are given under the designation »packing group « 2, 3 and 4.
  • the table shows that the particles according to the invention are superior to particles of other dimensions in the combination of flowability and packing behavior.

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Description

  • Die Erfindung betrifft als Packmaterial dienende geschäumte Kunststoffteilchen in Sternform mit drei in einer Ebene liegenden Schenkeln.
  • Pack- oder Füllmaterialien aus losen aufgeschäumten Kunststoffteilchen sind bekannt und werden in großen Mengen eingesetzt. Maßgebend dafür sich 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, treibmittelhaltige, nichtaufgeschäumte Granulate zur Verfügung gestellt und erst im Verpackungsbetrieb nach bekannten Verfahren zur endgültigen Form aufgeschäumt.
  • Die Wirkung der geschäumten Kunststoffteilchen als Packmaterial beruht darauf, daß sie nach dem Einbetten des Verpackungsgutes sich gegenseitig verhaken oder verzahnen und dadurch eine Art »federnde Hülle« um das Gut bilden. Diese gegenseitige Verzahnung ist besonders wichtig, um das »Wandern« des verpackten Gegenstandes durch die Packmittelteilchen infolge der Transporterschütterungen zu verhindern.
  • Im Gegensatz zu der Fähigkeit, sich mit anderen Teilchen zu verzahnen, steht die Forderung, daß die das Packmittel bildenden Teilchen zugleich eine gute Rieselfähigkeit aufweisen. Die leichten, geschäumten Kunststoffteilchen werden üblicherweise aus Vorratsilos in freiem Fall in die jeweilige 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. Man hat versucht, durch bestimmte Formgebung der geschäumten Kunststoffteilchen diese sich widersprechenden Anforderungen an das Packmaterial zu erfüllen, also bei guter Verhakung oder Verzahnung der Teilchen im Verpackungsbehältnis zugleich eine gute Rieselfähigkeit bei der Entnahme aus dem Vorratsbehälter zu erreichen.
  • Als Beispiele für die Form der Teilchen seien genannt:
  • S-Form, Y-Form, gewellte längliche oder runde Blättchen, Ringe, aufgeschlitzte Ringe, 8förmige Hohlkörper, spiralige Körper, Teilchen in der Form von Kartoffel-Chips, Halbkugeln, sattelförmige Teilchen, hantelförmige Teilchen, und Flocken.
  • Die meisten der vorstehend genannten Teilchenformen ergeben entweder eine gute Rieselfähigkeit mit mäßiger Verhakungseigenschaft oder eine sehr gute Verhakungseigenschaft bei geringer Rieselfähigkeit.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, aufschäumbare Kunststoffteilchen anzugeben, die nach dem Aufschäumen ein Packmaterial ergeben, das eine gute Rieselfähigkeit und zugleich eine gute Verzahnungseigenschaft aufweist.
  • Es wurde gefunden, daß überraschenderweise sternförmige Teilchen ganz bestimmter Verhältnisse von Höhe zu Dicke und Breite die Forderung nach Rieselfähigkeit und Verzahnungsfähigkeit besonders gut erfüllen, und zwar wenn sie ein Verhältnis der Teilchendicke (D) zur Teilchenhöhe (H) von 1 : 2,75 bis 1 : 3,3 und ein Verhältnis von Schenkelbreite (B) zur Teilchenhöhe (H) von 1 : 2,2 bis 1 : 2,5 aufweisen, wobei die Höhe (H) 10 bis 60 mm, vorzugsweise 20 bis 50 mm, beträgt.
  • Um das Brandrisiko beim Lagern und Aufschäumen der Teilchen möglichst gering zu halten, sollten die Teilchen aus Polystyrol bestehen und mit einem unbrennbaren Treibmittel, z. B. Trichlorfluormethan, oder Stoffen, die unbrennbare Gase, z. B. Kohlendioxyd, als Treibmittel abspalten, aufgeschäumt sein.
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese stellt ein aufgeschäumtes Teilchen dar. Die voll sichtbare Fläche stimmt mit der Lage der Schnittfläche des nicht aufgeschäumten Teilchens überein und liegt senkrecht zur Strangabzugrichtung R. Die Länge des Teilchens in Strangabzugrichtung wird als Dicke D bezeichnet.
  • Stellt man das Teil in der so dargestellten Lage auf eine ebene Fläche, so gibt der Abstand von der Fläche bis zum höchsten Punkt des Teilchens seine Höhe H an. Jeweils zwei der drei Schenkel des Teilchens haben eine Linie (Knicklinie) 1 bzw. 2 bzw. 3 gemeinsam. Der Abstand dieser Linien voneinander wird als Breite B der Schenkel bezeichnet.
  • Liegen die Verhältnisse von Teilchendicke bzw. Schenkelbreite zur Teilchenhöhe außerhalb der beanspruchten Bereiche, so ist, wie die Vergleichsbeispiele zeigen, nur eine der geforderten Eigenschaften, Fließverhalten oder Packwirkung, gut, während die andere unbefriedigend ist. So zeigen dünne, hohe Teilchen oder Teilchen mit schmalen, langen Schenkeln zwar eine sehr gute Packwirkung, sie rieseln aber so schlecht, daß sie nicht ohne Stockungen eingefüllt werden können. Andererseits rieseln Teilchen, bei denen Höhe und Dicke annähernd gleich sind oder bei denen die Schenkelbreite so groß ist, daß sich die Teilchen der Dreiecksform nähern, zwar ausgezeichnet, die Packwirkung ist aber unzureichend, da das Packgut durch sein Gewicht nach unten wandert.
  • Als Kunststoffe für die erfindungsgemäßen Teilchen eignen sich die üblicherweise für geschäumte Packmaterialteilchen verwendeten Thermoplaste, vorzugsweise wird Polystyrol eingesetzt.
  • Zur Herstellung des Verpackungsmaterials wird zunächst durch Aufschmelzen des Kunststoffes in einer Strangpresse, Eindosieren eines geeigneten Treibmittels, vorzugsweise eines unbrennbaren, z. B. Trichlorfluormethan oder Octafluorcyclobutan, unter Druck in die Kunststoffschmelze und Auspressen dertreibmittelhaltigen Schmelze durch eine entsprechende Formöffnung und Granulieren ein kompaktes, treibmittelhaltiges, nicht aufgeschäumtes Granulat hergestellt. Um ein Aufschäumen bei der Extrusion zu verhindern, werden die aus der Strangpresse austretenden Stränge rasch, zweckmäßigerweise durch ein Wasserbad, abgekühlt. Anschließend werden die gekühlten Stränge senkrecht zur Abzugsrichtung in Teilchen einer solchen Dicke geschnitten, daß nach dem Aufschäumen bei den Teilchen das obenangegebene Verhältnis von D zu H erfüllt ist.
  • Die auf die vorstehend beschriebene Weise entstandenen expandierbaren Teilchen können durch Erwärmen über ihren Erweichungspunkt, z. B. durch Wasserdampf, zu dem Packmaterial 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, z. B. Wasserdampf, Kohlensäure oder Stickstoff, abspaltet, eingemischt werden.
  • Die Verwendung eines unbrennbaren Treibmittels hat den Vorteil, daß das bei Berührung mit einer Zündquelle austretende unbrennbare Gas als Schutzgas wirkt. Es kann auch bei der Lagerung kein explosives Gas-Luft-Gemisch entstehen, wie es z. B. bei Verwendung von Pentan als Treibmittel der Fall ist, und selbst bei eventueller Brandbelastung der geschäumten Teilchen kann ein in den Zellen verbleibender Restanteil des Treibmittels eine gewisse Schutzgaswirkung entfalten.
    • Beispiel
  • In der folgenden Tabelle 1 wird die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Teilchen im Riesel- und Packverhalten gegenüber Teilchen anderer Abmessungsverhältnisse dargestellt.
  • Vier Gruppen von sternförmigen Packmaterialteilchen aus geschäumtem Polystyrol mit unterschiedlichen Abmessungen wurden hergestellt und geprüft. Die Abmessungen wurden an jeweils zehn Teilchen einer Gruppe gemessen und der Mittelwert aus diesen Messungen angegeben.
  • Zur Bestimmung der Rieselfähigkeit wurde folgende Prüfung durchgeführt:
  • Ein Behälter mit senkrechten Wandflächen und einer quadratischen Grundfläche von 0,5 m Kantenlänge wurde mit Packmittelteilchen gefüllt, die ein Schüttvolumen von 80 Litern einnahmen. Die Bodenfläche des Behälters war zur Mitte unter 45 Grad geneigt und wies dort eine quadratische Öffnung von 0,15 m Kantenlänge auf. Die Zeit, die das Packmaterial zum Ausfließen aus diesem Behälter benötigte, wurde als Maß für die Rieselfähigkeit genommen.
  • Das Packverhalten wurde auf einem Rütteltisch ermittelt. Zum Einsatz kam ein Rütteltisch mit folgenden technischen Daten:
    • Frequenz: 50 Hz,
    • Amplituden: 40 bzw. 50 mm horizontal, 50 mm vertikal,
    • Horizontale Beschleunigung: 15 g (147,15 M/S 2) bzw. 9,5 g (93,195 m/s2),
    • Vertikale Beschleunigung: 16 g (156,96 M/S 2).
  • Ein Behälter mit senkrechten Wandflächen und einer quadratischen Grundfläche von 0,5 m Kantenlänge wurde bis zur Höhe von 0,3 m mit Packmaterialteilchen gefüllt. Das Material wurde dann eine Sekunde durch Rütteln vorverdichtet. Anschließend wurde als Probekörper ein Stahlzylinder mit 32 mm Durchmesser, 100 mm Länge und 0,64 kg Gewicht in der Mitte des Behälters so aufgelegt, daß seine Längsachse horizontal lag. Es wurde die Zeit bestimmt, die der Stahlzylinder nach Einschalten des Rütteltisches benötigte, um auf dem Boden des Behälters aufzuliegen. Bei der Riesel- und Packprüfung wurden jeweils fünf Versuche durchgeführt. Die so erhaltenen Werte sind in der Tabelle 1 aufgeführt, in der die »Packkörpergruppe 1« Teilchen nach der Erfindung betrifft. Unter der Bezeichnung »Packkörpergruppe« 2, 3 und 4 sind die Werte für Teilchen anderer Abmessungsverhältnisse angegeben.
  • Aus der Tabelle geht hervor, daß die erfindungsgemäßen Teilchen gegenüber Teilchen anderer Abmessungen in der Kombination von Rieselfähigkeit und Packverhalten überlegen sind.
    Figure imgb0001
    Figure imgb0002

Claims (3)

1. Als Packmaterial dienende geschäumte Kunststoffteilchen in Sternform mit drei in einer Ebene liegenden Schenkeln, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Verhältnis der Teilchendicke (D) zur Teilchenhöhe (H) von 1 : 2,75 bis 1 : 3,3 und ein Verhältnis der Schenkelbreite (B) zur Teilchenhöhe (H) von 1 : 2,2 bis 1 : 2,5 aufweisen, wobei die Höhe (H) 10 bis 60 mm beträgt.
2. Geschäumte Kunststoffteilchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (H) der Teilchen im Bereich von 20 bis 50 mm liegt.
3. Geschäumte Kunststoffteilchen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus Polystyrol bestehen und mit einem unbrennbaren Treibmittel aufgeschäumt wurden.
EP79104322A 1978-11-08 1979-11-06 Als Packmaterial dienende geschäumte Kunststoffteilchen Expired EP0011215B1 (de)

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DE2848338 1978-11-08
DE19782848338 DE2848338A1 (de) 1978-11-08 1978-11-08 Freifliessendes packmaterial aus aufgeschaeumtem kunststoff

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EP0011215A1 EP0011215A1 (de) 1980-05-28
EP0011215B1 true EP0011215B1 (de) 1984-02-01

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EP (1) EP0011215B1 (de)
JP (1) JPS5571278A (de)
AT (1) ATE6048T1 (de)
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ES (1) ES485663A1 (de)

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