EP2906407A1

EP2906407A1 - Verfahren zur herstellung eines schaumstoffkörpers und schaumstoff-handextruder

Info

Publication number: EP2906407A1
Application number: EP13771128.9A
Authority: EP
Inventors: Herbert Ackermann; Jeannette Clifford; Frank Hoefflin
Original assignee: Sika Technology AG
Current assignee: Sika Technology AG
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2015-08-19
Also published as: KR20150070173A; BR112015008208A2; US20150274919A1; CN104736318A; WO2014060205A1; CN104736318B; JP2015532225A

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Schaumstoffkörpers wobei ein expandierbares Ausgangsmaterial des Schaumstoffs als Granulat (11) einem Handextruder (10) zugeführt, in diesem unter Druck und durch Erwärmung aktiviert oder aufgeschmolzen und beim manuell gesteuerten Austrag aus diesem zum Schaumstoffkörper expandiert wird.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES SCHAUMSTOFFKÖRPERS UND

SCHAUMSTOFF-HANDEXTRUDER

Beschreibung

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schaumstoffkörpers, einen Schaumstoff-Handextruder zur Durchführung dieses Verfahrens sowie die Verwendung eines Handextruders zur Herstellung von Schaumstoff.

Stand der Technik

In den verschiedensten Gebieten der Technik ist seit langem die Dämmung - sowohl Wärmedämmung als auch akustische Dämmung - von Spalten,

Hohlräumen oder Hohlkörpern mit Schaumstoffen bekannt. Grundsätzlich kann man den Schaumstoff dabei, in Abhängigkeit von der geometrischen

Konfiguration des zu dämmenden Bereiches sowie den

Verarbeitungseigenschaften des eingesetzten Materials, als separat vorgefertigtes Teil in den Hohlraum oder Hohlkörper einsetzen oder in einem nicht-expandierten Ausgangszustand am Applikationsort einbringen und dort zur Expansion bringen, insbesondere aufschäumen. Für eine ganze Reihe praktisch bedeutsamer Anwendungen ist die Vor-Ort-Erzeugung eines dämmenden Schaumstoffkörpers (insbesondere eines langgestreckten

Profil körpers) direkt am Einsatzort wünschenswert.

Kompakte handgehaltene Extrusionsvorrichtungen (nachfolgend bezeichnet als„Handextruder") zum Kunststoffschweissen bzw. Applizieren von

Schmelzklebstoffen sind bekannt und marktgängig, und es ist auch bekannt, entsprechende Geräte koordinatengesteuert an einem Roboterarm zu führen; vgl. etwa US 5,358,397 oder DE 10 2009 015 253 A1 . Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein insbesondere aus dem Blickwinkel des Anwenders flexibles Verfahren zur Herstellung eines

Schaumstoffkörpers bereitzustellen. Des Weiteren soll eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitgestellt werden.

Diese Aufgabe wird in ihrem Verfahrensaspekt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Verwendung eines Handextruders mit den Merkmalen des Anspruchs 16, sowie in ihrem Vorrichtungsaspekt durch einen Handextruder mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.

Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung schließt den Gedanken ein, eine Aktivierung oder ein

Aufschmelzen des Ausgangsmaterials des Dämmstoffs in einer zum

Applizieren desselben benutzten handgehaltenen Vorrichtung vorzunehmen und zum anderen diese Vorrichtung derart zu gestalten, dass das aktivierte Ausgangsmaterial unmittelbar an deren Ausgang in die gewünschte Raumform expandiert wird. Der hierzu erforderliche Energieeintrag in das Material erfolgt durch eine Druckerhöhung gegenüber Atmosphärendruck und/oder eine Erwärmung über Umgebungstemperatur, wobei die konkreten Parameter in Abhängigkeit vom jeweiligen chemischen oder physikalischen Treibmittel gewählt werden. Materialabhängig kann der Energieeintrag primär auf thermischem oder primär auf mechanischem Wege oder in einer Kombination beider erfolgen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dem Handextruder festes Ausgangsmaterial in Granulatform zugeführt wird. Festes, granuläres Ausgangsmaterial lässt sich leicht und kostengünstig konfektionieren, lagern und restarm verarbeiten und bietet somit erhebliche Vorteile gegenüber flüssigen oder pastösen Formulierungen. Der Einsatz eines Handgerätes ermöglicht vielfältige Anwendungen, u. a. im Bereich des Hoch- und Tiefbaus und Straßenbaus sowie im Fahrzeug-, Flugzeug- und Schiffbau und speziell auch bei vielgestaltigen Reparatur- und Sanierungsarbeiten. Der gebildete Schaumstoffkörper kann zum Füllen von Löchern, Einbuchtungen, Spalten, Öffnungen oder Rissen dienen, und das Material kann derart formuliert sein, dass es sich zum Abdichten, Dämpfen, strukturellen Verstärken und/oder Kleben eignet. Von besonderem Vorteil ist, dass aufgrund des bereits im Handgerät stattfindenden Energieeintrags in der Regel ein nachfolgender thermischer Prozess verzichtbar ist.

Als weitere Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens wird auf folgende hingewiesen:

Es wird erreicht, das Material in gewünschter Raumform (als

Schaumstoffkörper) lokal, z. B. auf einer Baustelle oder in einem Werk, und flexibel aufgetragen werden kann, ohne dafür vorgefertigte Formen, teure Maschinen oder gefährliche Flüssigkeiten verwenden zu müssen. Es lassen sich somit auch kleine Stückzahlen wirtschaftlich fertigen und viele

verschiedene Einsatzorte kostengünstig versorgen. Es lassen sich leicht Abdichtungen, Dämmungen, strukturelle Verstärkungen etc. mit

unterschiedlichen Materialzusammensetzungen und geometrischen

Konfigurationen mit ein und demselben Gerät, also mit minimalen apparativen Vorraussetzungen, realisieren. Es wird erreicht, dass Reaktanten in separaten Pellets mit langer Lagerzeit gelagert werden können und bei Bedarf direkt im Extruder gemischt und zur Reaktion gebracht werden können. Somit können Granulate individuell für Kunden und deren Anforderungen auch in kleineren Mengen in einem

Baukastensystem zusammengemischt werden, um kundenspezifische

Produkteigenschaften zu erzielen. Es wird erreicht, dass vor Ort und sofort (d. h. ohne längere Vorrüst- oder Montagezeiten) gedämmt, abgedichtet und/oder eine strukturelle Befestigung hergestellt werden kann. Der erfindungsgemäß gebildete Schaumstoffkörper besitzt bereits sogenannte „Grünfestigkeit", also eine für nachfolgende Verfahrensschritte des Dämm-, Dicht- oder Verstärkungsverfahrens ausreichende mechanische

Eigenschaften, ohne Wartezeiten einhalten oder thermischen

Nachbehandlungsschritt ausführen zu müssen.

Sowohl beim Lieferanten der Ausgangsmaterialien als auch beim Anwender wird die Logistik vereinfacht, weil nur noch schüttfähige Materialien

(Granulate), nicht aber vielfältig vorgeformte Zwischenprodukte gelagert werden müssen. Die Möglichkeit, gewünschte Materialmischungen

bausteinartig zusammenzusetzen und somit auch in kleinen Mengen bereitzustellen, bietet dem Lieferanten zusätzliche Flexibilität und erschließt ihm neue Marktsegmente.

In einer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Handextruder zur Herstellung von Schaumstoffen mit mindestens einer Förderschnecke eingesetzt wird und der Handextruder derart konfiguriert ist sowie die mechanischen Eigenschaften des Ausgangsmaterials derart vorbestimmt sind, dass hohe Drücke und/oder Scherkräfte auftreten, die zu einer thermischen Aktivierung des Ausgangsmaterial mindestens beitragen. Allgemein geprochen werden nach einem bevorzugen Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens hohe Drücke und/oder hohe Scherkräfte auf das expandierende

Ausgangsmaterial ausgeübt, um eine optimierte thermische Aktivierung des Ausgangsmaterials herbeizuführen oder diese zumindest zu begünstigen. Bei dieser Ausgestaltung kann man (nach anfänglichem Vorheizen) u. U. ohne zusätzliches Heizen auskommen und besonders energiesparend arbeiten. In einer anderen Ausgestaltung wird ein Handextruder mit einer Heizeinrichtung eingesetzt und die Heizeinrichtung derart betrieben, dass sie zu einer thermischen Aktivierung des Ausgangsmaterials mindestens beiträgt. Auch eine Kombination beider Wege zur Aktivierung des Ausgangsmaterials ist möglich.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird der Expansionsvorgang des Ausgangsmaterials beim Austrag aus dem Handextruder durch eine spezielle Düsengeometrie, insbesondere in einem ausgangsseitig angefügten Zusatzteil, gesteuert. Applikations-angepasste und auf den speziellen Dämmstoff (bzw. dessen Ausgangsmaterials) zugeschnittene Düsengeometrien ermöglichen eine präzise Steuerung des Expansionsvorganges, und die Realisierung in einem Zusatzteil zur eigentlichen Spritzvorrichtung erlaubt die Vorhaltung verschiedener angepasster Düsengeometrien und die schnelle und

kostengünstige Änderung bei Produktionsumstellungen, sei es durch Einsatz eines anderen Dämmstoffes oder anderer Profilgeometrien etc. In einer speziellen Ausgestaltung wird durch die Düsengeometrie zunächst eine graduelle Querschnittsverringerung mit kleinem Gradienten über eine große Länge, dann (optional) ein Konstanthalten des Querschnitts über eine kleine Länge und dann eine graduelle Querschnittsverringerung mit großem Gradienten über eine kleine Länge realisiert. Diese Abschnitts-Unterteilung der Düse ist eine aus aktueller Sicht vorteilhafte Realisierung, es ist aber darauf hinzuweisen, dass nicht notwendigerweise alle genannten Abschnitte mit den jeweils zugeordneten geometrischen Charakteristika vorliegen müssen.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist das Durchlaufen mehrerer Temperaturzonen durch das Ausgangsmaterial vorgesehen, speziell einer ersten Zone relativ niedriger Temperatur, um ein Verkleben und/oder eine vorzeitige Expansion zu verhindern, und dann das Durchlaufen einer zweiten Zone höherer Temperatur zur Aktivierung bzw. zum Aufschmelzen des

Materials. Der Düsenabschnitt schließlich ist wieder eher kühl oder die

Temperatur bleibt konstant. In einer weiteren Ausführung, die mit der vorgenannten kombiniert, aber auch unabhängig von einem bestimmten Temperaturprofil realisiert sein kann, ist eine sensorische Temperaturüberwachung des Materials im Handextruder, verbunden mit automatischer Nachregelung oder manueller Nachführung, vorgesehen.

In einer weiteren Ausführung ist eine Drucküberwachung im Ausgangs- oder ausgangsnahen Bereich des Handextruders, also kurz vor dem

Materialaustrag aus dem Gerät, vorgesehen. Für viele

Materialzusammensetzungen ist ein hoher Druck für ein gutes Aufschäumen wichtig, und die Drucküberwachung ermöglicht eine frühzeitige Beurteilung der zu erwartenden Qualität des gebildeten Schaumstoffkörpers und in Verbindung mit einer manuellen Nachführung oder automatischen Regelung von

Prozessparametern auch eine frühzeitige Einflussnahme auf die Qualität.

Vorrichtungsaspekte der Erfindung ergeben sich weitgehend unmittelbar aus den obern erläuterten Verfahrensaspekten und werden insoweit hier nicht nochmals ausführlich erläutert. Es wird jedoch auf folgendes hingewiesen:

Der vorgeschlagene Handextruder ist in einer vorteilhaften Ausführung mit einer ausgangsseitigen Düsenanordnung, die zur Expansion eines voraktivierten Ausgangsmaterials mit hohem Volumenausdehnungsgradienten geeignet ist, ausgebildet. Obgleich grundsätzlich die Expansion des voraktivierten Ausgangsmaterials jenseits des Ausgangs des Extruders

geschehen kann - begrenzt etwa durch die Wandungen eines Hohlkörpers oder Hohlraums, in den das Material expandiert -, ist aus aktueller Sicht das Vorsehen von Mitteln zu einer mindestens die Anfangsphase betreffenden Steuerung des Expansionsschrittes innerhalb des Extruders bzw. (wie oben bereits erwähnt) in einem Zusatzteil zu diesem (Formwerkzeug) als sinnvoll anzusehen.

Nach obigem umfasst eine Ausführungsform des Handextruders verschiedene über den Transportweg des Ausgangsmaterials (Granulats) angeordnete

Mittel, die zur Realisierung eines vorbestimmten Temperaturprofils ausgebildet sind. Eine zweckmäßige Temperaturzonen-Anordnung kann insbesondere eine Heiz- oder Kühleinrichtung zur Ausbildung einer ersten Zone niedrigerer Temperatur nahe dem Einzugsbereich, eine Heizeinrichtung zur Ausbildung einer zweiten Zone mit höherer Temperatur stromabwärts der ersten Zone und ggfs. Mittel zur Ausbildung einer dritten Zone wiederum niedrigerer Temperatur stromabwärts der zweiten Zone umfassen.

In weiteren Ausführungen des Handextruders ist mindestens ein

Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Materials im

Handextruder und/oder ein Drucksensor zur Erfassung des Drucks an einer geeigneten, ausgangsnahen Stelle des Material-Flussweges vorgesehen. In Ausgestaltungen dieser Ausführungen ist der jeweiligen Sensorik eine manuelle Einsteileinrichtung oder eine automatische Regeleinrichtung zum Nachführen der Verarbeitungstemperatur - ggf. zur Realisierung eines vorbestimmtes Temperaturprofils längs des Material-Flussweges - und optional weiterer Prozessparameter (wie der Schneckendrehzahl) zugeordnet.

Ausgangsseitig des Handextruders kann zur geeigneten Verteilung und/oder Formung des erzeugten Schaumstoffkörpers ein geeignet geformtes

Formwerkzeug vorgesehen sein. Die Erfindung schließt die vorteilhafte Verwendung eines Handextruders zur Herstellung von Schaumstoffen gemäß der Erfindung ein. Ein entsprechender Handextruder weist mindestens eine Förderschnecke auf, deren

Schneckengeometrie in Abstimmung auf den Schneckenzylinder zur

Erzeugung hoher Scherkräfte in einem gefördertem Ausgangsmaterial eines Schaumstoffes konfiguriert ist, und/oder eine Heizeinrichtung zur Erwärmung des Ausgangsmaterials aufweist. Mit anderen Worten kann die

Förderschnecke insbesondere hinsichtlich der Anzahl und der Steigung ihrer Windungen und/oder hinsichtlich ihres Durchmessers variieren und in optimaler weise an eine geeignete Länge und einen geeigneten Durchmesser des Schneckenzylinders angepasst werden. Die Heizeinrichtung kann im Übrigen elektrisch oder induktiv ausgebildet sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und -aspekten, teilweise anhand der Figuren. Von diesen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung

einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, in Art einer Längsschnittdarstellung durch einen Schaumstoff-Handextruder,

Fig. 2A und 2B eine Querschnittsdarstellung bzw. Draufsicht auf ein

Zusatzteil eines Extruders gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung und Fig. 3A und 3B eine Längsschnittdarstellung bzw. perspektivische

Ansicht eines Zusatzteils eines Extruders gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 ist eine schematische, teilweise als Längsschnitt ausgeführte Darstellung eines Handextruders zur Erzeugung eines Schaumstoffkörpers, etwa eines langgestreckten Schaumstoffstranges, der insbesondere zu Zwecken der thermischen und/oder akustischen Dämmung eingesetzt werden kann. Die Figur ist lediglich zur Verdeutlichung wichtiger Funktionen eines solchen

Gerätes bestimmt und soll keine praktisch realisierbare Konstruktion darstellen.

Schäumbares Material 1 1 in Form von Granulat wird in einen Trichter 12 des Handextruders 10 gefüllt und gelangt dann über diesen ins Innere des

Extruders. Das schäumbare Material wird in einem Zylinder 13 mittels einer Schnecke 14, welche durch einen Motor 15 über ein Getriebe 16 betrieben wird, in Richtung einer Düse 17 gefördert. Durch eine geeignete geometrische Konfiguration der Schnecke 14 und des Schneckenzylinders 13 werden dabei gezielt hohe Drücke und Scherkräfte erzeugt, die zu einem Erweichen und einer Aktivierung des ursprünglich festen Granulats führen, und eine zusätzlich vorgesehene Heizeinrichtung 18 unterstützt diesen Vorgang. Die geometrische Konfiguration kann hierzu beispielsweise hinsichtlich der Anzahl und der Steigung der Windungen bzw. hinsichtlich des Abstands zwischen zwei benachbarten Windungen der Schnecke 14 und hinsichtlich der Länge und des Durchmessers des Schneckenzylinders 13 in optimaler Weise angepasst und aufeinander abgestimmt werden. An der Düse 17 wird das aktivierte

schäumbare Material 1 1 ' unter schneller Expansion, die durch ein spezielles Temperaturprofil über den Förderweg des Granulats bzw. aktivierten Materials und eine spezielle geometrische Konfiguration der Düse gesteuert wird, ausgetragen. Das für die Funktion des Handextruders 10 wesentliche, geeignete

Temperaturprofil über den Förderweg des Granulats bzw. die

Längsaustreckung der Schnecke 14 wird einerseits durch eine geeignete Positionierung und elektrische Dimensionierung der Heizeinrichtung 18 gewährleistet. Andererseits sind nahe dem Einfülltrichter 12 zur lokalen

Kühlung Öffnungen 19 in das Gerätegehäuse 20 des Extruders eingearbeitet. Die Öffnungen 19 sollen lediglich symbolisch für beliebige geeignete Kühlmittel stehen; an deren Stelle kann auch eine Verrippung des Schneckenzylinders 13 und/oder ein Lüfter vorgesehen sein. Eine mit einer Betätigungseinrichtung 21 im Griffbereich des Extrudergehäuses 20 verbundene Schaltsteuereinheit 22 ist (was in der Figur nicht gezeigt ist) sowohl mit dem Motor 15 der Schnecke 13 als auch mit der Heizeinrichtung 18 verbunden und ermöglicht neben dem Ein- und Ausschalten des Extruders eine Einstellung der Schneckendrehzahl und Heizleistung und hierdurch die Einstellung von an das eingesetzte Material 1 1 und die Einsatzbedingungen angepassten Prozessparametern.

Fig. 2A und 2B zeigen einen speziellen Düsenaufbau des erfindungsgemäßen Handextruders, der in einem am Extruder-Ausgang einzusetzenden Teil 23 realisiert ist. Soweit sinnvoll, wird hierbei auf in Fig. 1 gezeigte Teile Bezug genommen, und diese werden mit den Bezugsziffern gemäß Fig. 1 oder hieran angelehnten Bezugsziffern bezeichnet.

In Fig. 2A ist zu erkennen, dass die Düsenanordnung einen ersten

Düsenabschnitt 17a großer Länge hat, in dem sich der Düsenquerschnitt mit geringer Steigung kontinuierlich verkleinert, einen zweiten Düsenabschnitt 17b geringer Länge, in dem der Querschnitt konstant bleibt, einen dritten

Düsenabschnitt 17c geringer Länge, in dem sich der Düsenquerschnitt mit großer Steigung verringert, einen vierten Düsenabschnitt 17d mittlerer Länge, in dem sich der Düsenquerschnitt mit mittlerer Steigung vergrößert, und einen fünften Düsenabschnitt 17e mit einer Vielzahl von Sprühöffnungen. Des Weiteren ist zu erkennen, dass zur Realisierung dieser Düsenabschnitte das Zusatzteil 23 in eine Mehrzahl einzelner (nicht gesondert bezeichneter) Platten unterteilt ist, wobei der erste Düsenabschnitt 17a durch zwei in Längsrichtung aneinandergefügte Platten bzw. Grundkörper realisiert wird. Durch diesen modularen Aufbau lassen sich relativ leicht Variationen der Düsengeometrie in bestimmten Abschnitten realisieren, ohne ein neues Zusatzteil als Ganzes fertigen zu müssen.

Fig. 3A und 3B zeigen ein gegenüber der vorstehend beschriebenen

Ausführung modifiziertes Düsenteil 24, welches zu einer konstruktiven

Ausführung des Handextruders 10 gemäß Fig. 1 konstruiert ist. Mit diesem Düsenteil wird im Prinzip die gleiche Geometrie der Düsenanordnung 17 wie in Fig. 2A realisiert, so dass die Düsenabschnitte mit den gleichen Bezugsziffern wie dort bezeichnet sind. In Fig. 3a und 3B sind die Module, aus denen das Düsenteil 24 zusammengesetzt ist, mit den Ziffern 24a bis 24f bezeichnet, und es sind auch die Befestigungsbolzen 25 zur Befestigung der Module

bezeichnet.

Ein Mittel zur Realisierung der Erfindung ist eine schäumbare

Zusammensetzung, die mindestens ein Basispolymer, mindestens ein

Treibmittel und/oder mindestens einen Hitzestabilisator sowie optional ein Gleitmittel und einen Füllstoff und ggfs. ein Nukleierungsmittel umfasst. Der Gehalt an dem Basispolymer sollte dabei vorzugsweise mindestens 50 Gew.- % betragen. Um eine ausreichende Schäumung zu gewährleisten, hat sich ein Gehalt an Treibmittel im Bereich von 5 bis 20 Gew.-% als zweckmäßig erwiesen. Das Gleitmittel und/oder der Hitzestabilisator sind vorzugsweise in Mengen von 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die schäumbare

Zusammensetzung, in dieser enthalten. Mit einer solchen Zusammensetzung können Polymerschäume mit einer Wärmeleitfähigkeit von < 0,04 W/(mK) und einer Expansion von > 1000% gebildet werden.

Als Basispolymer der schäumbaren Zusammensetzung, die bei der

vorliegenden Erfindung eingesetzt und spezielle zur Herstellung von Kernen von Kunststoffprofilen herangezogen werden kann, kann grundsätzlich jedes beliebige Material eingesetzt werden, das kontrolliert zum Schäumen gebracht werden kann und im expandierten Zustand ausreichende

Dämmungseigenschaften aufweist.

Bei dem Basispolymer handelt es sich vorzugsweise um ein organisches Polymer mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 20 bis 400°C. Das

Basispolymer sollte zweckmäßig bei einer Temperatur erweichen, welche unterhalb der Schäumungstemperatur liegt, so dass seine Verformung während des Schäumungsvorgangs ermöglicht wird. Ist die

Schäumungstemperatur erreicht, wird das Basispolymer geschäumt.

Besonders bevorzugt ist es, wenn das Basispolymer einen Schmelzpunkt im Bereich von 60 - 200 °C aufweist. Weiterhin sollte der Vernetzungsvorgang vorzugsweise erst einsetzen, wenn die Schäumungstemperatur überschritten und die Schäumung zumindest teilweise abgeschlossen ist. Geeignete Basispolymere sind dem Fachmann ohne weiteres geläufig.

Besonders bevorzugt ist das Basispolymer im Rahmen der vorliegenden Erfindung ausgewählt aus der Gruppe, umfassend EVA, Polyolefin,

Polyvinylchlorid oder XPS (vernetztes Polystyrol). Bevorzugte Polyolefine sind auf Ethylen oder Propylen basierende Polymere, von denen Polyethylen, insbesondere in Form von LDPE (low density Polyethylen), besonders bevorzugt ist. Mischungen der genannten Polymere können ebenfalls im Rahmen der Erfindung als Basispolymer eingesetzt werden.

Auch sogenannte Biokunststoffe sind im Rahmen der Erfindung einsetzbar, z. B. Polylactide (polylactide acid, PLA), traditionelle stärkebasierte

Mischungen oder Glycan. Einsetzbar sind des Weiteren heißhärtende

Epoxidharze (Fest- oder Flüssigepoxidharze), in Verbindung mit chemischen oder physikalischen Treibmitteln (siehe weiter unten).

Das Basispolymer stellt in der Regel die Hauptkomponente der schäumbaren Zusammensetzung dar, wobei dessen Anteil an der Zusammensetzung vorzugsweise mindestens 50 Gew.-% beträgt. Besonders bevorzugt liegt der Gehalt an Basispolymer im Bereich von 65 bis 95 Gew.-%, insbesondere im Bereich von 70 bis 90 Gew.-% und am meisten bevorzugt im Bereich von 75 bis 85 Gew.%.

Weiterhin enthält die schäumbare Zusammensetzung typischerweise ein chemisches oder physikalisches Treibmittel. Chemische Treibmittel sind organische oder anorganische Verbindungen, welche sich unter Einfluss von Temperatur, Feuchtigkeit oder elektromagnetischer Strahlung zersetzen, wobei mindestens eines der Zersetzungsprodukte ein Gas ist. Als physikalische Treibmittel können beispielsweise Verbindungen eingesetzt werden, welche bei erhöhter Temperatur in den gasförmigen Aggregatzustand übergehen, etwa Pentan, Butan, Kohlendioxid, Stickstoff oder Expancel.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn die schäumbare Zusammensetzung thermisch schäumbar ist und bei einer Temperatur von < 250 °C, insbesondere von 100 °C bis 230°C, bevorzugt von 140 bis 200 °C geschäumt wird, wobei chemische Treibmittel eingesetzt werden. Als chemische Treibmittel haben sich insbesondere Azodicarbonamide, Sulfonylhydrazide, Hydrogencarbonate oder Carbonate als zweckmäßig erwiesen. Geeignete Sulfonylhydrazide sind p-Toluolsulfonylhydrazid, Benzolsulfonylhydrazid und das ρ,ρ'-

Oxybisbenzolsulfonylhydrazid. Ein geeignetes Hydrogencarbonat ist

Natriumhydrogencarbonat. Ein besonders bevorzugtes Treibmittel ist das ρ,ρ'- Oxybisbenzolsulfonylhydrazid. Geeignete Treibmittel sind auch kommerziell erhältlich unter den Handelsnamen Expancel® von der Firma Akzo Nobel, Niederlande, unter dem Handelsnamen Celogen® von der Firma Chemtura Corp., USA oder unter dem Handelsnamen Unicell® von der Firma Tramaco, Deutschland.

Die für die Schäumung erforderliche Wärme kann neben den o. g. externen mindestens teilweise auch durch interne Wärmequellen, wie eine exotherme chemische Reaktion, zugeführt werden.

Hinsichtlich des Gehalts an Treibmittel unterliegt die vorliegende Erfindung keinen relevanten Beschränkungen. Es hat sich jedoch als zweckmäßig erwiesen, wenn das Treibmittel, in einem Gehalt von 5 bis 20 Gew.-%, insbesondere von 10 bis 18 Gew.-%, und besonders bevorzugt im Bereich von 12 bis 16 Gew.-%, bezogen auf die schäumbare Zusammensetzung, in dieser enthalten ist. In Fällen in denen eine geringere Expansion der

Zusammensetzung erwünscht ist kann der Gehalt auch niedriger sein, insbesondere im Bereich von 5 bis 10 Gew.-%. Die schäumbare Zusannnnensetzung, aus der der Polymerschaum hergestellt werden kann, enthält, wie vorstehend erwähnt, optional ein Gleitmittel und/oder einen Hitzestabilisator. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die schäumbare Zusammensetzung eine Komponente, die zugleich die

Eigenschaften eines Gleitmittels, als auch eines Hitzestabilisators aufweist. In diesem Fall kann auf den Zusatz einer weiteren Gleitmittel- oder

Hitzestabilisatorkomponente verzichtet werden.

Als Hitzestabilisatoren, die in der schäumbaren Zusammensetzung gleichzeitig als Gleitmittel wirken, haben sich insbesondere Fettsäureamide, Fettsäuren und Fettsäurealkoholester als besonders geeignet erwiesen, deren lange aliphatische Kohlenstoffketten den gewünschten Effekt eines Gleitmittels vermitteln. Gleichzeitig fungieren diese Verbindungen als Hitzestabilisator. Als besonders zweckmäßig hat sich die Verwendung von Fettsäureamiden, Fettsäuren und Fettsäurealkoholester herausgestellt, die eine Kettenlänge des auf die Fettsäure, bzw. den Fettsäurealkohol zurückgehenden Anteils im Bereich von 6 bis 24, bevorzugt 8 bis 16, und insbesondere 10 bis 14

Kohlenstoffatomen aufweisen. Im Rahmen der Erfindung haben sich Hitzestabilisatoren, die neben einer linearen aliphatischen Kette eine Thioetherfunktion aufweisen, als besonders geeignet erwiesen. Am meisten bevorzugt als Hitzestabilisatoren sind

Fettsäurealkoholdiester in denen eine Thioetherfunktion im Säureanteil vorliegt, insbesondere das Didodecyl 3,3'-thiodipropionat.

Der Hitzestabilisator sollte in der Zusammensetzung mindestens in einer Menge enthalten sein, bei dem eine signifikante Stabilisierung der

Zusammensetzung nach dem Schäumen zu beobachten ist, d.h. dass der Schaum auch bei längerer Exposition (10 Minuten oder mehr) bei hohen Temperaturen (150 °C oder mehr) keiner signifikanten Volumenverminderung (10% oder mehr) unterliegt. Insbesondere hat sich im Rahmen der

vorliegenden Erfindung ein Gehalt des Hitzestabilisators und/oder des

Gleitmittels im Bereich von 0,1 bis 5 Gew.-%, und bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 3 Gew.-%, bezogen auf die gesamte schäumbare Zusammensetzung, als geeignet erwiesen. Bei Gehalten von weniger als 0,1 Gew.-% ist die Menge des Hitzestabilisators nicht ausreichend um den Schaum hinlänglich zu stabilisieren, während bei Gehalten von mehr als 5 Gew.-% bei längerer Exposition des Schaum gegenüber hohen Temperaturen ebenfalls eine signifikante Abnahme des Schaumvolumens zu beobachten ist.

Weiterhin hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die schäumbare

Zusammensetzung während der Schaumbildung stabilisiert und gefestigt wird. Dies kann durch den Zusatz von Vernetzungsmitteln gewährleistet werden, die vorzugsweise durch Abbauprodukte des Treibmittels aktiviert werden und eine Vernetzung des entstehenden Schaums auslösen. Dabei soll die Vernetzung der schäumbaren Zusammensetzung erst bei einer Temperatur einsetzen, welche gleich oder über dessen Schäumungstemperatur liegt, da ansonsten die Vernetzung der schäumbaren Zusammensetzung vor dessen voller Aufschäumung erfolgt und dadurch nicht gewährleistet werden könnte, dass die schäumbare Zusammensetzung vor der Vernetzung etwa einen Hohlraum ausfüllt und dass der Schaum eine kompakte Struktur aufweist.

Hinsichtlich der Vernetzung des erhaltenen Polymerschaums unterliegt die vorliegende Erfindung ebenfalls keinen relevanten Beschränkungen. Eine Vernetzung des Schaums ist insbesondere mit Hilfe von Vernetzungsmitteln möglich, die nicht mit dem Basispolymer reagieren, wie beispielsweise Epoxy- basierende Vernetzungsmittel, oder mit Hilfe von vernetzten, die mit dem Basispolymer reagieren. Ein Beispiel für solche Vernetzungsmittel sind

Peroxid-Vernetzungsmittel. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist eine Vernetzung mit Peroxid-Vernetzungsmitteln oder eine Vernetzung mit

Epoxiden bevorzugt.

Bei der Vernetzung mit Peroxiden kann auf konventionelle organische

Peroxide wie beispielsweise Dibenzoyl Peroxid, Dicumyl Peroxid, 2,5-Di-(t- butylperoxyl)-2,5-dimethylhexan, t-Butyl-Cumyl-Peroxid, a, a'-Bis(t- butylperoxy)diisopropylbenzene-lsomermischung, Di-(t-amyl) Peroxid, Di-(t- butyl) Peroxide, 2,5-Di-(t-butylperoxy)-2,5-dimethyl-3-hexin, 1 ,1 -Di(t- butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan, n-Butyl 4,4-Di-(t-butylperoxy)valerat, Ethyl 3,3-Di-(t-amylperoxy)butanoat, oder t-Butyl Peroxy-3,5,5- trimethylhexanoat zurückgegriffen werden. Ein bevorzugtes Peroxid ist das Dicumylperoxid.

Beim Einsatz von Epoxid-basierenden Vernetzungsmitteln hat sich eine Mischung eines Epoxid-haltigen Polymers und eines Maleinsäureanhydridgruppen-enthaltenden Polymers als besonders

zweckmäßig erwiesen. Bevorzugt handelt es sich bei dem Epoxid-haltigen Polymer um ein Copolymer aus Ethylen und Glycidylmethacrylat mit einem Gehalt an Glycidylmonomer im Bereich von 4 bis 12 Gew.-%. Das

Maleinsäureanhydridgruppen enthaltende Polymer besteht vorzugsweise aus einem Terpolmer aus Ethylen, einem Acrylsäurealkylester, insbesondere auf Basis eines Alkylalkohols mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, und

Maleinsäureanhydrid. Der Gehalt an Maleinsäureanhydrid im Terpolymer liegt vorzugsweise im Bereich von 1 ,5 bis 5 %. Besonders bevorzugt ist es, wenn diese beiden Vernetzungsmittelkomponenten in einem Verhältnis von 2:1 bis 1 :2, insbesondere etwa 1 :1 vorliegen.

Diese Polymerkombination erweist sich insbesondere in Kombination mit Treibmitteln, bei deren Erhitzen Wasser oder Alkohol freigesetzt wird, als zweckmäßig, da durch das entstehende Wasser bzw. Alkohol die

Maleinsäureanhydridgruppen zu Maleinsäure hydrolysiert werden können, die wiederum eine Reaktion mit den Epoxidgruppen des Epoxid-haltigen Polymers eingehen und eine Vernetzung bewirken. In der schäumbaren Zusammensetzung ist das Vernetzungsmittel

vorzugsweise mit einem Gehalt von 1 bis 25 Gew.-%, insbesondere im Bereich von 2 bis 18 Gew.-% und besonders bevorzugt im Bereich von 2 bis 10 Gew.- %, bezogen auf die gesamte schäumbare Zusammensetzung, enthalten. Wird als Vernetzungsmittel ein Peroxid einbezogen, so kann dessen Konzentration jedoch auch niedriger liegen, insbesondere im Bereich von 1 bis 5 Gew.-%, und besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 2 Gew.-%.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die schäumbare

Zusammensetzung frei von Vernetzungsmitteln.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn in die schäumbare Zusammensetzung zusätzlich mindestens einen Wärmereflektor, mindestens ein Wärmeverlustadditiv, mindestens ein Antikondensationsadditiv, mindestens ein Antioxidans, Harnstoff und/oder mindestens einen Füllstoff eingezogen werden. Zweckmäßige Wärmereflektoren stellen Graphit, Ruß und/oder Titandioxid dar. Zweckmäßig in den Polymerschaum einzubeziehende

Füllstoffe sind Calciumcarbonat oder Talk, das in mit einem Gehalt von 0,5 bis 8 Gew.-%, insbesondere 1 bis 5 Gew.-%, und besonders bevorzugt in einer Menge von etwa 2 Gew.-%, im Polymerschaum enthalten sein kann. Füllstoffe können beispielsweise als Nukleierungsmittel zugesetzt werden um die Schäumung zu verbessern. Geeignete Antioxidantien sind beispielsweise sterisch gehinderte Phenole.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die oben erläuterten Beispiele und Aspekte beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Bezugszeichenliste

10 = Handextruder

1 1 = Ausgangsmaterial (Granulat)

1 1 ' = aktiviertes Material

12 = Trichter

13 = Schneckenzylinder

14 = Förderschnecke

15 = Motor

16 = Getriebe

17 = Düse

17a bis 17e = Düsenabschnitte

18 = Heizeinrichtung

19 = Öffnungen

20 = Extrudergehäuse

21 = Betätigungseinrichtung

22 = Schaltsteuereinheit

23 = Zusatzteil

24 = Düsenteil

24a bis 24f = Module des Düsenteils

25 = Befestigungsbolzen

Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren zur Herstellung eines Schaumstoffkörpers, wobei ein expandierbares Ausgangsmatenal des Schaumstoffs als Granulat (1 1 ) einem Handextruder (10) zugeführt, in diesem unter Druck und durch Erwärmung aktiviert oder aufgeschmolzen und beim manuell gesteuerten Austrag aus diesem zum Schaumstoffkörper expandiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei ein Handextruder (10) mit

mindestens einer Förderschnecke (14) eingesetzt wird und dieser derart konfiguriert ist sowie die mechanischen Eigenschaften des Ausgangsmaterials (1 1 ) derart vorbestimmt sind, dass Scherkräfte auftreten, die zu einer thermischen Aktivierung des Ausgangsmaterials mindestens beitragen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Handextruder (10) mit einer Heizeinrichtung (18) eingesetzt und die Heizeinrichtung derart betrieben wird, dass sie zu einer thermischen Aktivierung des Ausgangsmaterials (1 1 ) mindestens beiträgt.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das granuläre expandierbare Ausgangsmaterial (1 1 ) ein physikalisches Treibmittel enthält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei neben dem granulären expandierbaren Ausgangsmaterial, welches insbesondere ein Festoder Flüssigepoxidharz enthält, ein Härter, insbesondere in Pulver- oder Pelletform, eingesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Expansionsvorgang des Ausgangsmaterials (1 1 ) beim Austrag aus dem

Handextruder (10) durch eine applikationsangepasste und auf einen

Dämmstoff oder dessen Ausgangsmaterial zugeschnittene Düsengeometrie, insbesondere in einem ausgangsseitig angefügten Zusatzteil (23; 24) des Handextruders, gesteuert wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein

Durchlaufen mehrerer Temperaturzonen durch das Ausgangsmaterial(1 1 ) im Handextruder (10) vorgesehen ist, speziell einer ersten Zone relativ niedriger Temperatur, um eine vorzeitige Expansion und/oder ein Verkleben des

Granulats zu verhindern, dann das Durchlaufen einer zweiten Zone mit höherer Temperatur zur Aktivierung bzw. zum Aufschmelzen des Materials und schließlich eines gegenüber der zweiten Zone eher kühlen Düsenabschnittes.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine sensorische Temperaturüberwachung des Ausgangsmaterials oder

entstehenden Schaumstoffs im Handextruder ausgeführt wird, optional verbunden mit einer automatischen Nachregelung der Temperatur.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Drucküberwachung im Ausgangs- oder ausgangsnahen Bereich des

Handextruders vorgesehen ist, optional verbunden mit einer automatischen Nachregelung oder manuellen Nachführung mindestens eines

Prozessparameters.

10. Schaumstoff-Handextruder (10) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit mindestens einer Förderschnecke (14), deren Schneckengeometrie in Abstimmung auf den Schneckenzylinder (13) zur Erzeugung hoher Scherkräfte in einem gefördertem Ausgangsmaterial (1 1 ) eines Schaumstoffes konfiguriert ist, und/oder einer Heizeinrichtung (18) zur Erwärmung des Ausgangsmaterials.

1 1 . Schaumstoff-Handextruder nach Anspruch 10, mit einer

ausgangsseitigen, insbesondere in einem ausgangsseitig aufsetzbaren

Zusatzteil (23, 24) vorgesehenen Düsenanordnung (17; 17a-e), die zur Expansion eines vor-a kavierten Ausgangsmaterials (1 1 ) mit hohem

Volumenausdehnungsgradienten ausgebildet ist.

12. Schaumstoff-Handextruder nach Anspruch 1 1 , wobei die

Düsenanordnung (17; 17a-e) mindestens einen ersten Düsenabschnitt (17a) hat, in dem sich der Düsenquerschnitt mit geringer Steigung verkleinert oder konstant bleibt, und einen zweiten Düsenabschnitt (17c) geringer Länge, in dem sich der Düsenquerschnitt mit großer Steigung verringert.

13. Schaumstoff-Handextruder nach einem der Ansprüche 10 bis 12, mit einem ausgangsseitigen Formwerkzeug (23; 24) zur abschließenden Formung des erzeugten Schaumstoffkörpers.

14. Schaumstoff-Handextruder nach einem der Ansprüche 10 bis 13, mit Mitteln (18; 19) zur Realisierung eines vorbestimmten Temperaturprofils, die insbesondere eine Heiz- oder Kühleinrichtung (19) zur Ausbildung einer ersten Zone relativ niedriger Temperatur nahe dem Einzugsbereich, eine

Heizeinrichtung (18) zur Ausbildung einer zweiten Zone mit höherer

Temperatur stromabwärts der ersten Zone und Mittel (17) zur Ausbildung einer dritten Zone niedrigerer oder gleicher Temperatur stromabwärts der zweiten Zone umfassen.

15. Schaumstoff-Handextruder nach einem der Ansprüche 10 bis 14, der einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Materials im Handextruder und/oder einen Drucksensor zur Erfassung des Drucks an einer geeigneten, ausgangsnahen Stelle des Material-Flussweges aufweist.

16. Verwendung eines Handextruders (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 15 zur Herstellung von Schaumstoff.