EP2970614A1 - Polymerschaum und dessen einsatz in hohlkörpern - Google Patents

Polymerschaum und dessen einsatz in hohlkörpern

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Publication number
EP2970614A1
EP2970614A1 EP14709308.2A EP14709308A EP2970614A1 EP 2970614 A1 EP2970614 A1 EP 2970614A1 EP 14709308 A EP14709308 A EP 14709308A EP 2970614 A1 EP2970614 A1 EP 2970614A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
polymer
polymer foam
profile
blowing agent
nozzle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14709308.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Herbert Ackermann
Andreas Brunner
Frank Hoefflin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sika Technology AG
Original Assignee
Sika Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sika Technology AG filed Critical Sika Technology AG
Priority to EP14709308.2A priority Critical patent/EP2970614A1/de
Publication of EP2970614A1 publication Critical patent/EP2970614A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C08J2471/10—Polyethers derived from hydroxy compounds or from their metallic derivatives from phenols
    • C08J2471/12—Polyphenylene oxides

Definitions

  • the invention relates to a polymer foam, which in particular for
  • Foaming cavities and hollow bodies is suitable. Furthermore, the invention relates to a foam-filled hollow body, which with the
  • Polymer foam is filled and a coextrudate, wherein a component thereof is the polymer foam.
  • the invention also relates to a process for the preparation of a foam filled with the polymer foam hollow body.
  • Two-component polyurethane foams proposed filled profiles that are weldable and in which the voids of finished profiles are filled with polyurethane foam.
  • both polyurethane components are injected with the aid of long syringes under high pressure into the cavities of the profile and foamed.
  • the problem with these systems is that in the case of polyurethanes complete reaction of the isocyanate monomers is not easy to realize. This will affect the later
  • two-component polyurethane systems have the disadvantage that they must be classified in a lower flame retardant class because of possible free isocyanate.
  • expanded polystyrene foam bodies were first produced outside the window profile and then inserted into a profile.
  • EP 0 296 408 A1 describes extruded foams of polyphenylene ether / polystyrene mixtures with low density and high compressive strength. These foams are made by the
  • Hydrocarbons are mixed. Subsequently, the mixture is extruded, whereby the material expands to a foam body.
  • EP 0 937 741 A1 A solution to this problem is provided by EP 0 937 741 A1, according to which a mixture of low-boiling ethers such as dimethyl ether and water is to be used as the blowing agent.
  • this blowing agent mixture gives improved foam density, foam power and Surface shape.
  • the blowing agent mixture can be used inter alia for foaming polyphenylene ether / polystyrene mixtures.
  • the resin granules according to EP 0 377 1 15 A2 are prepared by cooling an extrusion mixture of resin and blowing agent below the softening point of the resin and processing it into a granulate.
  • WO 2009/062986 A1 A solution to this problem is proposed by WO 2009/062986 A1, according to which a foamable material in the form of granules is introduced into the cavity of the profile during the extrusion of a PVC profile. By contact with the still hot profile, a blowing agent contained in the granules is activated and achieved a foaming of the material in the still hot PVC profile. In this process, it is necessary that the foam is incompatible with the profiled plastic, otherwise it becomes an undesirable
  • Cavity in the profile can not be completely filled with compositions consisting essentially of a foamable base polymer and a blowing agent, since foaming only takes place on contact with a surface of the hollow profile. This leads partly to the fact that the
  • Cavity body and the processing properties of the material used as a separately pre-fixed part in the hollow body or cavity and use in a non-expanded initial state on
  • EP 0 265 788 B1 describes a process for producing expanded particles of low density polyphenylene ether resin compositions, wherein the polyphenylene ether resin is blended with up to 98% by weight of an alkylene aromatic resin, based on the weight of the two resins taken together. This procedure is thereby
  • WO 201 1/062632 A1 describes the foaming of polyvinyl chloride. However, the density of the resulting foam is not satisfactory.
  • the invention has for its object to overcome the above disadvantages, in particular to provide a polymer foam, which is such that it fills the cavity as evenly as possible without significantly deform the profile walls and does not contract appreciably during cooling. It should also be possible during the production of plastic profiles to introduce the polymer foam directly into the still hot extruded profiles, for example by direct coextrusion, and thus to create a cost-effective alternative to the subsequent "insertion" of preformed foams in the profile. Furthermore, a good insulation should be made possible and it should be possible no adhesion to the profile, which would be unfavorable in terms of recyclability.
  • a polymer foam according to claim 1 This is by extrusion of a composition which a) a polymer blend of polystyrene, polyphenylene oxide and / or polyphenyl ether, b) at least one Propellant and c) at least one nucleating agent, available.
  • the core of the invention is therefore in the use of a special
  • the polymer blend is a polymer blend of polystyrene and polyphenylene oxide.
  • the polymer blend is a polymer blend of polystyrene and polyphenyl ether.
  • a polymer blend of polystyrene, polyphenylene oxide and polyphenyl ether represents a further preferred embodiment of the invention.
  • the three polymers which can be used in the polymer blend (polystyrene, polyphenylene oxide and polyphenyl ether) are completely miscible with one another.
  • the polymer blend has only a glass transition temperature T g , which is preferably in the range of about 1 10 ° C to 210 ° C, more preferably in the range of about 140 ° C to about 170 ° C. By varying the individual components or their proportions in the polymer blend, the T g can be adjusted to the desired value.
  • the glass transition temperature T g was determined as follows:
  • the glass transition temperature T g is adjusted to the extrusion temperature. Customize means that
  • Glass transition temperature T g is about 20 ° C to 40 ° C, preferably about 30 ° C to 40 ° C, below the extrusion temperature.
  • the use of the polymer blend leads to the advantage that the rheological properties of the composition can be adjusted such that the foaming behavior under the given process conditions, for example an extrusion temperature of about 200 ° C., is advantageous over previously used formulations.
  • the composition which is extruded into the polymer foam is already loaded with a blowing agent prior to extrusion. Furthermore, it is preferred that the nucleating agent is also added prior to extrusion of the composition to be extruded.
  • the EPS products (expandable polystyrenes) from Synbra Technology bv, in particular their HT EPS (high temperature expandable polystyrene) products, can be used if at least one nucleating agent is added to them.
  • Preferred products are HT EPS 600, HT EPS 800 and HT EPS 1000, all available from Synbra
  • Synbra Technology bv. Synbra Technology bv products are those products that were on sale on October 23, 2012. That is, it is preferably not first the polymer matrix
  • blowing agent before the material is extruded directly to the foam, but the loading of the composition with blowing agent and / or nucleating agent is carried out before extrusion.
  • the polymer blend is usually the main component of the
  • composition wherein its proportion, based on the total composition, preferably about 50 to 95 wt .-% is. Especially Preferably, the content of polymer blend is in the range of about 70 to 95 wt .-%.
  • the proportion of the polyphenylene oxide and / or the proportion of the polyphenyl ether is preferably about 40 to 80 wt .-%, in particular up to about 60 wt .-%, based on the polymer blend.
  • the at least one propellant may be a physical and / or chemical propellant.
  • a physical blowing agent is preferred since this, compared with nitrogen and
  • Carbon dioxide which is commonly formed in chemical blowing agents, has improved solubility in the polymer matrix, which is especially true for the short chain alkanes such as propane, butane, pentane, heptane, and octane. Furthermore, the use of a physical blowing agent due to its molecular size leads to improved thermal conductivity and the diffusion rate of the gas molecules through the polymer is reduced, whereby the volume can be better kept, d. H. less shrinkage occurs.
  • An advantage of using a physical blowing agent due to its molecular size leads to improved thermal conductivity and the diffusion rate of the gas molecules through the polymer is reduced, whereby the volume can be better kept, d. H. less shrinkage occurs.
  • Propellant is also in the elimination of the complex reactions and the known side effects (for example, additional energy input), which bring chemical blowing agents with it.
  • Propellant is a hydrocarbon, preferably selected from the group comprising pentane, heptane, octane, nonane and / or decane and their isomers.
  • HFC gases such as Formacel 1 100 from DuPont, can be used.
  • the blowing agent in the composition of the invention consists of hydrocarbons.
  • the physical blowing agent is a mixture of n-pentane and iso-pentane.
  • n-pentane and iso-pentane are used in a ratio of about 3: 1 to about 4: 1.
  • Composition is about 2 to 15 wt .-%, preferably about 3 to 10 wt .-%, and particularly preferably about 5 to 9 wt .-%.
  • a chemical blowing agent can also be used.
  • the chemical blowing agent is preferably selected from the group comprising azodicarbonamides, sulfohydrazides, bicarbonates and / or carbonates.
  • the chemical blowing agent is, based on the total composition, preferably in an amount of about 5 to 20 wt .-%, more preferably in an amount of about 12 to 16 wt .-%, used.
  • composition of the invention comprises by means of extrusion
  • the at least one nucleating agent is preferably selected from the group comprising CaCO 3 (chalk), talc, carbon black, graphite, titanium dioxide and / or at least one chemical blowing agent (as defined above). That is, as a nucleating agent, a chemical blowing agent can be used. However, this is only used if the at least one propellant is a physical propellant and not a chemical propellant. The chemical blowing agent contributes to a small extent to the expansion. The use of the at least one nucleating agent improves the group comprising CaCO 3 (chalk), talc, carbon black, graphite, titanium dioxide and / or at least one chemical blowing agent (as defined above). That is, as a nucleating agent, a chemical blowing agent can be used. However, this is only used if the at least one propellant is a physical propellant and not a chemical propellant. The chemical blowing agent contributes to a small extent to the expansion. The use of the at least one nucleating agent improves the
  • CaCO 3 (chalk) is preferably used in an amount of up to about 15% by weight, based on the total composition. Talk becomes
  • a chemical blowing agent is used as the nucleating agent, then it is used, based on the total composition, preferably in an amount of up to about 1.5% by weight, particularly preferably up to about 1.0% by weight.
  • Carbon black, graphite and / or titanium dioxide are preferably used in an amount of up to about 5% by weight, based on the total composition.
  • composition from which the polymer foam according to the invention can be obtained by extrusion may contain further customary constituents.
  • Heat reflector At least one heat loss additive, at least one
  • Antioxidant present and / or at least one anti-condensation additive present and / or at least one anti-condensation additive.
  • the flame retardant is preferably aluminum trihydrate, hexabromocyclododecane, tetrabromobisphenol A and / or polybrominated diphenyl ether.
  • Useful heat reflectors are carbon black, graphite and / or titanium dioxide, which, as mentioned above, can also be used as nucleating agents.
  • Suitable antioxidants are, for example, hindered phenols.
  • the composition may also be coated with at least one surface antistatic agent.
  • the composition from which the polymer foam of the invention is obtainable by extrusion comprises a) at least about 70% by weight of a polymer blend of polystyrene,
  • polymer foam according to the invention is obtained by extrusion of the above-described composition. Foaming by extrusion has several advantages over foam formation using water vapor. So can by means of
  • Water vapor moldings can only be produced in a batch process and not in a continuous process. By means of steam no endless bodies can be obtained.
  • the extrusion does not require any pre-foaming and aging, which requires several process steps.
  • the polymer foam according to the invention which is obtained by means of extrusion of the above-described composition, is less energy-intensive and therefore more cost-effective.
  • the blowing agent in the polymer foam according to the invention remains trapped longer than in known particle foams, which leads to an improvement in the isolation. Extrusion provides a continuous and homogeneous strand.
  • the extrusion can be carried out in a conventional extrusion device.
  • the temperature should be between 50 and 350 ° C, preferably between 80 and 220 ° C, lie.
  • the pressure conditions should be at least about 30 bar, more preferably about 50 bar.
  • the extrusion device has a nozzle geometry such that an abrupt pressure drop occurs at the outlet of the extrusion.
  • the pressure drop is preferably adjusted to the rheological properties of the polymer foam.
  • FIGS. 5A and 5C Examples of such nozzles are shown in FIGS. 5A and 5C. Particularly preferred devices are explained below and shown in the figures, wherein the part of the device, which relates to the fusion of the thermoplastically processable plastic, is omitted here. In a preferred embodiment, the inventive
  • Polymer schaunn a density of 15-100 kg / m3, preferably from 20-60 kg / m3 and most preferably from 25-30 kg / m3 on.
  • the polymer foam according to the invention also preferably has one
  • welding mirror remain. By welding, it should therefore come to any weakening of the mechanical and optical properties. Particularly preferred is the use of Teflon-coated welding mirrors.
  • the polymer foam is preferably characterized by at least one further property listed below:
  • the polymer foam has all of the aforementioned properties.
  • Another aspect of the present invention relates to a hollow body with a cavity into which the polymer foam according to the invention is introduced.
  • the hollow body with cavity is preferably window or door profiles. Furthermore, it is preferred if the cavity into which the polymer foam according to the invention has been introduced is completely filled with it.
  • Plastic profiles can advantageously also be produced by a method in which a composition as described above is introduced and foamed during the extrusion of the profile into at least one of the cavities of the profile.
  • Polymer foam is available, at high extrusion temperatures,
  • temperatures of 160 to 210 ° C and more preferably from 180 to 200 ° C can be foamed.
  • the present invention also relates to a process for producing a hollow body or cavity foamed with the abovementioned polymer foam as an insulating material, a composition comprising a) a polymer blend of polystyrene, polyphenylene oxide and / or polyphenylene ether, b) at least one blowing agent, and c) at least a nucleating agent comprises, fed to an extrusion device, activated in this under pressure and expanded during discharge from this into the hollow body or the cavity with such a high Volumenausdehnungsgrad, that the insulation formed by the expansion, the cross section of the hollow body or cavity at the entrance without delay, preferably completely fills ,
  • a composition comprising a) a polymer blend of polystyrene, polyphenylene oxide and / or polyphenylene ether, b) at least one blowing agent, and c) at least a nucleating agent comprises, fed to an extrusion device, activated in this under pressure and expanded during discharge from this into
  • a certain pressure is present even before the activation so as to allow premature foaming
  • the pressure should already be generated at the point at which the composition from which the polymer foam according to the invention is obtainable, has not yet melted.
  • the screw configuration in the extruder is designed such that the flight depth of the screw before melting is approximately in the range of the size of the composition from which the polymer foam according to the invention is obtainable by extrusion.
  • Plastic material and the composition of the polymer foam according to the invention is available by extrusion, adapted to each other. This is especially true since the degree of expansion is preferably controlled by the amount of propellant.
  • Solid feedstock is supplied in granular form.
  • Solid, granular starting material can be easily and inexpensively formulated, stored and processed with little residual pressure and thus offers considerable advantages over liquid or pasty formulations.
  • a current view from the environmental aspects and economically particularly important embodiment of the hollow body is a from a
  • the invention can also be used with extruded metal profiles for window and door frames and, in addition, for other types of products, for example for the in-situ sealing of joints or insulation of
  • the cavity may be the chamber of a single-chamber profile or a chamber of a multi-chamber profile, wherein one or more remaining chambers may well be free of insulation material.
  • Plastic extrusion device is used with at least one screw conveyor and the plastic extrusion device is configured and the mechanical properties of the starting material are predetermined so that high pressures and / or shear forces occur that prevent premature foaming of the material and / or thermal activation of the starting material at least contribute.
  • a plastic extrusion device is used with a heater and the
  • Heating device operated so that it contributes to a thermal activation of the starting material at least.
  • a combination of both ways to activate the starting material is possible.
  • the expansion process of the starting material during discharge from the extrusion device is controlled by a special nozzle geometry. Customized and tailored to the specific insulating material (or its starting material)
  • the geometry of the nozzle is first a gradual reduction in cross-section with a small gradient over a long length, then keeping the cross-section constant over a small length and then a gradual reduction in cross-section with a large
  • FIGS. 5A and 5C This section subdivision of the nozzle is an advantageous realization from the current point of view, but it should be noted that not
  • Feeding through the tool can be vented or vented (degassing). Under certain circumstances, this can also be equipped with an adjustable pressure valve. This prevents being in the space between Profile chamber and foam an excessive underpressure or overpressure arises, which can lead to an undesirable deformation of the plastic profile.
  • the invention also relates to the hollow bodies or cavities contained with the above-mentioned method.
  • Another aspect of the present invention relates to a process for the extrusion of two (polymer foam and plate / plate profile) and / or three components (sandwich panels), wherein the polymer foam according to the invention described above is used.
  • the polymer foam by means of suitable additives, such as
  • the polymer foam according to the invention acts as a thermal insulation layer.
  • Fig. 1 is a schematic representation for explaining a
  • Embodiment of the method according to the invention in the manner of a longitudinal section through a coextrusion arrangement,
  • FIG. 2 sketch-like cross-sectional views of a simple
  • 3A and 3B are schematic representations (longitudinal sectional view) with a graphical representation of an associated pressure curve
  • FIGS. 4A and 4B are schematic representations (longitudinal sectional view) with a graphical illustration of an associated pressure curve (FIG. 4A) and cross-sectional views along a sectional plane in Fig. 4A (Fig. 4B) for explaining a further embodiment of the invention
  • FIG. 5A and 5B are schematic representations (longitudinal sectional view) with a graphical representation of an associated pressure profile (FIG. 5A) and cross-sectional representations along a sectional plane in FIG. 5A (FIG. 5B) to explain a further embodiment of the invention;
  • 5C and 5D are schematic representations of another embodiment
  • 6A to 6D are longitudinal sectional views and a plan view of a
  • FIGS. 7A and 7B are a longitudinal sectional view and perspective view of an additional part of a plastic extrusion device according to another embodiment of the invention.
  • 1 shows a coextrusion process according to the invention for the production of plastic profiles 1 with a foamed insulation core 2 is shown schematically.
  • thermoplastically processable plastic 5 filled This plastic can be in any form.
  • the plastic is present as granules or as a powder.
  • the plastic is preferably extruded at a temperature of 150 ° C to 350 ° C, in particular from 170 ° C to 260 ° C, preferably from 180 ° C to 220 ° C, extruded.
  • the plastic 5 passes through the hopper 3 in the interior of the first extruder 4.
  • the plastic is conveyed by means of a screw conveyor 6, which is operated by a motor 7 via a gear 8 in the direction of a nozzle 9 and simultaneously by heating elements 10, which attached to the first extruder, heated from the outside to a temperature above its melting point, whereby the plastic melts.
  • the molten plastic 5 ' is pressed through the nozzle 9, which has approximately the cross-sectional shape of the profile to be produced.
  • foamable material 1 i. the composition described above, in particular in the form of granules, filled in the hopper 12 of a second extruder 13 and then passes through this into the interior of the second extruder.
  • the foamable material 1 1 is by means of a
  • Conveying screw 14 which is operated by a motor 15 via a gear 16, in the direction of a nozzle 17 promoted.
  • a suitable geometric configuration of the screw and the worm cylinder targeted high pressures and shear forces are generated, which lead to softening and activation of the originally solid granules, and an additional heating device 18 provided supports this process.
  • the activated foamable material 1 1 'under almost sudden expansion which is controlled by a special geometric configuration of the nozzle, coextruded into the cavity of the plastic hollow profile 1 a, where it with the inner walls of the Kunststoffholprofils in touch comes.
  • the insertion of the plastic profile 1 in a calibration device 19 is intended to ensure that the plastic hollow profile is not deformed by the pressure of the foamed material until solidification of the plastic, but maintains its predetermined cross-sectional shape. This is especially true for the outer walls.
  • a separate cooling device where it passes for example in a water bath or sprayed by water showers.
  • a discharge device 20 At the end of the coextrusion process is via a discharge device 20 the
  • Plastic profile 1 at a constant, adapted to the flow rate of the extruder, speed deducted.
  • the cross-sectional shape of the nozzle 17 corresponds to that of the profile.
  • Corner areas. 3A and 3B show exemplary geometries of a discharge nozzle 17 in a schematic longitudinal or cross-sectional view together with a subdivided into several chambers plastic profile V with a Dämmkern 2 in a chamber 1 a.
  • At the outlet of the nozzle here are additional steel baffles 21 for lateral limitation of the expanding insulating material after leaving the nozzle and to reduce its adherence to the
  • a nozzle or injection core (mandrel) 22 is provided for pre-embossing the shape in which the activated starting material 1 1 'expands to the finished insulating material 2.
  • Fig. 3A it can be seen that the nozzle core 22 is double-conically shaped in the longitudinal extent, and Fig. 3B shows, as a cross-sectional view along the
  • Sectional plane A 'in Fig. 3A two different cross-sectional shapes (in
  • FIG. 3A shows the pressure profile at the outlet of the extrusion device.
  • Figs. 4A and 4B show a similar nozzle arrangement as in Figs. 3A and 3B in connection with the same plastic profile V.
  • nozzle core 22 is dimensioned substantially smaller here in its central dimensions and the nozzle 17 '(in addition to a first portion of constant diameter, which is not separately designated) a constriction portion 17a' with a
  • FIG. 4A again shows the pressure curve
  • FIG. 4B shows three examples of FIG
  • the cross section of the nozzle core is here so either rectangular or butterfly-shaped or elliptical, which is
  • FIGS. 5A and 5B show, as a fundamentally different embodiment, a nozzle 17 "of an extrusion device which passes the expanding insulating material through a nozzle 17" Aperture (Strainer) 23 discharges, again in conjunction with the
  • the nozzle 17 "comprises an approximately hemispherical expansion section 17a" which merges into a cylindrical section 17b "of larger diameter next to the feed section of constant diameter, the pinhole 23 being located at its end and thus directly at the exit of the nozzle 17" for which three different implementations are shown in FIG. 5B.
  • FIG. 5C shows, as a further embodiment, a nozzle 17 "', which has a
  • Plastic profile 1 ' which has the same shape as in the embodiment of FIGS. 3A and 3B. From the diagram in the lower part of the figure it can be seen that the pressure drop is faster here than in the embodiment of FIGS. 3A and 3B.
  • Fig. 5D shows a synoptic representation of some
  • Nozzle cross sections cross sections of the end of the necking section 17a '' ') relative to the wall of the central profile chamber 1a
  • Nozzle arrangement has a first nozzle portion 17a of great length, in which the nozzle cross section with small pitch continuously decreases, a second nozzle portion 17b of short length, in which the cross section remains constant, a third nozzle portion 17c short length, in which the nozzle cross section decreases with high pitch , a fourth
  • Nozzle section 17d of medium length in which the nozzle cross section with increased mean slope, and a fifth nozzle portion 23 having a plurality of spray openings. Furthermore, it can be seen that the
  • the additional part 24 is divided into a plurality of individual (not separately designated) plates, wherein the first nozzle portion 17a is realized by two longitudinally juxtaposed plates or body. Due to this modular structure, variations of the nozzle geometry in certain sections can be realized relatively easily without having to produce a new additional part 24 as a whole.
  • Figs. 6C and 6D show further embodiments of a particular one
  • Nozzle assembly for shaping the insulation material flow in the
  • the nozzle sections 17a and 17b are in any case functionally identical to each other and to the
  • FIGS. 6A and 6B match.
  • the nozzle portion 17b of constant width as in the embodiment of Fig. 6A, is followed by a portion 17c in which the width of the insulating discharge channel decreases with high gradient.
  • the narrow end of the nozzle portion 17c is in this embodiment at the same time the discharge opening of the nozzle.
  • a nozzle section 17B of constant width is immediately followed by a nozzle section 17d 'of increasing diameter, and on the output side there is a strainer 23.
  • the embodiment of Fig. 6D is similar to that of Fig. 6A, however, in the present case, the narrowing nozzle section has dropped on the input side of the widening nozzle section 17d ', and the
  • End cross-section of the expanding nozzle portion is chosen such that all openings of the strainer 23 are passed by discharged insulation.
  • Figs. 7A and 7B show a relation to that described above
  • Modified modified additional part 24 ' which for placement on the
  • Output of the extrusion device 13 is constructed.
  • this additional part 24 ' is in principle the same geometry of the nozzle assembly 17 as shown in Fig. 6A realized, so that the nozzle sections with the same reference numerals as there are designated.
  • Figs. 7A and 7B the modules constituting the attachment 24 'are designated by the numerals 24a' to 24f, and also the attachment bolts 25 for mounting the modules are indicated.
  • the foams tested contained a polymer blend of polystyrene and polyphenylene oxide / polyphenyl ether, a blowing agent and a nucleating agent.
  • blowing agent a mixture of n-pentane and iso-pentane was used.
  • the blowing agent is already included in the HT EPS products used.
  • the nucleating agents used were azodicarbonamide (samples 1 and 3) and talc (samples 2 and 4).
  • Table 1 The investigated compositions are shown in the following Table 1:
  • the resulting foams are characterized by a fine and very regular foam structure. Furthermore, they show little shrinkage after extrusion. These properties were determined by visual inspection.

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Abstract

Beschrieben wird ein Polymerschaum erhältlich durch Extrusion einer Zusammensetzung, die a) ein Polymerblend aus Polystyrol, Polyphenylenoxid und/oder Polyphenylether, b) mindestens ein Treibmittel, und c) mindestens ein Nukleierungsmittel umfasst, die Verwendung desselben zum Ausschäumen von Hohlkörpern, insbesondere in Form eines Fenster- oder Türprofils. Die Erfindung betrifft auch schaumgefüllte Hohlkörper, Extrudate und ein Verfahren zur Herstellung des Polymerschaums.

Description

Polymerschaum und dessen Einsatz in Hohlkörpern
Beschreibung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Polymerschaum, welcher insbesondere zum
Ausschäumen von Hohlräumen und Hohlkörpern geeignet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen schaumgefüllten Hohlkörper, welcher mit dem
Polymerschaum gefüllt ist und ein Coextrudat, wobei eine Komponente desselben der Polymerschaum ist. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines mit dem Polymerschaum ausgeschäumten Hohlkörpers.
Stand der Technik
Die Fenster- und Türindustrie muss sich in den letzten Jahren an immer neue Anforderungen in Bezug auf eine verbesserte thermische Isolation von Festern und Türen einstellen. Dies zeigt sich unter anderem in immer strengeren Richtlinien, welche die Fensterbauer und deren Lieferanten vor immer größere Herausforderungen stellen. Um diesen Anforderungen zu genügen, werden beispielsweise mit
Zweikomponentenpolyurethanschäumen gefüllte Profile vorgeschlagen, die schweißbar sind und in denen die Hohlräume fertiger Profile mit Polyurethan Schaum gefüllt werden. Dazu werden beide Polyurethankomponenten mit Hilfe von langen Spritzen unter hohem Druck in die Hohlräume des Profils injiziert und geschäumt. Problematisch bei diesen Systemen ist es jedoch, dass bei Polyurethanen ein vollständiges Abreagieren der Isocyanatmonomere nicht einfach zu realisieren ist. Dies hat Auswirkungen auf die spätere
Verarbeitbarkeit entsprechender Fensterprofile, da beim Zurechtschneiden und Anpassen der Profile Isocyanatrestmonomere freigesetzt werden können. Um dies zu verhindern müssen zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen getroffen und teure Versicherungen abgeschlossen werden. Zudem müssen die
Polyurethankomponenten vor Ort gelagert und es muss bei der Lagerung auf eine Vermeidung der Exposition mit diesen Verbindungen geachtet werden. Schließlich haben Zweikomponentenpolyurethansysteme den Nachteil, dass sie wegen möglichem freien Isocyanat in eine niedrigere Flammschutzklasse eingestuft werden müssen. In einem alternativen Ansatz wurden expandierte Polystyrolschaumkörper zunächst außerhalb des Fensterprofils hergestellt und anschließend in ein Profil eingeschoben.
Beispielsweise beschreibt die EP 0 296 408 A1 extrudierte Schäume aus Polyphenylenether/Polystyrol-Gemischen mit geringer Dichte und hoher Druckfestigkeit. Diese Schäume werden hergestellt, indem die
Ausgangsmaterialien in einem Extruder mit einem in den Ausgangsmaterialen unlöslichen Blähmittel, beispielsweise chlorierten oder fluorierten
Kohlenwasserstoffen, gemischt werden. Anschließend wird das Gemisch extrudiert, wobei sich das Material zu einem Schaumkörper ausdehnt.
Die US 4,598,101 beschreibt Schäume mit einer Dichte von weniger als 20 Ibs/ft3 auf Basis von Polyphenylenether/PolystyrolGemischen, die mit Hilfe von chlorierten Lösungsmitteln wie Dichlormethan, Chloroform oder 1 ,1 ,2- Trichlorethan geschäumt werden. Die Verwendung von chlorierten oder fluorierten Lösungsmitteln ist jedoch weger der Freistetzung dieser
Lösungsmittel in die Atmosphäre und deren Toxizität mit erheblichen
Nachteilen verbunden.
Eine Lösung für dieses Problem bietet die EP 0 937 741 A1 , nach der als Blähmittel ein Gemisch aus niedrig siedenden Ethern wie Dimethylether und Wasser eingesetzt werden soll. Dieses Blähmittelgemisch liefert nach Angaben der EP 0 937 741 A1 eine verbesserte Schaumdichte, Schaumkraft und Oberflächenform. Die Blähmittelmischung kann unter anderem zum Schäumen von Polyphenylenether/Polystyrol-Gemischen eingesetzt werden.
Verfahren zur Herstellung von expandierfähigen Granulaten sind ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt die EP 0 377 1 15 A2
Polyphenylen/Polystyrol-Harzgemische mit geringer Geruchsentwicklung, für deren Schäumung Chlorfluorkohlenstoffe als Blähmittel eingesetzt werden. Die Harzgranulate gemäß der EP 0 377 1 15 A2 werden hergestellt, indem ein Extrusionsgemisch aus Harz und Blähmittel unter den Erweichungspunkt des Harzes gekühlt und zu einem Granulat verarbeitet wird.
Ein ähnliches Verfahren zur Herstellung eines expandierbaren Granulats beschreibt auch die EP 0 305 862 A1 für Polyphenylen/Polystyrol-Harzgemi- sche. Insgesamt ist ein wie im Vorstehenden beschriebenes zweistufiges Verfahren jedoch mit dem Nachteil verbunden, dass die Herstellung von mit Schaum gefüllten Profilen mit einem erheblichen Aufwand verbunden ist und die Herstellung passgenauer Schaumkörper zusätzliche Apparaturen benötigt.
Eine Lösung für dieses Problem schlägt die WO 2009/062986 A1 vor, nach der ein schäumbares Material in Form eines Granulats während der Extrusion eines PVC-Profils in den Hohlraum des Profils eingebracht wird. Durch Kontakt mit dem noch heißen Profil wird ein im Granulat enthaltenes Treibmittel aktiviert und eine Schäumung des Materials im noch heißen PVC-Profil erreicht. Bei diesem Verfahren ist es notwendig, dass der Schaum mit dem Profilkunststoff inkompatibel ist, da es sonst zu einem unerwünschten
Verkleben des Schaums mit dem Kunststoff kommen würde. Als problematisch bei dieser Vorgehensweise hat es sich jedoch herausgestellt, dass der
Hohlraum in dem Profil mit Zusammensetzungen, die im Wesentlichen aus einem schäumbaren Basispolymer und einem Treibmittel bestehen, nicht vollständig gefüllt werden kann, da eine Schäumung erst bei Kontakt mit einer Oberfläche des Hohlprofils erfolgt. Dies führt teilweise dazu, dass der
Profilrahmen nicht gleichmäßig ausgefüllt werden kann. Als weiteres Problem, dass beim Schäumen innerhalb eines extrudierten und damit noch heißen Profils auftritt, hat es sich herausgestellt, dass
insbesondere dünne Profilwände während der Expansion des Schaums stark deformiert werden können. Schließlich besteht ein Nachteil existierender Schaumzusammensetzungen darin, dass sich der Schaum während des Abkühlens wieder zusammenzieht, so dass eine vollständige Ausfüllung des Hohlraums nur schwer zu gewährleisten ist und Hohlräume entstehen, die die Wärmeleitfähigkeit des Profils erhöhen. Es ist demnach bekannt, Hohlräume mit Schaumstoffen zu dämmen.
Grundsätzlich kann man den Schaumstoff dabei, in Abhängigkeit von der geometrischen Konfiguration des zu dämmenden Hohlraums oder
Hohlraumkörpers sowie den Verarbeitungseigenschaften des eingesetzten Materials, als separat vorgefestigtes Teil in den Hohlkörper oder Hohlraum einsetzen und in einem nicht-expandierten Ausgangszustand am
Applikationsort einbringen und dort zur Expansion bringen, insbesondere zum Aufschäumen. Beide grundsätzlichen Vorgehensweisen sind für die
Herstellung von mit Dämmstoff ausgefüllten Fenster- oder Türprofilen bekannt geworden. Entweder fertigt man aus dem entsprechenden Dämmstoff ein eigenständiges Profil und führt dieses in das vorgefertigte Rahmenprofil ein, oder man spritzt Ausgangsmaterial in das Rahmenprofil ein und lässt es nach einer entsprechenden Aktivierung dort expandieren. Ein Verfahren der letzteren Art ist in der vorstehend genannten WO 2009/062986 A1
beschrieben. Darin wird insbesondere auch vorgeschlagen, das expandierbare Ausgangsmaterial zur Bildung des das Profil ausfüllenden Dämmstoffs durch die Abwärme des praktisch gleichzeitig extrudierten Kunststoff-Rahmenprofils zu aktivieren. Insbesondere aus der Perspektive eines Fenster- oder
Türenherstellers haben beide Lösungen Nachteile. Insbesondere sind diese Nachteile bei der ersten Variante logistischer Art und bei der zweiten Variante müssen anspruchsvolle Verfahren der Kunststofftechnologie im eigenen
Betrieb ausgeführt und das entsprechende Equipement vorgehalten werden. Die EP 0 265 788 B1 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung expandierter Teilchen aus Polyphenylenetherharz-Zusammensetzungen mit niedriger Dichte, worin das Polyphenylenetherharz mit bis zu 98 Gew.-% eines alkylenaromatischen Harzes, bezogen auf das Gewicht der beiden Harze zusammengenommen, vermischt ist. Dieses Verfahren ist dadurch
gekennzeichnet, dass ein Treibmittel in der Harzzusammensetzung vorliegt, und dass die Teilchen der Harzzusammensetzung mit gesättigtem Dampf expandiert werden. Dieses Verfahren und die mit diesem erhaltenen Teilchen haben aber den Nachteil, dass relativ teure Ausgangsverbindungen zum Einsatz kommen. Ferner bieten die erhaltenen Teilchen als sogenannte
Einschieblinge keine Vorteile gegenüber dem kostengünstigerem expandierten Polystyrol.
Die WO 201 1/062632 A1 beschreibt die Schäumung von Polyvinylchlorid. Die Dichte des hierbei erhaltenen Schaumes ist jedoch nicht zufriedenstellend.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, obige Nachteile zu beheben, insbesondere einen Polymerschaum zur Verfügung zu stellen, der so beschaffen ist, dass er den Hohlraum möglichst gleichmäßig ausfüllt ohne die Profilwände signifikant zu verformen und sich während des Abkühlens nicht merklich zusammenzieht. Es soll auch möglich sein, während der Herstellung von Kunststoffprofilen den Polymerschaum direkt in die noch heißen extrudierten Profile einzubringen, beispielsweise durch direkte Coextrusion, und somit eine kostengünstige Alternative zum nachträglichen "Einschieben" von vorgeformten Schäumen in das Profil zu schaffen. Ferner soll eine gute Isolierung ermöglicht werden und es soll möglichst keine Anhaftung am Profil erfolgen, was hinsichtlich der Recyclebarkeit ungünstig wäre.
Diese Aufgabe wird durch einen Polymerschaum gemäß Anspruch 1 gelöst. Dieser ist durch Extrusion einer Zusammensetzung, die a) ein Polymerblend aus Polystyrol, Polyphenylenoxid und/oder Polyphenylether, b) mindestens ein Treibmittel und c) mindestens ein Nukleierungsmittel umfasst, erhältlich. Der Kern der Erfindung liegt demzufolge im Einsatz einer speziellen
Zusammensetzung, die mittels Extrusion in den erfindungsgemäßen
Polymerschaum übergeführt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Polymerblend um ein Polymerblend aus Polystyrol und Polyphenylenoxid.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Polymerblend um ein Polymerblend aus Polystyrol und Polyphenylether.
Schließlich stellt ein Polymerblend aus Polystyrol, Polyphenylenoxid und Polyphenylether eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar. Die drei im Polymerblend einsetzbaren Polymere (Polystyrol, Polyphenylenoxid und Polyphenylether) sind vollständig ineinander mischbar. Das Polymerblend besitzt nur eine Glasübergangstemperatur Tg, die vorzugsweise im Bereich von etwa 1 10°C bis 210°C, besonders bevorzugt im Bereich von etwa 140°C bis etwa 170°C, liegt. Durch Variation der einzelnen Komponenten bzw. deren Anteilen im Polymerblend kann die Tg auf den gewünschten Wert eingestellt werden.
Die Glasübergangstemperatur Tg wurde wie folgt bestimmt:
- Methode: DMA (dynamic mechanical analysis)
- Gerät: Mettler Toledo DMA/SDTA861 e
- Verformungsmodus: Scherung
- Durchführung: Temperaturscan bei fester Frequenz; 30-250°C mit 5°C/min Heizrate gemessen bei einer Frequenz von 1 Hz. Maximale Auslenkung (Amplitude) war 10 Mikrometer und maximale Lastamplitude 0.1 N
- Tg wurde bestimmt anhand des Maximum (Peak) vom Verlustfaktor tan(d); d=delta. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Glasübergangstemperatur Tg an die Extrusionstemperatur angepasst. Anpassen bedeutet, dass die
Glasübergangstemperatur Tg etwa 20°C bis 40°C, bevorzugt etwa 30°C bis 40°C, unter der Extrusionstemperatur liegt.
Der Einsatz des Polymerblends führt zu dem Vorteil, dass die Theologischen Eigenschaften der Zusammensetzung derart angepasst werden können, dass das Schäumungsverhalten bei den gegebenen Verfahrensbedingungen, beispielsweise einer Extrusionstemperatur von etwa 200°C, gegenüber bisher eingesetzten Formulierungen vorteilhaft ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zusammensetzung, welche zum Polymerschaum extrudiert wird, bereits vor der Extrusion mit einem Treibmittel beladen. Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Nukleierungsmittel ebenfalls vor der Extrusion der zu extrudierenden Zusammensetzung zugegeben wird.
Beispielsweise können die EPS - Produkte (expandable polystyrene) der Firma Synbra Technology bv, insbesondere deren HT EPS - Produkte (high temperature expandable polystyrene), eingesetzt werden, falls diesen mindestens ein Nukleierungsmittel zugegeben wird. Bevorzugte Produkte sind HT EPS 600, HT EPS 800 und HT EPS 1000, alle erhältlich von Synbra
Technology bv. Bei den Produkten der Firma Synbra Technology bv handelt es sich um diejenigen Produkte, die am 23. Oktober 2012 käuflich erhältlich waren. Das heisst es wird vorzugsweise nicht zuerst die Polymermatrix
aufgeschmolzen und in einem zweiten Schritt das Treibmittel hinzugegeben bevor das Material direkt zum Schaum extrudiert wird, sondern die Beladung der Zusammensetzung mit Treibmittel und/oder Nukleierungsmittel erfolgt bereits vor Extrusion.
Das Polymerblend stellt in der Regel die Hauptkomponente der
Zusammensetzung dar, wobei dessen Anteil, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, vorzugsweise etwa 50 bis 95 Gew.-% beträgt. Besonders bevorzugt liegt der Gehalt an Polymerblend im Bereich von etwa 70 bis 95 Gew.-%.
Der Anteil des Polyphenylenoxids und/oder der Anteil des Polyphenylethers beträgt vorzugsweise etwa 40 bis 80 Gew.-%, insbesondere bis zu etwa 60 Gew.-%, bezogen auf das Polymerblend.
Bei dem mindestens einen Treibmittel kann es sich um ein physikalisches und/oder chemisches Treibmittel handeln. Der Einsatz eines physikalischen Treibmittels ist bevorzugt, da dieses, verglichen mit Stickstoff und
Kohlenstoffdioxid, die üblicherweise bei chemischen Treibmitteln gebildet werden, eine verbesserte Löslichkeit in der Polymermatrix aufweist, was insbesondere für die kurzkettigen Alkane, wie Propan, Butan, Pentan, Heptan und Octan gilt. Ferner führt der Einsatz eines physikalischen Treibmittels aufgrund dessen Molekülgröße zu einer verbesserten Wärmeleitfähigkeit und die Diffusionsgeschwindigkeit der Gasmoleküle durch das Polymer wird verringert, wodurch das Volumen besser gehalten werden kann, d. h. weniger Schrumpfung auftritt. Ein Vorteil des Einsatzes eines physikalischen
Treibmittels liegt auch im Wegfall der komplexen Reaktionen und der bekannten Nebeneffekte (beispielsweise zusätzlicher Energieeintrag), welche chemische Treibmittel mit sich bringen.
Als physikalisches Treibmittel können bekannte physikalische Treibmittel eingesetzt werden, es ist jedoch von Vorteil, wenn das physikalische
Treibmittel ein Kohlenwasserstoff ist, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe umfassend Pentan, Heptan, Octan, Nonan und/oder Decan sowie deren Isomeren. Auch können HFC-Gase, wie beispielsweise Formacel 1 100 von DuPont, zum Einsatz kommen. Insgesamt ist der Einsatz halogenierter Kohlenwasserstoffe aber weniger bevorzugt, so dass in einer bevorzugten Ausführungsform das Treibmittel in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung aus Kohlenwasserstoffen besteht. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem physikalischen Treibmittel um ein Gemisch aus n-Pentan und iso-Pentan. Vorzugsweise werden n-Pentan und iso-Pentan in einem Verhältnis von etwa 3:1 bis etwa 4:1 eingesetzt.
Der Anteil des physikalischen Treibmittels, bezogen auf die gesamte
Zusammensetzung, beträgt etwa 2 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise etwa 3 bis 10 Gew.-%, und besonders bevorzugt etwa 5 bis 9 Gew.-%. Anstelle des physikalischen Treibmittels kann auch ein chemisches Treibmittel zum Einsatz kommen. Das chemische Treibmittel ist vorzugsweise aus der Gruppe umfassend Azodicarbonamide, Sulfohydrazide, Hydrogencarbonate und/oder Carbonate ausgewählt. Das chemische Treibmittel wird, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, vorzugsweise in einer Menge von etwa 5 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Menge von etwa 12 bis 16 Gew.-%, eingesetzt.
Neben dem Polymer und dem mindestens einen Treibmittel umfasst die Zusammensetzung aus der mittels Extrusion der erfindungsgemäße
Polymerschaum erhalten wird, mindestens ein Nukleierungsmittel. Das mindestens eine Nukleierungsmittel ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend CaCO3 (Kreide), Talk, Russ, Graphit, Titandioxid und/oder mindestens einem chemischen Treibmittel (wie vorstehend definiert). Das heisst, als Nukleierungsmittel kann auch ein chemisches Treibmittel eingesetzt werden. Dieses kommt jedoch nur dann zum Einsatz, wenn es sich bei dem mindestens einen Treibmittel um ein physikalisches Treibmittel und nicht um ein chemisches Treibmittel handelt. Das chemische Treibmittel trägt hierbei zu einem geringen Teil zur Expansion bei. Der Einsatz des mindestens einen Nukleierungsmittels verbessert die
Schaumstruktur. CaCO3 (Kreide) wird vorzugsweise in einer Menge von bis zu etwa 15 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Zusannnnensetzung eingesetzt. Talk wird
vorzugsweise in einer Menge von bis zu etwa 7 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, eingesetzt. Kommt als Nukleierungsmittel ein chemisches Treibmittel zum Einsatz, dann wird dieses, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, vorzugsweise in einer Menge von bis zu etwa 1 ,5 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu etwa 1 ,0 Gew.-%, eingesetzt. Russ, Graphit und/oder Titandioxid werden vorzugsweise in einer Menge von bis zu etwa 5 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, eingesetzt.
Die Zusammensetzung, aus der der erfindungsgemäße Polymerschaum durch Extrusion erhältlich ist, kann weitere übliche Bestandteile enthalten. So kann beispielsweise mindestens ein Flammschutzmittel, mindestens ein
Wärmereflektor, mindestens ein Wärmeverlustadditiv, mindestens ein
Antioxidanz vorliegen und/oder mindestens ein Antikondensationsadditiv. Bei dem Flammschutzmittel handelt es sich vorzugsweise um Aluminiumtrihydrat, Hexabromocyclododecan, Tetrabrombisphenol A und/oder polybromierten Diphenylether. Zweckmäßige Wärmereflektoren sind Russ, Graphit und/oder Titandioxid, die, wie vorstehend erwähnt, auch als Nukleierungsmittel eingesetzt werden können. Geeignete Antioxidanzien sind beispielsweise sterisch gehinderte Phenole. Vorzugsweise kann die Zusammensetzung auch mit mindestens einem Oberflächenantistatikum beschichtet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Zusammensetzung, aus der der erfindungsgemäße Polymerschaum durch Extrusion erhältlich ist, a) mindestens etwa 70 Gew.-% eines Polymerblends aus Polystyrol,
Polyphenylenoxid und/oder Polyphenylether,
b) etwa 5 bis 9 Gew.-% eines physikalischen Treibmittels, und
c) etwa 1 bis 6 Gew.-% mindestens eines Nukleierungsmittels.
Es ist entscheidend, dass der erfindungsgemäße Polymerschaum durch Extrusion der vorstehend geschilderten Zusammensetzung erhalten wird. Schaumbildung durch Extrudieren hat gegenüber der Schaumbildung mittels Einsatz von Wasserdampf verschiedene Vorteile. So können mittels
Wasserdampf Formteile nur in einem Batch verfahren hergestellt werden und nicht in einem kontinuierlichen Verfahren. Mittels Wasserdampf können keine Endloskörper erhalten werden. Hinzu kommt, dass durch die Extrusion kein Vorschäumen und Auslagern, was mehrere Verfahrensschritte erfordert, nötig ist. Auch ist der erfindungsgemäße Polymerschaum, der mittels Extrusion der vorstehend geschilderten Zusammensetzung erhalten wird, weniger energieintensiv und damit kostengünstiger erhältlich. Schließlich bleibt das Treibmittel im erfindungsgemäßen Polymerschaum länger eingeschlossen als in bekannten Partikelschäumen, was zu einer Verbesserung der Islolation führt. Das Extrudieren liefert einen kontinuierlichen und homogenen Strang.
Die Extrusion kann in einer üblichen Extrusionsvorrichtung durchgeführt werden. Die Temperatur sollte zwischen 50 und 350°C, vorzugsweise zwischen 80 und 220 °C, liegen. Die Druckverhältnisse sollten mindestens etwa 30 bar, besonders bevorzugt etwa 50 bar, betragen. Vorzugsweise weist die Extrusionsvorrichtung eine derartige Düsengeometrie auf, dass es am Auslass der Extrusion zu einem abrupten Druckabfall kommt. Der Druckabfall wird vorzugsweise an die reologischen Eigenschaften des Polymerschaums angepasst. Ein Druckabfall von größer etwa 30 bar, vorzugsweise größer etwa 40 bar, auf Umgebungsdruck, d.h. 1 bar, in weniger als 1 Sekunde, vorzugsweise in weniger als 0,5 Sekunden und besonders bevorzugt in weniger als 0,25 Sekunden, ist besonders vorteilhaft. Je schneller der
Druckabfall erfolgt, desto besser ist die Schaumstruktur. Um einen derartigen abrupten Druckabfall zu erhalten, kann eine entsprechend konfigurierte Düse eingesetzt werden. Beispiele derartiger Düsen sind den Figuren 5A und 5C zu entnehmen. Besonders bevorzugte Vorrichtungen sind nachstehend erläutert und in den Figuren gezeigt, wobei der Teil der Vorrichtung, der die Verschmelzung des thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoffs betrifft, hier entfällt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße
Polymerschaunn eine Dichte von 15-100 kg/m3, vorzugsweise von 20-60 kg/m3 und ganz besonders bevorzugt von 25-30 kg/m3 auf. Der erfindungsgemäße Polymerschaum weist ferner vorzugsweise eine
Wärmeleitfähigkeit von < 0,04 W/(mK), eine Expansion von > 1000%, insbesondere von > 2000%, und/oder eine Schweißbarkeit bei 240 bis 260°C während etwa 80 sec. auf. Bei der Schweißbarkeit des Polymerschaums ist es entscheidend, dass bei der Verschweißung beispielsweise von PVC-Profilen, die mit dem Polymerschaum gefüllt sind, keine Rückstände auf dem
Schweißspiegel verbleiben. Durch die Verschweißung soll es demnach zu keiner Schwächung der mechanischen und optischen Eigenschaften kommen. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von teflonbeschichteten Schweißspiegeln. Zusätzlich ist der Polymerschaum vorzugsweise durch mindestens eine weitere im Folgenden aufgezählte Eigenschaft gekennzeichnet:
- Recyclingfähigkeit
- Minimales Schrumpfverhalten
- Kein Verbiegen von Stegen im Profil bzw. Verformen von Kammern des Profils
- Keine Abminderung der Eckfestigkeit
- Wasseraufnahme analog PVC
- Gasentwicklung während der Expansion unbedenklich
- Keine oder nur minimale Schädigung von PVC während des
Schäumungsvorgangs
- Kein Materialaufbau im Werkzeug oder Werkzeugaufsatz
- Geruchsneutral
- Hitzestabil über lange Zeit
- Keine besonderen Arbeits- oder Lagervorschriften beim Profilhersteller.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Polymerschaum alle der vorstehend genannten Eigenschaften auf. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Hohlkörper mit einem Hohlraum, in den der erfindungsgemäße Polymerschaum eingebracht wird. Bei dem Hohlkörper mit Hohlraum handelt es sich vorzugsweise um Fenster- oder Türprofile. Ferner ist es bevorzugt, wenn der Hohlraum, in den der erfindungsgemäße Polymerschaum eingebracht wurde, vollständig mit diesem gefüllt ist.
Kunststoffprofile können vorteilhafterweise auch durch ein Verfahren, bei dem eine wie vorstehend beschriebene Zusammensetzung während der Extrusion des Profils in mindestens einen der Hohlräume des Profils eingebracht und aufgeschäumt wird, hergestellt werden.
Bei der Extrusion von Hohlkörpern mit Hohlräumen, insbesondere Fenstern, herrschen verhältnismäßig hohe Temperaturen. Diese unterscheiden sich auch je nach Verarbeiten Für eine Schaumextrusion ist es daher von Vorteil, dass die Materialeigenschaften an diese verhältnismäßig hohen Temperaturen angepasst werden. Mit der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung, aus der der erfindungsgemäße Polymerschaum durch Extrusion erhältlich ist, ist es möglich, sich den erforderlichen Temperaturen anzupassen. Dies kann durch Variation der Bestandteile des Polymerblends und insbesondere durch
Variation der Verhältnisse von Polystyrol, Polyphenylenoxid und/oder
Polyphenylether erreicht werden. Die vorliegende Erfindung führt daher zu dem Vorteil, dass die Zusammensetzung, aus der der erfindungsgemäße
Polymerschaum erhältlich ist, bei hohen Extrusionstemperaturen,
beispielsweise bei Temperaturen von 160 bis 210°C und besonders bevorzugt von 180 bis 200°C, geschäumt werden kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines mit dem vorstehend genannten Polymerschaum als Dämmstoff ausgeschäumten Hohlkörpers oder Hohlraums, wobei eine Zusammensetzung, die a) ein Polymerblend aus Polystyrol, Polyphenylenoxid und/oder Polyphenylenether, b) mindestens ein Treibmittel, und c) mindestens ein Nukleierungsmittel umfasst, einer Extrusionsvorrichtung zugeführt, in dieser unter Druck aktiviert und beim Austrag aus dieser in den Hohlkörper oder den Hohlraum mit derart hohem Volumenausdehnungsgradienten expandiert wird, dass der durch die Expansion gebildete Dämmstoff den Querschnitt des Hohlkörpers oder Hohlraums beim Eintritt unverzögert, vorzugsweise vollständig, ausfüllt. Für bevorzugte und optionale weitere Bestandteile der Zusammensetzung wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist bereits vor der Aktivierung ein gewisser Druck vorhanden, um so ein frühzeitiges Aufschäumen zu
verhindern. Dies ist insbesondere bei Einsatz von physikalischen Treibmitteln vorteilhaft. Hier sollte der Druck bereits an derjenigen Stelle erzeugt werden, an der die Zusammensetzung, aus der der erfindungsgemäße Polymerschaum erhältlich ist, noch nicht aufgeschmolzen ist. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, dass die Schneckenkonfiguration im Extruder derart ausgestaltet ist, dass die Gangtiefe der Schnecke vor dem Aufschmelzen etwa im Bereich der Größe der Zusammensetzung, aus der der erfindungsgemäße Polymerschaum durch Extrusion erhältlich ist, liegt. Ferner ist es von Vorteil, dass die Extrusionsgeschwindigkeit des
Kunststoffmaterials und der Zusammensetzung aus der der erfindungsgemäße Polymerschaum mittels Extrusion erhältlich ist, aneinander angepasst sind. Dies gilt insbesondere, da der Expansionsgrad vorzugsweise über die Menge an Treibmittel gesteuert wird.
In einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Kunststoff-Extrusionsvorrichtung in Art eines Extruders oder einer
Spritzgießmaschine 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. In einer aus aktueller Sicht unter Umweltschutzaspekten und wirtschaftlich besonders wichtigen Ausgestaltung ist der Hohlkörper ein aus einem
Kunststoffmaterial extrudiertes Profil, und der Dämmstoff wird in einem
Coextrusionsprozess zugleich mit der Bildung des Kunststoffprofils, bevorzugt eines Kunststoffprofils auf Basis von Polyvinylchlorid, in dieses eingebracht. Grundsätzlich ist die Erfindung aber auch mit stranggepressten Metallprofilen für Fenster- und Türrahmen und darüber hinaus bei andersartigen Produkten einsetzbar, etwa zur in-situ-Abdichtung von Fugen oder Dämmung von
Hohlräumen in Baukörpern oder zur Fugenabdichtung und Dämmung von Profilen oder anderen Hohlräumen im Fahrzeug-, Flugzeug- und Schiffbau. Die Einbringung des Dämmstoffs in das Profil erfolgt vorteilhafterweise derart, dass er den entsprechenden Hohlraum praktisch sofort, vorzugsweise im
Wesentlichen vollständig, ausfüllt. Bei dem Hohlraum kann es sich um die Kammer eines Einkammerprofils oder eine Kammer eines Mehrkammerprofils handeln, wobei eine oder mehrere verbleibende Kammern durchaus frei von Dämmstoff sein können.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine
Kunststoff-Extrusionsvorrichtung mit mindestens einer Förderschnecke eingesetzt wird und die Kunststoff-Extrusionsvorrichtung derart konfiguriert ist sowie die mechanischen Eigenschaften des Ausgangsmaterials derart vorbestimmt sind, dass hohe Drücke und/oder Scherkräfte auftreten, die ein vorzeitiges Aufschäumen des Materials verhindern und/oder zu einer thermischen Aktivierung des Ausgangsmaterial mindestens beitragen. Bei dieser Ausgestaltung kann man u. U. ohne zusätzliche Heizeinrichtung der Kunststoff-Extrusionsvorrichtung auskommen und besonders energiesparend arbeiten. In einer anderen Ausgestaltung wird eine Kunststoff- Extrusionsvorrichtung 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 der Extrusionsvorrichtung durch eine spezielle Düsengeometrie gesteuert. Applikations-angepasste und auf den speziellen Dämmstoff (bzw. dessen Ausgangsmaterial) zugeschnittene
Düsengeometrien ermöglichen eine präzise Steuerung des
Expansionsvorganges, und die Realisierung in einem Zusatzteil zur
eigentlichen Extrusionsvorrichtung 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 ein Konstanthalten des Querschnitts über eine kleine Länge und dann eine graduelle Querschnittsverringerung mit großem
Gradienten über eine kleine Länge realisiert, bevor der Austrag in den
Hohlkörper oder Hohlraum erfolgt. Statt des letzten Schrittes oder auch anschließend an diesen kann eine graduelle Querschnittsvergrößerung mit mittlerem Gradienten über eine mittlere Länge und schließlich ein Austritt durch einen Sprühkopf mit einer Mehrzahl von Sprühöffnungen realisiert werden. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Figuren 5A und 5C gezeigt. 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 genannten Phasen mit den jeweils zugeordneten geometrischen Charakteristika vorliegen müssen. Wichtig ist allerdings, dass am Auslass ein abrupter Druckabfall erfolgt.
Es ist von Vorteil, wenn der Zwischenraum, welcher beim Füllen des Profils mit dem Schaum gleich bei der Düse entsteht, mittels einer zusätzlichen
Zuführung durchs Werkzeug be- oder entlüftet werden kann (Entgasung). Diese kann unter Umständen auch mit einem regelbaren Druckventil ausgerüstet sein. Damit wird verhindert, dass in dem Zwischenraum zwischen Profilkammer und Schaum ein übermässiger Unter- bzw. Überdruck entsteht, welcher zu einer unerwünschten Deformation des Kunststoffprofils führen kann. Die Erfindung betrifft auch die mit vorstehend genannten Verfahren enthaltenen Hohlkörper oder Hohlräume.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Extrusion von zwei (Polymerschaum und Platte/Plattenprofil) und/oder drei Komponenten (Sandwichpanels), wobei der vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Polymerschaum zum Einsatz kommt. Hierbei kann der Polymerschaum mittels geeigneter Additive, wie beispielsweise
niedermolekularen, aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen mit vergleichsweise hoher Tg (Tackifier), derart haftend gemacht werden, dass ein fester und beständiger Verbund zwischen Kunststoffprofil und Polymerschaum entsteht. Der Polymerschaum wird dabei unter Umständen direkt "in Luft" extrudiert, das heißt ohne Kontakt zu einer äußeren Begrenzung wie im Falle der Hohlräume. Daraus ergeben sich weitere Anwendungsgebiete, wie zum Beispiel Sidings, welche vor allem im Häuserbau für den Fassadenbau herangezogen werden. Hier fungiert der erfindungsgemäße Polymerschaum als thermische Isolationsschicht.
Beschreibung der Zeichnungen
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden Figuren. Von diesen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, in Art einer Längsschnittdarstellung durch eine Coextrusions- Anordnung,
Fig. 2 skizzenartige Querschnittsdarstellungen einer einfachen
Profilgeometrie und von Düsenquerschnitten einer Kunststoff-Extrusionsvorrichtung gemäß Ausführungen der Erfindung,
Fig. 3A und 3B schematische Darstellungen (Längsschnittdarstellung) mit grafischer Darstellung eines zugehörigen Druckverlaufes
(Fig. 3A) und Querschnittsdarstellungen längs einer Schnittebene in Fig. 3A (Fig. 3B) zur Erläuterung einer weiteren Ausführung der Erfindung, Fig. 4A und 4B schematische Darstellungen (Längsschnittdarstellung) mit grafischer Darstellung eines zugehörigen Druckverlaufes (Fig. 4A) und Querschnittsdarstellungen längs einer Schnittebene in Fig. 4A (Fig. 4B) zur Erläuterung einer weiteren Ausführung der Erfindung,
Fig. 5A und 5B schematische Darstellungen (Längsschnittdarstellung) mit grafischer Darstellung eines zugehörigen Druckverlaufes (Fig. 5A) und Querschnittsdarstellungen längs einer Schnittebene in Fig. 5A (Fig. 5B) zur Erläuterung einer weiteren Ausführung der Erfindung,
Fig. 5C und 5D schematische Darstellungen einer weiteren Ausführung,
Fig. 6A bis 6D Längsschnittsdarstellungen bzw. eine Draufsicht auf ein
Zusatzteil einer Kunststoff-Extrusionsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung und
Fig. 7A und 7B eine Längsschnittdarstellung bzw. perspektivische Ansicht eines Zusatzteils einer Kunststoff-Extrusionsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung. In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Koextrusions-Verfahren zur Herstellung von Kunststoffprofilen 1 mit einem geschäumten Dämm-Kern 2 schematisch dargestellt. Dabei wird der Trichter 3 eines ersten Extruders 4 mit einem festen,
thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoff 5 gefüllt. Dieser Kunststoff kann in beliebiger Form vorliegen. Insbesondere liegt der Kunststoff als Granulat oder als Pulver vor. Der Kunststoff wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 150 °C bis 350 °C, insbesondere von 170 °C bis 260 °C, bevorzugt von 180 °C bis 220 °C, extrudiert. Der Kunststoff 5 gelangt durch den Trichter 3 in das Innere des ersten Extruders 4. Hier wird der Kunststoff mittels einer Förderschnecke 6, welche durch einen Motor 7 über ein Getriebe 8 betrieben wird, in Richtung einer Düse 9 gefördert und gleichzeitig durch Heizelemente 10, welche am ersten Extruder angebracht sind, von außen auf eine Temperatur über seinen Schmelzpunkt beheizt, wodurch der Kunststoff schmilzt. Der aufgeschmolzene Kunststoff 5' wird durch die Düse 9, welche etwa die Querschnittsgestalt des herzustellenden Profils aufweist, gepresst.
Parallel dazu wird schäumbares Material 1 1 , d.h. die vorstehend beschriebene Zusammensetzung, insbesondere in Form von Granulat, in den Trichter 12 eines zweiten Extruders 13 gefüllt und gelangt dann über diesen ins Innere des zweiten Extruders. Das schäumbare Material 1 1 wird mittels einer
Förderschnecke 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 und des Schneckenzylinders werden dabei gezielt hohe Drücke und Scherkräfte erzeugt, die zu einem Erweichen und einer Aktivierung des ursprünglich festen Granulats führen, und eine zusätzliche vorgesehene Heizeinrichtung 18 unterstützt diesen Vorgang. An der Düse 17 wird das aktivierte schäumbare Material 1 1 ' unter nahezu schlagartiger Expansion, die durch eine spezielle geometrische Konfiguration der Düse gesteuert wird, in den Hohlraum des Kunststoffhohlprofils 1 a coextrudiert, wo es mit den Innenwänden des Kunststoffholprofils in Berührung kommt. Das Einführen des Kunststoffprofils 1 in eine Kalibriereinrichtung 19 soll dabei gewährleisten, dass das Kunststoffhohlprofil bis zum Erstarren des Kunststoffs nicht durch den Druck des eingeschäumten Materials verformt wird, sondern seine vorgegebene Querschnittsgestalt beibehält. Dies gilt insbesondere für die Außenwände.
Nach der Kalibriereinrichtung 19 durchläuft das Kunststoffprofil 1
gegebenenfalls eine separate Kühleinrichtung, wobei es beispielsweise in ein Wasserbad gelangt oder von Wasserduschen besprüht wird. Am Ende des Coextrusions-Verfahrens wird über eine Abzugseinrichtung 20 das
Kunststoffprofil 1 bei einer konstanten, an die Förderleistung der Extruder angepassten, Geschwindigkeit, abgezogen.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Figuren 2 - 7B
Ausführungsbeispiele und -aspekte des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer hierzu einsetzbaren Extrusionsvorrichtung erläutert. 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.
Fig.2 zeigt in drei schematischen Querschnittsdarstellungen jeweils die
Wandung 1 a eines im Querschnitt rechteckigen Kunststoffprofils mit Beispielen von Querschnittsformen eines formprägenden Abschnitts der Düse 17 des zweiten Extruders nach Fig. 1 . In der linken Darstellung korrespondiert die Querschnittsgestalt der Düse 17 mit derjenigen des Profils. Um eine
verbesserte Füllung eines derartigen Profils in den Eckbereichen zu erreichen, werden Modifikationen der Querschnittsgestalt der Düse vorgeschlagen, die aus der mittleren und rechten Darstellung ersichtlich sind. Beiden gemeinsam ist ein Einzug der Düsenform in den Mittenbereichen der Begrenzungsflächen oder, anders gesagt, eine schmetterlingsartige Aufweitung zu den
Eckbereichen hin. Fig. 3A und 3B zeigen beispielhafte Geometrien einer Austragdüse 17 in schematischer Längs- bzw. Querschnittsdarstellung zusammen mit einem in mehrere Kammern untergliederten Kunststoffprofil V mit einem Dämmkern 2 in einer Kammer 1 a. Am Ausgang der Düse sind hier zusätzlich Stahl-Leitbleche 21 zur seitlichen Begrenzung des expandierenden Dämmstoffs auch nach Verlassen der Düse und zur Verminderung seines Anhaftens an die
Profilwandung vorgesehen. In der Düse selbst ist ein Düsen- bzw. Spritzkern (Mandrel) 22 zur Vorprägung der Gestalt vorgesehen, in der das aktivierte Ausgangsmaterial 1 1 ' zum fertigen Dämmstoff 2 expandiert. In Fig. 3A ist zu erkennen, dass der Düsenkern 22 in Längserstreckung doppelt-konisch geformt ist, und Fig. 3B zeigt, als Querschnittsdarstellung längs der
Schnittebene A' in Fig. 3A, zwei verschiedene Querschnittsformen (in
Anlehnung an die linke und mittlere Variante in Fig. 2). Die grafische
Darstellung im unteren Teil von Fig. 3A zeigt den Druckverlauf am Ausgang der Extrusionsvorrichtung.
Fig. 4A und 4B zeigen eine ähnliche Düsenanordnung wie in Fig. 3A und 3B in Verbindung mit dem gleichen Kunststoffprofil V. Die wesentlichen
Unterschiede bestehen darin, dass der Düsenkern 22 hier in seinen zentralen Abmessungen wesentlich kleiner dimensioniert ist und die Düse 17' (neben einem ersten Abschnitt konstanten Durchmessers, der nicht gesondert bezeichnet ist) einen Einschnürungsabschnitt 17a' mit einem sich
anschließenden Aufweitungsabschnitt 17b' umfasst, wobei der schlanke Düsenkern 22 im letzteren sitzt. Im unteren Teil von Fig. 4A ist wiederum der Druckverlauf dargestellt, und Fig. 4B zeigt drei Beispiele von
Querschnittsgeometrien der Düse 17' und des Düsenkerns 22 längs der Schnittebene A'. Der Querschnitt des Düsenkerns ist hier also entweder rechteckig oder schmetterlingsförmig oder elliptisch, womit sich
unterschiedliche Effekte hinsichtlich der Füllung des Kunststoffprofils mit dem Dämmstoff erzielen lassen.
Fig. 5A und 5B zeigen als grundsätzliche andere Ausführung eine Düse 17" einer Extrusionsvorrichtung, die den expandierenden Dämmstoff durch eine Lochblende (Strainer) 23 austrägt, wiederum in Verbindung mit dem
Kunststoffprofil V, das bereits in Fig. 3A und 4A gezeigt wurde. Die Düse 17" umfasst hier neben dem Zuführungs-Abschnitt mit konstantem Durchmesser einen annähernd halbkugeligen Aufweitungs-Abschnitt 17a", der in einen zylindrischen Abschnitt 17b" größeren Durchmessers übergeht. An dessen Ende und somit direkt am Ausgang der Düse 17" sitzt die Lochblende 23, für die in Fig. 5B drei verschiedene Realisierungen gezeigt sind. Die rechte
Darstellung unterscheidet sich von beiden anderen darin, dass die Öffnungen der Lochblende im Querschnitt nicht kreisförmig, sondern sternförmig
ausgeführt sind.
Fig. 5C zeigt als weitere Ausführung eine Düse 17"', die einen
Einschnürungsabschnitt (Abschnitt mit linear schnell abnehmendem
Durchmesser) 17a'" umfasst und insoweit der Düse 17' aus Fig. 4A entspricht. Jedoch ist bei der vorliegenden Ausführung kein Düsenkern vorhanden, sondern der aus dem Einschnürungsabschnitt 17a'" austretende Dämmstoff 2 expandiert ohne eine zentrale Führung in die zentrale Kammer 1 a des
Kunststoffprofils 1 ', das die gleiche Gestalt wie bei der Ausführung nach Fig. 3A und 3B hat. Aus dem Diagramm im unteren Teil der Figur ist zu entnehmen, dass der Druckabfall hier schneller verläuft als bei der Ausführung nach Fig. 3A und 3B. Fig. 5D zeigt in einer synoptischen Darstellung einige
Düsenquerschnitte (Querschnitte des Endes des Einschnürungsabschnitts 17a'"), im Verhältnis zur Wandung der zentralen Profilkammer 1 a. Fig. 6A und 6B zeigen einen speziellen Düsenaufbau der
Extrusionsvorrichtung, der in einem am Vorrichtungs-Ausgang einzusetzenden Zusatzteil 24 realisiert ist. In Fig. 6A 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 23 mit einer Vielzahl von Sprühöffnungen. Des Weiteren ist zu erkennen, dass zur
Realisierung dieser Düsenabschnitte das Zusatzteil 24 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 24 als Ganzes fertigen zu müssen. Fig. 6C und 6D zeigen weitere Ausführungsformen eines speziellen
Düsenaufbaus zur Formung des Dämmstoff-Materialflusses in der
Extrusionsvorrichtung. In beiden Ausführungen stimmen die Düsenabschnitte 17a und 17b jedenfalls funktionswesentlich miteinander und mit den
Ausführungen nach Fig. 6A und 6B überein. Bei der Düse 17' nach Fig. 6C folgt auf den Düsenabschnitt 17b mit konstanter Weite - ebenso wie bei der Ausführung nach Fig. 6A - ein Abschnitt 17c, in dem die Weite des Dämmstoff- Austragkanals sich mit hohem Gradienten verringert. Das enge Ende des Düsenabschnitts 17c ist bei dieser Ausführung zugleich die Austragöffnung der Düse. Bei der Düse 17" nach Fig. 6D hingegen folgt auf den Düsenabschnitt 17B mit konstanter Weite unmittelbar ein Düsenabschnitt 17d' mit sich vergrößerndem Durchmesser, und an diesen ist ausgangsseitig ein Strainer 23 angesetzt. Insoweit ähnelt die Ausführung nach Fig. 6D derjenigen nach Fig. 6A, jedoch ist vorliegend der sich verengende Düsenabschnitt eingangsseitig des sich aufweitenden Düsenabschnitts 17d' fortgefallen, und der
Endquerschnitt des sich aufweitenden Düsenabschnitts ist derart gewählt, dass sämtliche Öffnungen des Strainers 23 von ausgetragenem Dämmstoff passiert werden.
Fig. 7A und 7B zeigen ein gegenüber der vorstehend beschriebenen
Ausführung modifiziertes Zusatzteil 24', welches zum Aufsetzen auf den
Ausgang der Extrusionsvorrichtung 13 konstruiert ist. Mit diesem Zusatzteil 24' wird im Prinzip die gleiche Geometrie der Düsenanordnung 17 wie in Fig. 6A realisiert, so dass die Düsenabschnitte mit den gleichen Bezugsziffern wie dort bezeichnet sind. In Fig. 7A und 7B sind die Module, aus denen das Zusatzteil 24' zusammengesetzt ist, mit den Ziffern 24a' bis 24f bezeichnet, und es sind auch die Befestigungsbolzen 25 zur Befestigung der Module bezeichnet.
Bezugszeichenliste
1 , r Kunststoffprofil
1 a Kunststoffhohlprofil
2 Dämm-Kern, Dämmstoff
3 Trichter
4 (erster) Extruder
5, 5' Kunststoff
6, 14 Förderschnecke
7, 15 Motor
8, 16 Getriebe
9, 17; 17'; 17"; 17" ' Düse
10, 18 Heizelemente/-einrichtung
1 1 , 1 1 ' schäumbares Material (Granulat)
12 Trichter
13 (zweiter) Extruder
17a bis 17c; Düsenabschnitte
17a';17b', 17d',
17a", 17b"; 17a'"
19 Kalibriereinrichtung
20 Abzugseinrichtung
21 Leitbleche
22 Düsen- bzw. Spritzkern
23 Lochblende (Strainer)
24; 24' Zusatzteil
24a'-24f Module des Zusatzteils
25 Befestigungsbolzen Beispiele
Unterschiedliche Schäume wurden mit Hilfe eines Extruders hergestellt. Die untersuchten Schäume enthielten ein Polymerblend aus Polystyrol und Polyphenylenoxid/Polyphenylether, ein Treibmittel und ein Nukleierungsmittel. Als Treibmittel wurde ein Gemisch aus n-Pentan und iso-Pentan eingesetzt. Das Treibmittel ist in den eingesetzten HT EPS Produkten bereits enthalten. Als Nukleierungsmittel wurden Azodicarbonamid (Probe 1 und 3) sowie Talk (Probe 2 und 4) eingesetzt. Die untersuchten Zusammensetzungen sind in der folgenden Tabelle 1 wiedergegeben:
Tabelle 1
Identische Versuche wurden auch mit HT EPS 800 und HT EPS 1000 durchgeführt.
Die erhaltenen Schäume zeichnen sich durch eine feine und sehr regelmäßige Schaumstruktur aus. Ferner zeigen sie einen geringen Schrumpf nach der Extrusion. Diese Eigenschaften wurden mittels Augenschein ermittelt.

Claims

Patentansprüche
Polymerschaunn erhältlich durch Extrusion einer Zusannnnensetzung, die a) ein Polymerblend aus Polystyrol, Polyphenylenoxid und/oder
Polyphenylether,
b) mindestens ein Treibmittel, und
c) mindestens ein Nukleierungsmittel umfasst.
Polymerschaum gemäß mindestens einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymerblend eine Glasübergangstemperatur Tg (gemessen wie in der Beschreibung angegeben) von etwa 1 10°C bis etwa 210°C, vorzugsweise von etwa 140°C bis etwa 170°C, besitzt.
Polymerschaum gemäß mindestens einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des
Polymerblends etwa 50 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise etwa 70 bis etwa 95 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, beträgt.
Polymerschaum gemäß mindestens einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des
Polyphenylenoxids und/oder der Anteil des Polyphenylethers etwa 40 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise bis zu etwa 60 Gew.-%, bezogen auf das Polymerblend, beträgt.
Polymerschaum gemäß mindestens einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel mindestens ein physikalisches und/oder mindestens ein chemisches Treibmittel, vorzugsweise mindestens ein physikalisches Treibmittel, ist.
Polymerschaum nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des physikalischen Treibmittels etwa 2 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise etwa 3 bis 10 Gew.-%, und besonders bevorzugt etwa 5 bis 9 Gew.-%, beträgt.
Polymerschaunn gemäß mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine
Nukleierungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend CaCO3 (Kreide), vorzugweise in einer Menge von bis zu etwa 15 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, Talk, vorzugsweise in einer Menge von bis zu etwa 7 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, chemische Treibmittel, vorzugsweise in einer Menge von bis zu etwa 1 ,5 Gew.-%, Russ, Graphit und/oder Titandioxid, vorzugsweise in einer Menge von bis zu etwa 5 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, wobei das chemische Treibmittel, falls es eingesetzt wird, zusätzlich zum physikalischen Treibmittel vorliegt.
Verwendung eines Polymerschaums gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Ausschäumen von Hohlräumen oder
Hohlkörpern, insbesondere in Fenster- oder Türprofilen, oder zur Coextrusion von mindestens zwei Komponenten.
Schaumgefüllter Hohlkörper, insbesondere in Form eines Fenster- oder Türprofils, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens einen
Hohlraum aufweist, der mit einem Polymerschaum gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 gefüllt ist.
Coextrudat, umfassend mindestens zwei Komponenten, wobei die eine Komponente ein Polymerschaum gemäß mindestens einem der
Ansprüche 1 bis 7 ist.
Verfahren zur Herstellung eines mit Polymerschaum gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 als Dämmstoff (2) ausgeschäumten Hohlkörpers (1 , 1 a, 1 ') oder Hohlraums, wobei eine Zusammensetzung (1 1 ), die ein Polymerblend aus a) Polystyrol, Polyphenylenoxid und/oder Polyphenylether, b) mindestens ein Treibmittel, und c) mindestens ein Nukleierungsmittel umfasst, einer Extrusionsvornchtung (13) zugeführt, in dieser unter Druck aktiviert und beim Austrag aus dieser in den Hohlkörper oder den Hohlraum mit derart hohem
Volumenausdehnungsgradienten expandiert wird, dass der durch die Expansion gebildete Dämmstoff den Querschnitt des Hohlkörpers oder Hohlraums beim Eintritt unverzögert ausfüllt.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , wobei der Hohlkörper ein aus einem
Kunststoffmaterial, vorzugsweise Polyvinylchlorid, extrudiertes Profil (1 , 1 ') ist und der Dämmstoff (2) in einem Coextrusionsprozess zugleich mit der Bildung des Kunststoffprofils in dieses eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 oder 12, wobei eine
Extrusionsvornchtung (13) mit mindestens einer Förderschnecke (14) eingesetzt wird und die Extrusionsvorrichtung 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.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, wobei eine
Extrusionsvorrichtung (13) mit einer Heizeinrichtung (18) eingesetzt und die Heizeinrichtung derart betrieben wird, dass sie zu einer thermischen Aktivierung des Ausgangsmaterials (1 1 ) mindestens beiträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, wobei der
Expansionsvorgang des Ausgangsmaterials (1 1 ) beim Austrag aus der Extrusionsvorrichtung (13) durch eine spezielle Düsengeometrie (17; 17'; 17"; 17"') gesteuert wird, die dem Dämmstoff-Mate alfluss einen vorbestimmten Querschnittsverlauf aufprägt.
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