NL8001732A

NL8001732A - Werkwijze voor de vervaardiging van produkten bestaande uit geschuimde en/of verknoopte polymere kunststoffen.

Info

Publication number: NL8001732A
Application number: NL8001732A
Authority: NL
Original assignee: Stamicarbon
Priority date: 1980-03-25
Filing date: 1980-03-25
Publication date: 1981-10-16
Also published as: JPS56159131A; EP0036697A1; ES8206590A1; DE3163949D1; ATE7771T1; ES500649A0; US4409164A; EP0036697B1

Description

'Λ STAMICARBON B.V. 3163

Uitvinders: Albert J.Ή. BRASZ te Buchten .

Herman A. WALLINK te Hillensberg, Duitsland | B, V. d. I. E. | ΓΤΤΐΞΐΓ; -1- i f

1 I

WERKWIJZE VOOR DE VERVAARDIGING VAN PRODUKTEN BESTAANDE UIT

GESCHUIMDE EN/OF VERKNOOPTE POLYMERE KUNSTSTOFFEN

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van produkten bestaande uit geschuimde en/of verknoopte polymere kunststoffen of van produkten bestaande uit polymere kunststoffen die tot schuimen en/of verknopen kunnen worden 5 gebracht, waarbij met behulp van een kunststofverwerkende machine voorzien van een schroef, schuim- en/of verknopingsmiddelen in de kunststof worden verdeeld of verder worden verdeeld.

De werkwijze kan worden uitgevoerd in bijvoorbeeld een schroefextrusiemachine. Bij een schroefextrusiemachine wordt de te 10 extruderen massa vanuit een vul trechter via een transport-, een smelt-, eventueel een dispergeer-, en een homogeniseringszone naar de uittredeopening gevoerd. De vorm van de uittredeopening bepaalt de vorm van het extrudaat. Deze vorm van het extrudaat kan tevens overeenstemmen met de gewenste vorm van het uiteindelijke produkt, 15 maar kan ook als uitgangsvorm dienen voor bewerkingen die achter de extrusiemachine zijn geschakeld.

Het temperatuurverloop van de te extruderen massa in een schroefextrusiemachine is doorgaans zodanig dat er in de transport-zone een stijging optreedt met een piektemperatuur in de smeltzone 20 of, indien aanwezig, in de dispergeerzone, waarna er eventueel een daling inzet naar de uittredeopening toe. De temperatuur direct voor de uittredeopening wordt hier de smelteindtemperatuur genoemd. In de uittredeopening stijgt de temperatuur opnieuw tot de zogenaamde uittredetemperatuur waarmede de massa de extrusiemachine verlaat.

25 De voor het smelten benodigde warmte wordt verkregen door warmtetoevoer door de wand en/of door warmtedissipatie in de massa tengevolge van door de schroef op de massa uitgeoefende mechanische arbeid. De schroef bezit in de smeltzone daartoe veelal een zodanige geometrie dat warmteopwekking wordt bevorderd. De eventueel na de ï 30 smeltzone of de dispergeerzone optredende temperatuurdaling wordt bewerkstelligd door warmteafvoer door de wand. Het opnieuw in tem- 800 1 7 32

' vV I

-2- peratuur stijgen van de massa in de uittredeopening wordt veroorzaakt door warmte dissipatie. Deze warmtedissipatie, en daarmede de temperatuurstijging, is groter naarmate de snelheid waarmede de massa door de uittredeopening wordt geperst groter is. De uittredetem-5 peratuur wordt dus bepaald door de smelteindtemperatuur en de produk-tiesnel heid.

Voor het toedienen aan de massa van de voor het schuimen en/of verknopen noodzakelijke stoffen zijn verschillende methoden bekend. In het algemeen gezegd, kunnen de schuim- en/of verkno-10 pingsmiddelen voor, tijdens of na het smelten aan de massa worden toegevoegd, afhankelijk van de omstandigheden en de aard van het middel. Soms kan ook een combinatie van die methoden worden toegepast.

Indien een schuim- en/of verknopingsmiddel vóór het smelten 15 kan worden toegediend, geschiedt dit meestal door impregneren, benat-ten, opmengen van de kunststof met het middel of door het gescheiden gelijktijdig doseren van de kunststof en het middel in bijvoorbeeld de vul trechter of rechtstreeks op de extruderschroef. Kiest men echter voor toediening van het middel tijdens of na het smelten dan 20 wordt het middel via een of meer injectiepunten in de smeltzone resp. in de daarop volgende zone(s) aan de massa toegevoegd.

Schuimmiddelen kunnen worden onderscheiden in chemisch werkende en fysisch werkende schuimmiddelen.

Fysisch werkende schuimmiddelen zijn stoffen die onder nor-25 male temperatuur en druk gas- of vloei stofvormig zijn. Zij bevinden zich in de extrusiemachine onder zodanige omstandigheden van temperatuur en druk dat zij daar geen de smelt opschuimende werking kunnen veroorzaken. Eerst bij verlaging van druk tijdens en na het verlaten van de uittredeopening expanderen de gassen of de gevormde 30 vloei stofdampen waardoor de smelt wordt opgeschuimd. Tot de fysisch werkende schuimmiddelen behoren o.a.: alkanen, b.v. n-pentaan, iso-pentaan, hexaan, heptaan, octaan; gehalogeneerde koolwaterstoffen zoals methyleenchloride, trichloorfluormethaan, dichloordifluor-methaan, trichloortrifluorethaan, dichloortetrafluorethaan, di-35 chloorethaan, chloordifluorethaan en tetrafluorethaan; inerte gassen zoals stikstof, koolstofdioxide en ammoniak. Ook water wordt soms toegepast.

Chemisch werkende schuimmiddelen splitsen bij het bereiken 800 1 7 32 r * -3- van hun zgn. ontledingstemperatuur versneld een gas af. Voorbeelden van chemisch werkende schuimmiddelen zijn: azodicarbonamide, p-carbonethoxy-N-nitroso-N-methylbenzamide, azoisobutyronitrile, M'* dinitrosopentamethyleentetramine, N-nitroso-N-alkylamiden van 5 aromatische dicarbonzuren, bicarbonaten enz.

Verknop!ngsmiddelen, waaronder hier ook vulcaniseermiddelen worden verstaan, zijn middelen die de kunststofketens tot een min of meer drie-dimensionaal netwerk verbinden. Voorbeelden hiervan zijn peroxiden zoals dicumylperoxide, 2,5-dimethy1-2,5-di(tert.

10 butylperoxy) hexaan (LUPEROX 101), 2,5-dimethy 1 -2,5-di(tert.

butylperoxy) hexyn {LUPEROX 130},a,a-bis{tert.butylperoxyisopropy1) benzeen (PERKODOX 14), tert.butylperbenzoaat (TRIGONOX C), en di-tert. butyl peroxide (TRIGONOX B). Als vulcaniseermiddel zijn zwavel en zwavel verbindingen bijzonder geschikt.

15 Voor het uiteindelijk verkrijgen van geschuimde en/of verknoopte produkten zijn verschillende wegen mogelijk. Men kan streven naar het direct na de extrusie schuimen en/of verknopen van de massa, hierna aangeduid met het directe schuim- en/of verkno-pingsproces, of men kan het schuimen en/of verknopen willen 20 uitstenen om zo in staat te zijn, via een tussenstap waarbij een met schuim- en/of verknopingsmiddel voorzien produkt ontstaat, in een later stadium door bijvoorbeeld warmteinwerking het gewenste geschuimde en/of verknoopte produkt te vormen. De laatste weg wordt hierna aangeduid met: het uitgestelde schuim- en/of 25 verknopingsproces. Hierbij ontstaan dus in eerste instantie schuimbare- en/of verknoopbare produkten zoals granules, plaat of folie.

Bij het directe schuimproces met behulp van een chemisch werkend schuimmiddel is het noodzakelijk dat het schuimmiddel reeds 30 voor het binnentreden in de uittredeopening voor een belangrijk deel is ontleed. De rest van het schuimmiddel komt tot ontleding in en eventueel na de uittredeopening. De massa begint eerst op te schuimen wanneer deze onder verminderde druk de uittredeopening verlaat, wat ook het geval is bij het gebruik van een fysisch werkend schuimmiddel 35 in een direct schuimproces.

Bij het directe verknopingsproces vindt reeds, afhankelijk

V

800 1 732 -4- van de temperatuur en de verblijftijd in de extrusiemachine, een geringe verknoping plaats voordat de smelt de uittredeopening binnenkomt. Het verknopingsmiddel moet echter zijn grootste aktivi-teit eerst verkrijgen in en na de uittredeopening.

5 Bij een uitgesteld schuim- en/of verknopingsproces dient de werking van de hierbij gebruikte schuim- en/of verknopingsmiddelen te worden onderdrukt tot aan het tijdstip waarop de gevormde tussenpro-dukten moeten worden geschuimd en/of verknoopt.

Bij het directe schuimproces moet de uittredende gesmolten 10 kunststofmassa een temperatuur bezitten waarbij de smelt de voor het schuimen noodzakelijke gunstige elastische en visceuze eigenschappen heeft. Dit wil zeggen dat enerzijds die eigenschappen zodanig zijn dat de smelt kan uitzetten onder invloed van de expanderende gasbellen, anderzijds dat de smelt ook weer niet zo dunvloeibaar is dat 15 het expanderende gas door de cel wanden van het schuim heenbreekt en vervolgens onwerkzaam ontwijkt en het schuim inklapt voordat het voldoende is afgekoeld. De temperatuurstijging in de uittredeopening moet dus beperkt worden gehouden en daarmede zoals hierboven is gezegd ook de produktiesnel heid.

20 Bij het uitgesteld schuimproces mag het schuimmiddel tot aan het gereedkomen van het opschuimbare tussenprodukt geen de smelt opschuimende werking hebben. Dit houdt dus onder meer in dat ook hier de temperatuurstijging in de uittredeopening beneden een bepaalde grens moet blijven, waardoor de produktiesnel heid eveneens aan een 25 bovengrens is gebonden.

Bij een uitgesteld verknopingsproces mag het verknopingsmiddel tot aan het gereedkomen van het verknoopbare tussenprodukt slechts een lichte verknopende werking op de kunststof uitoefenen. Dit betekent onder andere dat het verknopingsmiddel 30 steeds beneden een temperatuur moet worden gehouden waarbij het slechts weinig actief kan zijn. Te grote produktiesnel heden veroorzaken een te grote temperatuurstijging in de uittredeopening waardoor ook hier de produktiesnelheid beperkt wordt.

Hoewel bij het directe verknopingsproces de produk-35 tiesnelheid niet wordt beperkt door een te hoge temperatuurstijging in de uittredeopening met betrekking tot het verknopingsmiddel, kan toch niet een ongelimiteerde produktiesnelheid worden verkregen, 800 1 7 32 f * -5- omdat bij te sterke temperatuurstijging de kunststof niet acceptabele degradatieverschijnselen gaat vertonen.

Samenvattend kan gezegd worden dat bij de huidige stand van de techniek met betrekking tot de bovenomschreven werkwijzen er op de 5 een of andere manier grenzen worden gesteld aan de produktiesnelheid die verband houden met de warmtedissipatie in de uittredeopening.

De uitvinding voorziet in een werkwijze voor de vervaardiging van produkten bestaande uit geschuimde en/of verknoopte poly-mere kunststoffen of van produkten bestaande uit polymere 10 kunststoffen die tot schuimen en/of verknopen kunnen worden gebracht, waarbij met behulp van een kunststofverwerkende machine voorzien van een schroef schuim- en/of verknopingsmiddelen in de kunststof worden verdeeld of verder worden verdeeld welke werkwijze de genoemde nadelen voor een belangrijk deel opheft.

15 De uitvinding wordt gekenmerkt doordat de schroef in de smeltzone wordt voorzien van een smelttorpedo zoals hierna geformuleerd.

Met de term 'smelttorpedo' wordt hier bedoeld een inrichting voor het smelten van kunststoffen bestaande uit een in 20 hoofdzaak cilindervormig lichaam waarop in de lengterichting afwisselend groeven en ruggen voorkomen met een zodanige geometrie dat deze toevoerkanalen voor de te smelten stof en afvoerkanalen voor de smelt vormen.

Een dergelijke inrichting is bekend geworden uit de 25 Nederlandse octrooiaanvrage nr. 7702020. Volgens deze aanvrage kan met een dergelijke inrichting een hogere smeltproduktie per tijdseenheid worden verkregen. De inrichting kan zowel in een extru-siemachine als in het extrudergedeelte van een spuitgietmachine worden toegepast. De groeven en ruggen behoeven niet precies in de 30 lengterichting, dus onder een hoek van 90", te zijn aangebracht maar kunnen verlopen onder een spoedhoek van 45^-90% bij voorkeur tussen 55" en 75”. De lengte van het cilindervormige lichaam bedraagt bijv.

1-20 D, bij voorkeur 3-15 0, in het bijzonder 8-12 D, waarbij D de diameter voorstelt van de schroef.

35 Hoewel het niet is in te zien hoe toepassing van een inrichting met een verhoogde smeltproduktie per eenheid van tijd zou kunnen leiden tot een hogere produktiesnelheid, gezien de beperking 800 1 7 32 -6- met betrekking tot de warmtedissipatie in de uittredeopening, is thans op verrassende wijze gebleken dat met de genoemde smelttorpedo wel veel hogere produktiesnel heden - in de orde van tientallen van procenten - kunnen worden bereikt in de bestaande schuim- en/of 5 verknopingsprocessen onder overigens gelijke omstandigheden van gebruikte apparatuur, kunststof en schuim- en/of verknopingsmiddelen. Er kunnen produkten worden verkregen met gelijkwaardige tot verbeterde eigenschappen. Dit bijzondere effect kan mogelijk worden verklaard uit een combinatie van factoren die van invloed zijn zoals 10 het temperatuurnivo van de verkregen smelt, de verblijftijd, en de interactie van de smelttorpedo met de hierachter geschakelde schroef -delen, die het mogelijk maken dat een lagere smelteindtemperatuur wordt verkregen. Hierdoor kan een grotere warmtedissipatie in de uittredeopening worden toegestaan en zoals hierboven is uiteengezet 15 de produktiesnel heid toenemen.

De uitvinding zal aan de hand van enkele voorbeelden worden toegelicht.

Voorbeeld I Proef A

20 In een uitgesteld verknopingsproces waarbij lagedichtheidpolyetheen (STAMYLAN 1520 SX van DSM) in de vul trechter van een extrusiemachine met een conventionele schroef (schroefdiameter 60 mm) werd gedoseerd met 1,3 gew.-% van het peroxide PERKADOX 14 van AKZO, werd de uittre-detemperatuur van de smelt ingesteld op 140 X. Er werd 43 kg/uur pro-25 dukt verkregen dat aan de gestelde kwaliteitspecificaties voldeed.

Bij hogere produktiesnel heden bleek het produkt inhomogeen te zijn.

Ook bleek het voor te komen dat de verknoping in de extrusiemachine zich doorzette en de machine stagneerde.

Proef B

30 In dezelfde extrusiemachine als in proef A, echter voorzien van een smelttorpedo zoals hiervoor aangeduid, kon met hetzelfde uitgangsmateriaal eveneens bij een uittredetemperatuur van 140 X een produk-tiesnelheid worden gerealiseerd van 64 kg/uur met dezelfde produkteigenschappen als in proef A.

8001732 -7- T - τ

Voorbeeld II .

Γη een direct schuimproces voor het opschuimen van polystyreen werd als fysisch schuimmiddel een mengsel toegepast van 50 gew.-% FREON 11 (trichloorfluormethaan) en 50 gew.-% FREON 12 5 (dichloordifluormethaan). Het polystyreen had een smeltindex van 0,5 dg/min (190/2,15). Het schuimmiddel werd geïnjecteerd na de compressiezone. Via de vul trechter werden citroenzuur en natriumcar-bonaat als kiemvormers voor het schuim gedoseerd.

De mengverhouding bedroeg: 100 gewichtsdelen polystyreen* 9 10 gewichtsdelen schuimmiddel en 1 gewichtsdeel citroenzuur en 1 gewichtsdeel natriumbicarbonaat.

Er werden twee proeven uitgevoerd: .

Proef A

Op een conventionele extruder kon door het instellen van een uittre-15 detemperatuur van 125 X maximaal 55 kg/uur geschuimd produkt worden verkregen. Hogere produktiesnel heden hadden tot gevolg dat hogere uittredetemperaturen ontstonden waardoor de smelt niet de juiste voor het schuimen gunstige visceuze en elastische eigenschappen had en er slecht schuim werd geproduceerd.

20 Proef B

In de extruder werd in de smeltzone de schroef voorzien van een smelttorpedo. Bij een uittredetemperatuur van 125 X' kon een produk-tiesnelheid worden gerealiseerd van 87 kg/uur geschuimd produkt met een dichtheid van 60-70 kg/m3. Deze dichtheid was gelijkwaardig als 25 die in proef A werd verkregen bij dezelfde uittredetemperatuur maar bij een veel lagere produktiesnelheid.

Uit bovenstaande voorbeelden blijken de grote voordelen van de werkwijze volgens de uitvinding.

Produktiesnelheidverhogingen in dezelfde orde van grootte 30 zijn ook mogelijk gebleken bij gecombineerde schuim- en verkno-pingsprocessen waarbij de kunststof zowel geschuimd als verknoopt wordt.

Het bleek ook mogelijk voor het behalen van dezelfde pro-duktspecificaties het homogeniseringsdeel bij een extruder met smelt-35 torpedo belangrijk in te korten, waardoor de verblijftijd van de kunststof in de extruder kon worden beperkt.

800 1 732 • ' » -8-

Uit onderzoekingen is verder gebleken dat met name in de directe en uitgestelde verknopingsprocessen toepassing van de smelt-torpedo, onder handhaving van de tot nu toe gebruikelijke snelheden, de keuzemogelijkheid van de gebruikte verknopingsmiddelen uitgebreid 5 kan worden naar die welke eenzelfde halfwaardetijd hebben bij lagere temperatuur.

8001732

Claims

1. Werkwijze voor de vervaardiging van produkten bestaande uit geschuimde en/of verknoopte polymere kunststoffen of van produkten bestaande uit polymere kunststoffen die tot schuimen en/of verknopen kunnen worden gebracht, waarbij met behulp van een 5 kunststofverwerkende machine voorzien van een schroef schuim- en/of verknopingsmiddelen in de kunststof worden verdeeld of verder worden verdeeld, met het kenmerk, dat de kunststofverwerkende machine in zijn smeltzone is voorzien van een smelttor-pedo zoals hierboven geformuleerd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de smelttor- pedo groeven en ruggen bezit met een spoedhoek van 45“-9Qw, bij voorkeur tussen 55“-75w.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de lengte van de smelttorpedo gekozen wordt tussen 3 D en 15 D, bij 15 voorkeur tussen 8 D en 12 D.

4* Werkwijze volgens een der conclusies 1 t/m 3, met het kenmerk, dat de kunststofverwerkende machine een extrusiemachine is.

5. Werkwijze volgens een der conclusies 1 t/m 4, met het kenmerk, dat het proces wordt gestuurd op een hogere produktiesnel heid 20 dan normaal bij de gebruikte kunststofverwerkende machine onder overigens gelijke omstandigheden wordt toegepast voor het verkrijgen van produkten met bepaalde kwaliteitsei genschappen.

6. Werkwijze volgens een der conclusies 1 t/m 5, met het kenmerk, dat als schuimmiddel in een direct schuimproces een fysisch 25 werkend schuimmiddel wordt gebruikt.

7. Werkwijze volgens een der conclusies 1 t/m 5, met het kenmerk, dat als schuimmiddel in een uitgesteld schuimproces een chemisch werkend schuimmiddel wordt gebruikt.

8. Werkwijze volgens een der conclusies 1 t/m 5, met het kenmerk, 30 dat als schuimmiddel in een direct schuimproces een chemisch werkend schuimmiddel wordt gebruikt.

9. Werkwijze volgens een der conclusies 1 t/m 5, met het kenmerk, dat als verknopingsmiddel in een direct verknopingsproces een peroxide wordt gebruikt. 8001732 -10- * - I. t

10. Werkwijze volgens een der conclusies 1 t/m 5, met het kenmerk, dat als verknopingsmiddel in een uitgesteld verknopingsproces een peroxide wordt gebruikt.

11. Werkwijze volgens een der conclusies 1 t/m 4, met het kenmerk, 5 dat als verknopingsmiddel in een uitgesteld verknopingsproces als verknopingsmiddel zwavel of een zwavel verbinding wordt gebruikt.

12. Werkwijze volgens een der conclusies 1 t/m 4, met het kenmerk, dat in een verknopingsproces als verknopingsmiddel een peroxide wordt gebruikt waarin de gebruikelijke halfwaardetijd bij lagere 10 temperatuur kan worden bereikt, onder handhaving van de gebruikelijke produktiesnelheid en overige omstandigheden.'

13. Werkwijze volgens de beschrijving en/of voorbeelden.

14. Produkten verkregen met de werkwijze volgens een der conclusies 1 t/m 12. 8001732