WO2022194665A1 - Verfahren zur herstellung von expandierten thermoplastischen elastomerpartikeln - Google Patents

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WO2022194665A1
WO2022194665A1 PCT/EP2022/056174 EP2022056174W WO2022194665A1 WO 2022194665 A1 WO2022194665 A1 WO 2022194665A1 EP 2022056174 W EP2022056174 W EP 2022056174W WO 2022194665 A1 WO2022194665 A1 WO 2022194665A1
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liquid
foam particles
thermoplastic elastomer
blowing agent
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PCT/EP2022/056174
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Lisa Marie Schmidt
Matthias GOLDBECK
Uwe Keppeler
Franziska DENNHARDT
Theresa HUELSMANN
Florian Tobias RAPP
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Basf Se
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    • C08J2375/04—Polyurethanes

Definitions

  • the invention relates to foam particles made from an expanded thermoplastic elastomer and a method for producing such particles.
  • Foam particles made of expanded thermoplastic elastomer can be used in many areas, for example in the production of molded parts such as packaging materials, seat cushions, car seats, mattresses, floor coverings, tires, saddles or soles of running shoes.
  • the foam particles are placed in a tool, for example, and are subjected to steam or heated there, so that they fuse with one another on the outside.
  • the production of the moldings from the foam particles usually takes place at different locations than the production of the foam particles, it is necessary to transport them from the location of the manufacture of the foam particles to the location of the molding production.
  • the transport usually takes place in large containers, for example big bags or octabins. These are filled and emptied via conveyors, with the material of the foam particles and the geometry and bulk density of the foam particles having a major impact on transport behavior. Even if the production of the foam particles and the production of the molded parts take place in neighboring plants, it is necessary to first store the material before it can be further processed.
  • the foam particles are stored in a large container or in a stationary storage container, they can agglomerate to a great extent, so that removal from the large container or storage container using conveying devices (e.g. pneumatic suction lances) known to those skilled in the art is not possible without additional mechanical loosening .
  • conveying devices e.g. pneumatic suction lances
  • thermoplastic polyurethane Processes for producing foam particles from a thermoplastic polyurethane are described, for example, in WO-A 2007/082838.
  • a granulate is first produced from the thermoplastic polyurethane and this is then placed in a suspension under pressure and at a temperature above the softening point of the poly mers impregnated with a blowing agent and expanded to foam particles by relaxation.
  • the blowing agent can also be added in an extruder and the foam particles are produced by expansion in an underwater granulation.
  • the water usually contains a granulation aid that remains on the foam particles. However, this is not sufficient to prevent blocking in the storage container or large container.
  • a further disadvantage of the methods known from the prior art is that even a small amount of lubricant that is added during production can have the effect that the welding of the foam particles to form the desired molded part is impeded.
  • the object of the present invention was therefore to provide a process for the production of foam material particles which can be processed further during storage without the risk of blocking.
  • the task is solved by a process for the production of foam particles, comprising:
  • thermoplastic elastomer melt (a) mixing a thermoplastic elastomer melt with a blowing agent in an extruder;
  • thermoplastic elastomer melt mixed with the blowing agent through a perforated plate into a pelletizing chamber
  • the liquid in the granulation chamber contains wax, which accumulates on the surface of the granules during cutting and expanding in the granulation chamber,
  • the process produces foam particles from an expanded thermoplastic elastomer, which have a surface on which a wax is applied, the proportion of wax being 0.001 to 0.5% by weight.
  • the wax acts as a lubricant that prevents the foam particles from sticking together, so that they can be removed from the containers used for storage and transport, such as cardboard drums, silos, big bags or octabins, and conveyed without blocking.
  • a further advantage of using a wax as a lubricant is that it does not impede the subsequent processing of the foam particles and, in the concentration range described above, has in particular no negative influence on the welding of the particles to form the molded part.
  • the liquid in the granulating chamber contains the wax that accumulates on the foam particles during cutting and expanding in the granulating chamber, or the wax is applied after separating from the liquid and drying the foam particles
  • the wax is particularly advantageous to apply the wax to the surface of the foam particles or granules in the apparatus, in which the granules expand to form the foam particles as a result of relaxation of the propellant, since each time transport is carried out without a lubricant, we already have kende wax on the surface blocking can occur. It is therefore particularly preferred if the liquid in the granulation chamber contains the wax that accumulates on the surface of the granulate during cutting and expansion in the granulation chamber.
  • the foam particles are produced by extrusion processes known to those skilled in the art, as described, for example, in WO-A 2007/082838 or WO-A 94/20568.
  • thermoplastic elastomer granules of the thermoplastic elastomer are added to the extruder, as described, for example, in WO-A 2013/153190.
  • extruder it is also possible to use the extruder to produce the thermoplastic Elastomers required starting materials, in particular the monomers from which the thermoplastic elastomer is built, and optionally add additives such as catalysts, plasticizers, stabilizers or dyes and then foam the material, as described for example in WO-A 2015/055811.
  • thermoplastic elastomer melt When the extruder is fed with the starting materials required for producing the thermoplastic elastomer, these are converted into the thermoplastic elastomer after they have been fed into the extruder, with the thermoplastic elastomer melt being produced.
  • the production takes place under the conditions known to those skilled in the art for the production of a thermoplastic elastomer in an extruder.
  • the blowing agent can then be added via a suitable addition point in step (a) and mixed with the thermoplastic elastomer melt in the extruder.
  • thermoplastic elastomer is not produced in an extruder but in any other reactor, it is also possible to introduce the thermoplastic elastomer melt produced in this way into an extruder and to mix it with the blowing agent there.
  • thermoplastic elastomer in a manner known to those skilled in the art and to feed these to the extruder in which the blowing agent is added.
  • the granules are first compressed in the feed zone of the extruder and heated in the process so that they begin to melt. The granules are then completely melted. After melting, the blowing agent can then be added, which is mixed into the thermoplastic elastomer melt using a suitable screw geometry.
  • the rotation of the screw in the extruder homogeneously mixes the thermoplastic elastomer melt with the blowing agent and transports it to the downstream unit that closes the extruder.
  • This subsequent unit can already be the perforated plate or an apparatus upstream of the perforated plate, such as a melt pump, a diverter valve, a static mixer or a melt filter or a combination of these.
  • Suitable blowing agents are, for example, halogenated hydrocarbons, saturated aliphatic hydrocarbons or inorganic gases, for example saturated hydrocarbons having 3 to 8 carbon atoms, nitrogen, air, ammonia, carbon dioxide or mixtures thereof.
  • thermoplastic elastomer melt mixed with the blowing agent is then pressed in step (b) through the perforated plate into a pelletizing chamber.
  • a knife runs on the perforated plate in the granulation chamber, with which the exiting thermoplastic elastomer melt mixed with the blowing agent is cut into granules.
  • a liquid flows through the pelletizing chamber so that the thermoplastic elastomer melt is pressed through the perforated plate directly into the liquid.
  • the pressure of the liquid flowing through the granulation chamber is selected in such a way that the thermoplastic elastomer melt emerging through the perforated plate expands until a desired density is achieved for the resulting foam.
  • the pressure of the liquid flowing through the granulation chamber is preferably in the range from 1 to 20 bar, more preferably in the range from 5 to 15 bar and in particular in the range from 7 to 12 bar.
  • the temperature of the liquid is selected in such a way that the emerging thermoplastic elastomer melt solidifies in the liquid to form the foam particles, with the melt only being allowed to solidify after the desired expansion.
  • the temperature here depends on the thermoplastic elastomer used and is preferably from 25 to 90.degree. C., more preferably from 30 to 60.degree. C. and in particular from 35 to 50.degree
  • the foam particles produced in this way are discharged from the granulation chamber with the liquid flowing through the granulation chamber and are separated from the liquid in a suitable device for solid/liquid separation. After separating from the liquid, the foam particles can be dried. The drying can take place in any suitable dryer known to those skilled in the art, for example a heated fluidized bed or silo drying.
  • the temperature of the perforated plate is preferably in a range from 20 to 110° C. above the melting point of the thermoplastic elastomer, more preferably in a range from 50 to 90° C. above the melting point of the thermoplastic elastomer and in particular in a range from 60 to 80 °C above the melting temperature of the thermoplastic elastomer.
  • the melting temperature is the temperature that corresponds to the highest peak in differential scanning calorimetry (DSC).
  • the liquid that flows through the granulation chamber is preferably water and optionally contains a granulation aid.
  • the granulation aid serves in particular to ensure that the foam particles do not agglomerate in the liquid but remain in the liquid as individual grains.
  • Surfactants, waxes or white oils, in particular waxes or white oils, are suitable as granulation aids, for example.
  • the wax in which the wax is dispersed in the liquid flowing through the granulation chamber, the wax is applied to the granulate during expansion and solidification to form the foam particles.
  • a uniform distribution of the wax on the surface of the foam particles results in particular from the fact that with good mixing of the liquid the lubricant is present in the liquid and is evenly distributed the particles are mixed in the liquid during the expansion and solidification and the subsequent transport from the granulation chamber. The mixing results in particular from the flow of the liquid through the granulation chamber.
  • the wax Due to the movement of the foam particles in the liquid, the wax accumulates on the surface of the foam particles and at most penetrates a small part into the foam particles. This has the advantage over using wax as an additive in the setting of the polymer that in a component made from the foam particles wax can only diffuse to the surface to a very small extent if the expanded during the setting Foam particles wax has diffused into the foam particles.
  • the wax can be contained as a solid in the liquid in a dispersion or as a liquid in the liquid in an emulsion. If the wax is dispersed as a solid in the liquid flowing through the granulation chamber, it is particularly preferred if the wax is present as a powder with a particle diameter D50 in the range from 10 to 50 ⁇ m. It may be necessary to add a suspension aid to keep the wax in dispersion.
  • particle diameter with non-spherical particles is understood as meaning the geometric equivalent diameter which corresponds to the sphere diameter of a sphere of the same volume.
  • the wax acting as a lubricant can also be applied after the foam particles have been separated from the liquid and optionally dried.
  • the granules either in the form of a suspension or solution or alternatively in solid form, in which case the wax is present as a fine powder.
  • the application after the expansion of the granules can either be an alternative or in addition to the application during the expansion and solidification in the granulation chamber. follow. Additional application is required when the amount of lubricant applied to the foam particles in the pelletizing chamber during expansion and solidification is insufficient.
  • the composition of the liquid with the wax particularly preferably corresponds to the above-described composition of the liquid in which the foam particles are impregnated in the granulation chamber in the first variant (i).
  • the wax is applied to the foam particles in the form of a powder.
  • the wax and the foam particles are introduced into a container which is then closed and subsequently moved so that the foam particles collide against one another and against the wall of the container.
  • the powdery wax and the foam particles are intensively mixed with one another and the wax settles on the surface of the foam particles. The greater the force with which the foam particles collide against each other or against the wall, the better the wax adheres to the foam particles.
  • the ratio of granules to wax is in the range from 0.001 to 0.5% by weight based on the total mass of the foam particles, more preferably in the range from 0.005 to 0 .25% by weight and in particular 0.01 to 0.1% by weight. This amount is sufficient to deposit enough wax on the surface of the foam particles.
  • the individual grains of the wax in powder form preferably have a particle diameter D50 in the range from 10 to 50 ⁇ m.
  • the wax is preferably applied to the foam particles in variant (ii) at ambient pressure and ambient temperature. However, it is also possible to apply the wax to the foam particles at elevated pressure or elevated temperature. To prevent foam particles from agglomerating, the wax is applied at a temperature below the softening point. However, it is particularly preferred to apply the wax at ambient temperature.
  • the lubricating wax is ethylenebisstearylamide.
  • ethylenebisstearylamide as a lubricant has the advantage that it does not impede the processing of the foam particles and therefore does not have to be washed off in an additional process step.
  • thermoplastic elastomer As a thermoplastic elastomer is suitable in the context of the present invention, any ther moplastic elastomer that can be expanded to form foam particles and in which a Granules impregnated with a propellant by the method described above who can. Suitable thermoplastic elastomers are known per se to those skilled in the art. Suitable thermoplastic elastomers are described, for example, in “Flandbook of Thermoplastic Elastomers", 2nd edition June 2014.
  • the thermoplastic elastomer can be a thermoplastic polyurethane, a thermoplastic polyetheramide, a polyetherester, a polyesterester, an olefin-based thermoplastic elastomer, a crosslinked olefin-based thermoplastic elastomer or a thermoplastic vulcanizate, or a thermoplastic styrene-butadiene block copolymer.
  • the thermoplastic elastomer is a thermoplastic polyurethane, a thermoplastic polyetheramide, a polyetherester, or a polyesterester.
  • the thermoplastic elastomer is particularly preferably a thermoplastic polyurethane.
  • thermoplastic polyurethanes TPU
  • MFR melt flow rate
  • e-TPU expanded thermoplastic polyurethane
  • a batch mixer was switched on after drying in a bulk material heat exchanger (BFFIE, bulk flow heat exchanger).
  • BFFIE bulk material heat exchanger
  • Application by means of a suspension takes place in two different ways (experiment II and III).
  • test II the plastic particles were removed after the BFFIE and coated in a laboratory mixer.
  • trial III the lubricant was added in the granulation chamber.
  • composition of the TPU and the melt flow rate of the different TPUs are listed in Table 1.
  • the e-TPU is produced on a twin-screw extruder (Berstorff ZE 40) with a screw of 44 mm and an L/D ratio of 48, followed by a melt pump, a diverter valve with a screen changer, a perforated plate and a pelletizing chamber for underwater pelletizing .
  • the TPU was predried for 3 hours at 80° C. to a residual moisture content of less than 0.02% by weight.
  • modified TPU 1% by weight of another thermoplastic polyurethane is metered in (modified TPU).
  • modified TPU is a TPU that was compounded with 4,4'-diphenylmethane diisocyanate with an average functionality of 2.05 in a separate extrusion process.
  • the materials are melted and mixed in the extruder.
  • a mixture of CO2 and N2 is then added as a blowing agent.
  • the polymer is homogeneously mixed in the remaining extruder zones. This mixture is pressed by a melt pump via the diverter valve and the screen changer and finally through a perforated plate into the pelletizing chamber. There the mixture is cut into granules and foamed in a pressurized, temperature-controlled water system. The flow of water transports the pearls created in this way to a centrifugal dryer, where they are separated from the water flow.
  • the total throughput of the extruder was adjusted to 40 kg/h (including polymers, blowing agents).
  • composition of the blowing agent is listed in Table 3.
  • Table 3 Propellant composition used and lubricant metered into the granulation chamber
  • Experiment I Application of the lubricant as a powder
  • the lubricant was metered into the granulation chamber for the underwater granulation during the foaming process in the extruder.
  • the concentration used is listed in Table 3.
  • the blocking tendency of the particles was evaluated for all materials, with the exception of reference 3 and example 6, using a simple caking test according to method 1.
  • the evaluation was carried out by filling the fresh material into 200 L metal drums, which are lined on the inside with an inliner made of polyethylene film.
  • the barrel was filled with the material produced and immediately after filling was tempered in a circulating air oven at 60 °C for 2 h and then stored for 12 days at ambient conditions ( ⁇ 25 °C). After 12 days, the barrels were rotated 150′′ with the help of a jack so the opening was facing down. If the material trickled out of the metal barrel through the sloping surface by gravity alone, it is considered not to have blocked. If the material remains in the metal barrel despite being rotated, it is considered blocked.
  • the experimental setup consists of two components, a steel cylinder (consisting of 2 half-shells that are held together with a hose clamp and a tripod to which a movable stamp with a mass of around 1 kg is attached.
  • the cylinder has a diameter of 11 mm, the des The stamp is slightly smaller so that it can slide into the cylinder without touching it when it is in the middle below.
  • the cylinder is completely filled with e-TPU for the test.
  • the stamp is then placed on the E-TPU without applying any pressure Care must be taken to ensure that the stamp does not rest anywhere on the cylinder.
  • the weight exerted on the e-TPU is intended to simulate the pressure that would act on the material inside an octabin or big bag.
  • the tensile strength is determined for a panel thickness of 10 mm (thickness may vary slightly depending on shrinkage) based on ASTM D5035, 2015, which was drawn up for textiles. The determination is carried out using a testing machine with a 1 or 2.5 kN force transducer (class 0.5 (from 10N) according to DIN EN ISO 7500-1, 2018), long-travel transducer, traverse (class 1 or better according to DIN EN ISO 9513 , 2013) and pneumatic clamps (6 bar (with clamping jaw inserts made of pyramid grid (Zwick T600 R)).
  • the required test specimens are 150 mm x 25.4 mm in size from a 200 x 200 x 10 mm test plate (dimensions can vary slightly depending on the shrinkage).
  • test panels used were conditioned beforehand for at least 16 hours in a standard climate (23 ⁇ 2 °C and 50 ⁇ 5% air humidity).
  • the tensile test is also carried out in this standard climate the mass (precision balance; readability: ⁇ 0.001 g) of the test specimen and its thickness (probe; readability: ⁇ 0.01 mm, contact pressure 100 Pa, value is determined only once in the middle of the test specimen) are determined. From the mass, the measured thickness and the fixed values for L length (150 mm) and width (25.4 mm), the density is calculated in kg/m 3 . These values are entered in the test specification.
  • the distance between the clamps (75mm) and the distance of the long-travel transducer (50mm) are checked before the start of the test.
  • the test specimen is placed on the upper clamp and the force is tared.
  • the test specimen is clamped and the test is started.
  • the measurement is carried out with a test speed of 100 mm/min and a preload of 1 N.
  • the tensile strength a max (given in MPa) is calculated using Equation (1), it is the maximum stress that can be identical to the stress at break .
  • the elongation at break e (specified in %) is calculated using equation (2).
  • Three specimens per material are tested. The average of the three measurements is given. If the test specimen tears outside the marked area, this is noted. A repetition with another test body does not take place.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffpartikeln aus expandiertem thermoplastischem Elastomer, umfassend Mischen einer thermoplastischen Elastomerschmelze mit einem Treibmittel in einem Extruder; Pressen der mit dem Treibmittel gemischten thermoplastischen Elastomerschmelze durch eine Lochplatte in eine Granulierkammer; Zerkleinern der durch die Lochplatte gepressten mit dem Treibmittel gemischten thermoplastischen Elastomerschmelze in einzelne Granulatkörner, wobei die Granulierkammer von einer Flüssigkeit durchströmt wird deren Druck und Temperatur so gewählt werden, dass die Granulatkörner in der Flüssigkeit durch das enthaltene Treibmittel auf ein gewünschtes Maß expandiert werden und zu Schaumstoffpartikeln erstarren, wobei mindestens eines der nachfolgenden Merkmale umfasst ist: (i) die Flüssigkeit in der Granulierkammer enthält Wachs, das sich während des Schneidens und Expandierens in der Granulierkammer auf der Oberfläche des Granulats anreichert, (ii) nach dem Abscheiden aus der Flüssigkeit und Trocknen der Schaumstoffpartikel wird ein Wachs auf die Schaumstoffpartikel aus expandiertem thermoplastischem Elastomer aufgebracht.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON EXPANDIERTEN THERMOPLASTISCHEN ELASTOMERPARTIKELN
Beschreibung
Die Erfindung betrifft Schaumstoffpartikel aus einem expandierten thermoplastischen Elastomer sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Partikel.
Schaumstoffpartikel aus expandiertem thermoplastischem Elastomer können in vielen Berei chen eingesetzt werden, so zum Beispiel in der Herstellung von Formteilen wie Verpackungs materialien, Sitzpolster, Autositze, Matratzen, Fußbodenbeläge, Reifen, Sättel oder auch Soh len von Laufschuhen. Hierzu werden die Schaumstoffpartikel zum Beispiel in ein Werkzeug ein gebracht und dort mit Dampf beaufschlagt oder erhitzt, so dass diese an ihrer Außenseite mitei nander verschmelzen.
Da die Herstellung der Formteile aus den Schaumstoffpartikeln üblicherweise an anderen Orten erfolgt als die Herstellung der Schaumstoffpartikel, ist es notwendig, diese vom Ort der Herstel lung der Schaumstoffpartikel zum Ort der Formteilherstellung zu transportieren. Der Transport erfolgt dabei üblicherweise in Großgebinden, zum Beispiel BigBag oder Oktabin. Diese werden über Fördereinrichtungen befüllt und entleert, wobei das Material der Schaumstoffpartikel sowie Geometrie und Schüttdichte der Schaumstoffpartikel einen großen Einfluss auf das Transport verhalten haben. Auch wenn die Herstellung der Schaumstoffpartikel und die Herstellung der Formteile in benachbarten Anlagen erfolgen, ist es notwendig, das Material zunächst zu lagern, bevor dieses weiterverarbeitet werden kann. Unabhängig davon, ob die Schaumstoffpartikel in einem Großgebinde oder einem feststehenden Lagerbehälter gelagert werden, können sie sehr stark agglomerieren, so dass eine Entnahme aus dem Großgebinde oder Lagerbehälter mit dem Fachmann bekannten, Fördereinrichtungen (z.B. pneumatische Sauglanzen) nicht ohne eine zusätzliche mechanische Auflockerung möglich ist.
Die Herstellung von Formteilen aus solchen Schaumstoffpartikeln ist zum Beispiel in EP-A 2 671 633 beschrieben, wobei hier zum Transport der Schaumstoffpartikel in Zuleitungen zum Formwerkzeug zum Beispiel Wasser oder ein zusätzliches Gleitmittel zugegeben wird, damit die Schaumstoffpartikel nicht aneinander haften bleiben und so die Leitungen verblocken, wobei gemäß der EP-A 2 671 633 nicht ausreichend ist, wenn bei der Herstellung ein inneres oder äu ßeres Gleitmittel zugegeben wird.
Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffpartikeln aus einem thermoplastischen Polyurethan sind zum Beispiel in WO-A 2007/082838 beschrieben. Hierbei wird entweder zunächst ein Gra nulat aus dem thermoplastischen Polyurethan hergestellt und dieses anschließend in einer Sus pension unter Druck und bei einer Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des Poly- mers mit einem Treibmittel imprägniert und durch Entspannung zu Schaumstoffpartikeln expan diert. Alternativ kann das Treibmittel auch in einem Extruder zugegeben werden und die Schaumstoffpartikel werden durch Entspannung in einer Unterwassergranulierung hergestellt. Bei der Unterwassergranulierung enthält das Wasser üblicherweise ein Granulierhilfsmittel, das auf den Schaumstoffpartikeln verbleibt. Dieses reicht jedoch nicht aus, um ein Verblocken im Lagerbehälter oder Großgebinde zu verhindern.
Ein weiterer Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist, dass bereits eine kleine Menge an Gleitmittel, die bei der Herstellung zugegeben wird, dazu führen kann, dass die Verschweißung der Schaumstoffpartikel zum gewünschten Formteil behindert wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Herstellung von Schaum stoffpartikeln bereitzustellen, die ohne Gefahr der Verblockung bei der Lagerung weiterverarbei tet werden können.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffpartikeln, umfas send:
(a) Mischen einer thermoplastischen Elastomerschmelze mit einem Treibmittel in einem Extruder;
(b) Pressen der mit dem Treibmittel gemischten thermoplastischen Elastomerschmelze durch eine Lochplatte in eine Granulierkammer;
(c) Zerkleinern der durch die Lochplatte gepressten mit dem Treibmittel gemischten thermo plastischen Elastomerschmelze in einzelne Granulatkörner, wobei die Granulierkammer von einer Flüssigkeit durchströmt wird deren Druck und Temperatur so gewählt werden, dass die Granulatkörner in der Flüssigkeit durch das enthaltene Treibmittel auf ein gewünschtes Maß expandiert werden und zu Schaumstoffpartikeln erstarren, wobei min destens eines der nachfolgenden Merkmale umfasst ist:
(i) die Flüssigkeit in der Granulierkammer enthält Wachs, das sich während des Schneidens und Expandierens in der Granulierkammer auf der Oberfläche des Granulats anreichert,
(ii) nach dem Abscheiden aus der Flüssigkeit und Trocknen der Schaumstoffpartikel wird ein Wachs auf die Schaumstoffpartikel aus expandiertem thermoplastischem Elastomer auf gebracht.
Durch das Verfahren werden Schaumstoffpartikel aus einem expandierten thermoplastischen Elastomer erzeugt, die eine Oberfläche aufweisen, auf der ein Wachs aufgebracht ist, wobei der Anteil an Wachs 0,001 bis 0,5 Gew.-% beträgt. Das Wachs wirkt als Gleitmittel, mit dem ein Verkleben der Schaumstoffpartikel verhindert wird, so dass diese aus den zur Lagerung und Transport verwendeten Gebinden, zum Beispiel Papp fässer, Silos, BigBags oder Oktabinern, entnommen und gefördert werden können, ohne zu verblocken. Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Wachses als Gleitmittel ist, dass dieses die nachfolgende Verarbeitung der Schaumstoffpartikel nicht behindert und in dem vorstehend beschriebenen Konzentrationsbereich insbesondere keinen negativen Einfluss auf das Ver schweißen der Partikel zum Formteil hat.
Sollte dennoch notwendig sein, das Wachs von der Oberfläche der Schaumstoffpartikel zu ent fernen, ist es zum Beispiel möglich, dieses durch eine geeignete Wäsche zu entfernen, zum Beispiel durch eine mechanische Reinigung, vorzugsweise in Gegenwart von Wasser. Da die Schaumstoffpartikel zur Formteilherstellung in ein Werkzeug eingebracht und dieses anschlie ßend mit Dampf durchströmt wird, so dass die Schaumstoffpartikel miteinander zum Formteil verschweißen ist es auch nicht zwingend notwendig die Schaumstoffpartikel nach dem Abwa schen des Wachses zu trocknen. Dies hat den weiteren Vorteil, dass das zum Abwaschen des Wachses eingesetzte Wasser nach dem Abwaschen auch als Gleitmittel genutzt werden kann und so die Schaumstoffpartikel durch das auf ihnen haftende Wasser ohne zu verblocken von der Waschposition in das Formteil gefördert werden können.
Unabhängig davon, ob die Flüssigkeit in der Granulierkammer das Wachs enthält, das sich während des Schneidens und Expandierens in der Granulierkammer auf den Schaumstoffparti keln anlagert, oder das Wachs nach dem Abscheiden aus der Flüssigkeit und dem Trocknen der Schaumstoffpartikel aufgebracht wird, befindet sich vorzugsweise kein Wachs als Additiv im Polymer, so dass zusätzlich zu gegebenenfalls von der Oberfläche in die Partikel eindiffundier tem Wachs kein Wachs aus den Schaumstoffpartikeln an die Oberfläche nachdiffundieren und erneut ablagern kann, nachdem dieses abgewaschen wurde.
Besonders vorteilhaft ist es, das Wachs in dem Apparat auf die Oberfläche der Schaumstoffpar tikel oder des Granulates aufzubringen, in dem das Granulat durch Entspannung des Treibmit tels zu den Schaumstoffpartikeln expandiert, da bei jedem Transport ohne als Gleitmittel wir kendes Wachs an der Oberfläche bereits eine Verblockung auftreten kann. Besonders bevor zugt ist es daher, wenn die Flüssigkeit in der Granulierkammer das Wachs enthält, das sich während des Schneidens und Expandierens in der Granulierkammer an der Oberfläche des Granulats anlagert.
Die Herstellung der Schaumstoffpartikel erfolgt nach dem Fachmann bekannten Extrus io ns ver fahren, wie es beispielsweise in der WO-A 2007/082838 oder WO-A 94/20568 beschrieben ist.
Zur Herstellung der Schaumstoffpartikel wird dem Extruder entweder ein Granulat aus dem thermoplastischen Elastomer zugegeben, wie beispielsweise in WO-A 2013/153190 beschrie ben. Alternativ ist es auch möglich, dem Extruder die zur Herstellung des thermoplastischen Elastomers benötigten Ausgangstoffe, insbesondere die Monomere, aus denen das thermo plastische Elastomer aufgebaut ist, sowie gegebenenfalls Additive wie Katalysatoren, Weichma cher, Stabilisatoren oder Farbstoffe zuzugeben und anschließend das Material zu schäumen, wie beispielsweise in WO-A 2015/055811 beschrieben.
Wenn dem Extruder die zur Herstellung des thermoplastischen Elastomers benötigten Aus gangsstoffe zugegeben werden, werden diese nach Zufuhr im Extruder zum thermoplastischen Elastomer umgesetzt, wobei die thermoplastische Elastomerschmelze erzeugt wird. Die Her stellung erfolgt dabei unter den dem Fachmann bekannten Bedingungen zur Herstellung eines thermoplastischen Elastomers in einem Extruder. Nach abgeschlossener Umsetzung kann dann über eine geeignete Zugabestelle in Schritt (a) das Treibmittel zugegeben und im Extruder mit der thermoplastischen Elastomerschmelze gemischt werden.
Wenn das thermoplastische Elastomer nicht in einem Extruder, sondern einem beliebigen ande ren Reaktor hergestellt wird, ist es ebenfalls möglich, die so hergestellte thermoplastische Elastomerschmelze in einen Extruder einzuleiten und in diesem mit dem Treibmittel zu mi schen.
Bevorzugt ist es jedoch, zunächst auf eine dem Fachmann bekannte Weise ein Granulat aus dem thermoplastischen Elastomer herzustellen und dieses dem Extruder zuzuführen, in dem das Treibmittel zugegeben wird. In diesem Fall wird das Granulat zunächst in der Einzugszone des Extruders komprimiert und dabei erwärmt, so dass dieses beginnt zu schmelzen. Daran an schließend wird das Granulat vollständig aufgeschmolzen. Nach dem Aufschmelzen kann dann das Treibmittel zugegeben werden, das durch eine geeignete Schneckengeometrie in die ther moplastische Elastomerschmelze eingemischt wird.
Durch die Schneckendrehung im Extruder wird die thermoplastische Elastomerschmelze mit dem Treibmittel homogen gemischt und zu der den Extruder abschließenden Folgeeinheit transportiert. Diese Folgeeinheit kann bereits die Lochplatte oder ein der Lochplatte vorgeschal teter Apparat, wie zum Beispiel eine Schmelzepumpe, ein Anfahrventil, ein statischer Mischer oder ein Schmelzefilter oder Kombinationen aus diesen sein.
Als Treibmittel eignen sich zum Beispiel halogenierte Kohlenwasserstoffe, gesättigte aliphati sche Kohlenwasserstoffe oder anorganische Gase, beispielsweise gesättigte Kohlenwasser stoffe mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen, Stickstoff, Luft, Ammoniak, Kohlendioxid oder Mischungen davon.
Die mit dem Treibmittel gemischte thermoplastische Elastomerschmelze wird dann in Schritt (b) durch die Lochplatte in eine Granulierkammer gepresst. In der Granulierkammer läuft auf der Lochplatte ein Messer, mit dem die austretende mit dem Treibmittel gemischte thermoplasti sche Elastomerschmelze zu Granulat geschnitten wird. Die Granulierkammer wird von einer Flüssigkeit durchströmt, so dass die thermoplastische Elastomerschmelze durch die Lochplatte direkt in die Flüssigkeit gepresst wird. Der Druck, der die Granulierkammer durchströmenden Flüssigkeit wird so gewählt, dass die durch die Loch platte austretende thermoplastische Elastomerschmelze expandiert, bis eine gewünschte Dichte für den so entstehenden Schaumstoff erzielt wird. Bevorzugt liegt der Druck der Flüssig keit, mit der die Granulierkammer durchströmt wird, in einem Bereich von 1 bis 20 bar, mehr be vorzugt in einem Bereich von 5 bis 15 bar und insbesondere in einem Bereich von 7 bis 12 bar.
Die Temperatur der Flüssigkeit wird so gewählt, dass die austretende thermoplastische Elasto merschmelze in der Flüssigkeit zu den Schaumstoffpartikeln erstarrt, wobei die Schmelze erst nach der gewünschten Expansion erstarren darf. Dabei ist die Temperatur abhängig von dem eingesetzten thermoplastischen Elastomer und liegt bevorzugt bei 25 bis 90 °C, mehr bevorzugt bei 30 bis 60 °C und insbesondere bei 35 bis 50 °C
Die so hergestellten Schaumstoffpartikel werden mit der die Granulierkammer durchströmenden Flüssigkeit aus der Granulierkammer ausgetragen und in einer geeigneten Vorrichtung für eine Fest-/Flüssig-Trennung von der Flüssigkeit getrennt. Nach dem Abtrennen von der Flüssigkeit können die Schaumstoffpartikel getrocknet werden. Das Trocknen kann dabei in jedem dem Fachmann bekannten geeigneten Trockner, beispielsweise Heizwirbelbett oder Silotrocknung erfolgen.
Damit die thermoplastische Elastomerschmelze nicht in der Lochplatte erstarren kann und so die Löcher der Lochplatte verstopfen, ist es bevorzugt, wenn die Lochplatte geheizt wird. Die Temperatur der Lochplatte liegt dabei vorzugsweise in einem Bereich von 20 bis 110 °C ober halb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Elastomers, mehr bevorzugt in einem Be reich von 50 bis 90 °C oberhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Elastomers und insbesondere in einem Bereich von 60 bis 80 °C oberhalb der Schmelztemperatur des thermo plastischen Elastomers. Als Schmelztemperatur wird dabei nach DIN EN ISO 11357-3:2018 die Temperatur bezeichnet, die dem höchsten Peak in der dynamischen Differenzkalorimetrie (DSC) entspricht.
Die Flüssigkeit, die die Granulierkammer durchströmt, ist vorzugsweise Wasser und enthält ge gebenenfalls ein Granulierhilfsmittel. Das Granulierhilfsmittel dient insbesondere dazu, dass die Schaumstoffpartikel in der Flüssigkeit nicht agglomerieren, sondern als Einzelkörner in der Flüs sigkeit verbleiben. Als Granulierhilfsmittel eignen sich beispielsweise Tenside, Wachse oder Weißöle, insbesondere Wachse oder Weißöle.
In der ersten Variante (i), bei der das Wachs in der Flüssigkeit, die die Granulierkammer durch strömt, dispergiert wird, wird das Wachs auf das Granulat während des Expandierens und Er- starrens zu den Schaumstoffpartikeln aufgebracht. Eine gleichmäßige Verteilung des Wachses auf der Oberfläche der Schaumstoffpartikel ergibt sich insbesondere dadurch, dass bei guter Durchmischung der Flüssigkeit das Gleitmittel gleichmäßig verteilt in der Flüssigkeit vorliegt und die Partikel während des Expandierens und Erstarrens und dem anschließenden Transport aus der Granulierkammer in der Flüssigkeit durchmischt werden. Dabei ergibt sich das Durchmi schen insbesondere durch die Strömung der Flüssigkeit durch die Granulierkammer.
Durch die Bewegung der Schaumstoffpartikel in der Flüssigkeit lagert sich das Wachs an der Oberfläche der Schaumstoffpartikel an und dringt höchstens zu einem kleinen Teil in die Schaumstoffpartikel ein. Dies hat gegenüber der Verwendung des Wachses als Additiv bei der Fierstellung des Polymers den Vorteil, dass bei einem Bauteil, das aus den Schaumstoffparti keln gefertigt wird, Wachs nur dann in sehr geringem Umfang an die Oberfläche nachdiffundie ren kann, wenn während der Fierstellung der expandierten Schaumstoffpartikel Wachs in die Schaumstoffpartikel eindiffundiert ist.
Um einen Anteil an Wachs auf der Oberfläche der Schaumstoffpartikel zu erhalten, die im Be reich von 0,001 bis 0,5 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse der Schaumstoffpartikel liegt, zu erhalten, ist es bevorzugt, wenn die Flüssigkeit, die die Granulierkammer durchströmt,
0,0005 bis 0,5 Gew.-%, bevorzugt 0,001 bis 0,25 Gew.-% und insbesondere 0,0025 bis 0,1 Gew.-% an Wachs bezogen auf die Gesamtmasse der Flüssigkeit enthält.
Wenn das als Gleitmittel verwendete Wachs in der Flüssigkeit enthalten ist, die die Granulier kammer durchströmt, wirkt dieses besonders bevorzugt auch als Granulierhilfsmittel. Dies hat den weiteren Vorteil, dass neben dem als Gleitmittel wirkenden Wachs, das sich auf der Ober fläche der Schaumstoffpartikel anlagert, kein weiteres Granulierhilfsmittel benötigt wird, das die Schaumstoffpartikel verunreinigen kann und gegebenenfalls von diesen vor einer Weiterverar beitung entfernt werden muss.
Das Wachs kann dabei als Feststoff in der Flüssigkeit in einer Dispersion enthalten sein oder als Flüssigkeit in der Flüssigkeit in einer Emulsion. Wenn das Wachs in der Flüssigkeit, die die Granulierkammer durchströmt, als Feststoff dispergiert ist, ist es besonders bevorzugt, wenn das Wachs als Pulver mit einem Partikeldurchmesser D50 im Bereich von 10 bis 50 pm vorliegt. FHierbei kann es notwendig sein, um das Wachs in Dispersion zu halten, zusätzlich ein Suspen sionshilfsmittel zuzugeben. Unter Partikeldurchmesser wird im Rahmen der vorliegenden Erfin dung mit nicht kugelförmigen Partikeln der geometrische Äquivalentdurchmesser verstanden, der dem Kugeldurchmesser einer volumengleichen Kugel entspricht.
In einer zweiten Variante (ii) kann das als Gleitmittel wirkende Wachs auch nach dem Abtren nen von der Flüssigkeit und gegebenenfalls Trocknen der Schaumstoffpartikel aufgebracht wer den. Flierzu ist es möglich, das Granulat entweder in Form einer Suspension oder Lösung auf zubringen oder alternativ in fester Form, wobei das Wachs in diesem Fall als feines Pulver vor liegt. Das Aufbringen nach dem Expandieren des Granulats kann entweder alternativ oder zu sätzlich zum Aufbringen während des Expandierens und Erstarrens in der Granulierkammer er- folgen. Zusätzliches Aufbringen ist dann erforderlich, wenn die Menge an Gleitmittel nicht aus reichend ist, die in der Granulierkammer während des Expandierens und Erstarrens auf die Schaumstoffpartikel aufgebracht wurde.
Wenn das Wachs in Form einer Suspension oder Lösung aufgebracht wird, entspricht die Zu sammensetzung der Flüssigkeit mit dem Wachs besonders bevorzugt der vorstehend beschrie benen Zusammensetzung der Flüssigkeit, in der in der ersten Variante (i) die Schaumstoffparti kel in der Granulierkammer imprägniert werden.
Bevorzugt ist es jedoch, wenn in der zweiten Variante (ii) das Wachs in Form eines Pulvers auf die Schaumstoffpartikel aufgebracht wird. In diesem Fall ist es besonders bevorzugt, wenn das Wachs und die Schaumstoffpartikel in einen Behälter eingebracht werden, der dann verschlos sen und anschließend bewegt wird, so dass die Schaumstoffpartikel gegeneinander und gegen die Wandung des Behälters prallen. Hierzu ist es möglich, den Behälter um eine oder mehrere Achsen zu rotieren oder in taumelnde Bewegungen zu versetzen. Hierdurch werden das pulver förmige Wachs und die Schaumstoffpartikel intensiv miteinander vermischt und das Wachs la gert sich auf der Oberfläche der Schaumstoffpartikel an. Je größer die Kraft ist, mit der die Schaumstoffpartikel gegeneinander oder gegen die Wandung prallen, umso besser bleibt das Wachs an den Schaumstoffpartikeln haften.
Wenn das Wachs in Pulverform auf die Schaumstoffpartikel aufgebracht wird, ist es bevorzugt, wenn das Verhältnis von Granulat zu Wachs im Bereich von 0,001 bis 0,5 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse der Schaumstoffpartikel liegt, mehr bevorzugt im Bereich von 0,005 bis 0,25 Gew.-% und insbesondere 0,01 bis 0,1 Gew.-%. Diese Menge reicht aus, um ausreichend Wachs auf der Oberfläche der Schaumstoffpartikeln anzulagern. Die einzelnen Körner des in Pulverform vorliegenden Wachses haben vorzugsweise einen Partikeldurchmesser D50 im Be reich von 10 bis 50 pm.
Das Aufbringen des Wachses auf die Schaumstoffpartikel in Variante (ii) erfolgt vorzugsweise bei Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur. Es ist jedoch auch möglich, das Wachs bei erhöhtem Druck oder erhöhter Temperatur auf die Schaumstoffpartikel aufzubringen. Um zu verhindern, dass Schaumstoffpartikel agglomerieren, erfolgt das Aufbringen des Wachses bei einer Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur. Besonders bevorzugt ist jedoch das Aufbringen des Wachses bei Umgebungstemperatur.
Bevorzugt ist das als Gleitmittel wirkende Wachs Ethylenbisstearylamid. Die Verwendung von Ethylenbisstearylamid als Gleitmittel hat den Vorteil, dass dieses die Verarbeitung der Schaum stoffpartikeln nicht behindert und somit nicht in einem zusätzlichen Prozessschritt abgewaschen werden braucht.
Als thermoplastisches Elastomer eignet sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedes ther moplastische Elastomer, das zu Schaumstoffpartikeln expandiert werden kann und bei dem ein Granulat durch das vorstehend beschriebene Verfahren mit einem Treibmittel imprägniert wer den kann. Geeignete thermoplastische Elastomere sind dem Fachmann an sich bekannt. Ge eignete thermoplastische Elastomere werden beispielsweise beschrieben in „Flandbook of Ther- moplastic Elastomers“, 2. Auflage Juni 2014.
Beispielsweise kann das thermoplastische Elastomer ein thermoplastisches Polyurethan, ein thermoplastisches Polyetheramid, ein Polyetherester, ein Polyesterester, ein thermoplastisches Elastomer auf Olefinbasis, ein vernetztes thermoplastisches Elastomer auf Olefinbasis bzw. ein thermoplastisches Vulkanisat oder ein thermoplastisches Styrol Butadien-Blockcopolymer sein. Vorzugsweise ist das thermoplastische Elastomer ein thermoplastisches Polyurethan, ein ther moplastisches Polyetheramid, ein Polyetherester, oder ein Polyesterester. Besonders bevorzugt ist das thermoplastische Elastomer ein thermoplastisches Polyurethan.
Beispiele
Für die Versuche wurden drei thermoplastische Polyurethane (TPU) als Vorprodukte genutzt, die sich lediglich durch ihre Schmelzflussrate (MFR, Meltflow rate bestimmt nach DIN EN ISO 1133:2012-03) unterschieden. Die Fierstellung des expandierten thermoplastischen Po lyurethans (e-TPU) wird nachfolgend beschriebenen. Um das Wachs als Feststoff (Versuch I) aufzutragen, wurde nach der Trocknung in einem Schüttgutwärmetauscher (BFFIE, Bulk flow heat exchanger) ein Batch Mixer geschaltet. Die Auftragung mittels Suspension erfolgt auf zwei unterschiedliche Arten (Versuch II und III). Für Versuch II wurden die Kunststoffpartikel nach dem BFFIE entnommen und in einen Labormischer beschichtet. Für Versuch III wurde das Gleitmittel in der Granulierkammer zugegeben.
Die Zusammensetzung des TPU und die Schmelzflussrate der unterschiedlichen TPUs sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1: Zusammensetzung des Vorproduktes (TPU)
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Herstellung des e-TPU für die Versuche I und II
Die Herstellung des e-TPUs erfolgt auf einem Zweiwellenextruder (Berstorff ZE 40) mit einer Schnecke von 44 mm und einem L/D Verhältnis von 48, gefolgt von einer Schmelzepumpe, ei nem Anfahrventil mit Siebwechsler, einer Lochplatte und einer Granulierkammer für eine Unter wassergranulierung. Das TPU wurde 3 h bei 80 °C bis zu einer Restfeuchte von weniger als 0,02 Gew.-% vorgetrocknet.
Neben dem TPU wird noch 1 Gew.-% eines weiteren thermoplastischen Polyurethans zudosiert (modifiziertes TPU). Dieses modifizierte TPU ist ein TPU, welches in einem separaten Extrusi onsprozess mit 4,4’-Diphenylmethandiisocyanat mit einer mittleren Funktionalität von 2,05 com- poundiert wurde.
Nach der Dosierung werden die Materialien im Extruder geschmolzen und gemischt. Anschlie ßend wird eine Mischung aus CO2 und N2 als Treibmittel zugegeben. In den verbleibenden Extruderzonen wird das Polymer homogen gemischt. Dieses Gemisch wird von einer Schmelze pumpe über das Anfahrventil und den Siebwechsler und schließlich durch eine Lochplatte in die Granulierkammer gedrückt. Dort wird die Mischung zu einem Granulat geschnitten und in einem unter Druck stehenden, temperierten Wassersystem geschäumt. Der Wasserfluss transportiert die so erzeugten Perlen zu einem Zentrifugaltrockner, in dem sie vom Wasserstrom getrennt werden. Der Gesamtdurchsatz des Extruders wurde auf 40 kg/h eingestellt (einschließlich Poly mere, Treibmittel).
Die Prozessparameter für die Herstellung des e-TPU sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
Tabelle 2: Prozessbedingungen beim Schäumen
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Die Zusammensetzung des Treibmittels ist in Tabelle 3 aufgeführt. Tabelle 3: Verwendete Treibmittelzusammensetzung und in der Granulierkammer zudosiertes Gleitmittel
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Versuch I. Aufbringen des Gleitmittels als Pulver
In einem Zweiwellen-Mischer (Typ MBZ 350 von Derichs) mit einem Nettofassungsvolumen von 200 I wurden 15 kg expandiertes thermoplastisches Polyurethan in Form expandierter Partikel mit einem mittleren Durchmesser von 7,1 mm mit einem Wachs als Gleitmittel entsprechend Ta- belle 4 für 3 Minuten mit einer Drehzahl von 85 rpm bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck gemischt. Im Falle nicht sphärischer Partikel, beispielsweise längliche oder zylindrische Partikel, meint der Durchmesser die längste Dimension. Tabelle 4: Menge des als Pulver aufgebrachten Gleitmittels
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Versuch II. Aufbringen des Gleitmittels als Suspension (Laborversuche: Nachträgliches Aufbrin gen)
In einem Labormischer mit einem Fassungsvermögen von 20 I wurden 2 kg expandiertes ther moplastisches Polyurethan in Form expandierter Partikel mit einem mittleren Durchmesser von 7,1 mm mit 15 kg wässriger Suspension eines Gleitmittels für 5 Minuten gemischt. Die Anteile an Gleitmittel in der Suspension sind in Tabelle 5 aufgeführt. Nach dem Mischen der Partikel aus expandiertem thermoplastischem Polyurethan mit der Suspension wurden die Partikel von der Suspension abgetrennt und für 3 h bei 60°C und Umgebungsdruck getrocknet.
Tabelle 5: Menge des Gleitmittels in der Suspension
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Versuch III. Aufbringen des Gleitmittels als Suspension (Aufbringen in der Granulierkammer)
Das Gleitmittel wurde, wie vorab beschrieben, während es Schäumprozesses im Extruder in der Granulierkammer für die Unterwassergranulierung zudosiert. Die verwendete Konzentration ist in Tabelle 3 aufgeführt.
Ergebnisse Versuche I bis III - Neigung zur Verblockung
Die Verblockungsneigung der Partikel wurde für alle Materialien, mit Ausnahme Referenz 3 und Beispiel 6, über einen einfachen Cacking-Test nach Methode 1 bewertet. Für Referenz 3 und Beispiel 6 erfolgte die Bewertung durch die Abfüllung des frischen Materials in 200 L Metallfäs ser, die auf der Innenseite mit einem Inliner aus Polyethylenfolie ausgekleidet sind. Das Fass wurde mit hergestelltem Material befüllt und direkt nach der Befüllung für 2h bei 60 °C in einem Umluftofen temperiert und anschließend für 12 Tage bei Umgebungsbedingungen (~25°C) gela gert. Nach 12 Tagen wurden die Fässer mit Hilfe einer Hebevorrichtung um 150 “geschwenkt, sodass die Öffnung nach unten zeigte. Rieselte das Material durch die schräge Fläche von al lein durch die Schwerkraft aus dem Metallfass, gilt es als nicht verblockt. Bleibt das Material trotz Drehung im Metallfass, gilt es als verblockt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 aufgeführt. In allen Beispielen und Vergleichsbeispielen wurde gegenüber einem, nicht mit einem Gleitmittel behandeltem, expandiertem thermoplasti schen Polyurethan (Referenz 1 , 2 und 3) eine Reduzierung der Verblockung beobachtet. Tabelle 10: Ergebnisse der Cacking-Test Versuche
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Ergebnisse Versuche I bis III - Verschweißbarkeit
Nach dem Aufbringen des Gleitmittels werden aus den so behandelten Partikeln und den Refe renzmaterialien quadratische Platten mit einer Seitenlänge von 200 mm und einer Dicke von 10 mm für die mechanische Prüfung hergestellt. Dazu werden die Partikel auf einem Formteilauto- maten der Fa. Kurtz ersa GmbFI (Energy Foamer K68) durch Beaufschlagung mit Wasserdampf verschweißt. Die Verschweißungsparameter der Referenz, Beispiele und Vergleichsbeispiele werden so gewählt, dass die Oberflächen des finalen Formteils eine möglichst geringe Anzahl an kollabierten eTPU Partikeln aufweisen. Nach der Verschweißung erfolgt eine Kühlung für 120 s (sowohl von der festen als auch von der beweglichen Seite des Werkzeugs) bevor die Form geöffnet wird. Die jeweiligen Bedampfungsbedingungen sind in Tabelle über die Dampf drücke und die jeweilige Bedampfungsdauer aufgelistet. Die erhaltenen Platten wurden für 4 h bei 70 °C getempert. Tabelle 6a und 6b: Dampfüberdrücke und Zeiten zur Verschweißung der Materialien der Refe renz, Beispiele und Vergleichsbeispiele
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In Bezug auf die mechanische Stabilität der erzeugten Platten wurde die Zugfestigkeit gemes sen nach Methode 2 herangezogen. Die zu erreichende Spezifikation wurde dabei auf 1 ,0 MPa festgelegt. Die Ergebnisse der Zugfestigkeitsprüfung sind in Tabelle 7 aufgeführt. Tabelle 7: Zugfestigkeit und Dichte der für die Messung verwendeten Probenkörper (gemessen nach Methode 2)
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‘Platten fallen beim Entformen auseinander weshalb eine Prüfung nicht möglich war
Methoden
Methode 1 : Cacking-Test
Der Versuchsaufbau besteht aus zwei Komponenten, einem Stahlzylinder (bestehend aus 2 Halbschalen die mithilfe einer Schlauchschelle zusammengehalten werden und einem Stativ, an dem ein beweglicher Stempel mit einer Masse von etwa 1 kg befestigt ist. Der Zylinder hat einen Durchmesser von 11 mm, der des Stempels ist etwas kleiner, damit er berührungsfrei in den Zylinder gleiten kann, wenn dieser mittig darunter steht. Der Zylinder wird für den Test voll ständig mit e-TPU gefüllt. Danach wird der Stempel ohne Druck auf dem E-TPU aufgesetzt. Da bei muss darauf geachtet werden, dass der Stempel an keiner Stelle auf dem Zylinder aufliegt. Das so auf dem e-TPU lastende Gewicht soll den Druck simulieren, der innerhalb eines Oktab- ins oder Bigbags auf das Material wirken würde. Der Versuchsaufbau wird für 10 Tage bei 30 °C gelagert. Anschließend wird der Stempel vorsichtig angehoben und Die Schlauchschelle entfernt. Bleibt das Material beim Auseinanderziehen der Halbschalen als sein Zylinder stehen, gilt das Material als verblockt. Fällt das Material in sich zusammen gilt es als nicht verblockt. Methode 2: Zugfestigkeit
Die Zugfestigkeit wird für eine Plattendicke von 10 mm (Dicke kann in Abhängigkeit des Schrumpfs leicht variieren) in Anlehnung an die für Textilien erstellte ASTM D5035, 2015 be stimmt. Die Bestimmung erfolgt mit einer Prüfmaschine die mit einem 1 oder 2,5 kN Kraftauf nehmer (Klasse 0,5 (ab 10N) nach DIN EN ISO 7500-1 , 2018), Langwegaufnehmer, Traverse (Klasse 1 oder besser nach DIN EN ISO 9513, 2013) und pneumatischen Klemmen (6 bar (mit Klemmbackeneinschüben aus Pyramidenraster (Zwick T600 R) ausgerüstet ist. Die benötigten Prüfkörper werden mit einer Größe von 150 mm x 25,4 mm aus einer 200 x 200 x 10 mm Prüf platte (Abmessungen können in Abhängigkeit des Schrumpfs leicht variieren) ausgestanzt. Die verwendeten Prüfplatten wurden vorab min. 16 h bei Normklima (23 ± 2 °C und 50 ± 5 % Luft feuchtigkeit) konditioniert. Die Zugprüfung erfolgt ebenfalls in diesem Normklima. Vor der Mes sung werden zudem die Masse (Präzisionswaage; Ablesbarkeit: ± 0,001 g) der Prüfkörper so wie deren Dicke (Messtaster; Ablesbarkeit: ± 0,01 mm, Anpressdruck 100 Pa, Wert wird nur einmal mittig am Prüfkörper bestimmt) bestimmt. Aus der Masse, der gemessenen Dicke und den fixen Werten für Länge (150 mm) und Breite (25,4 mm) wird das Raumgewicht in kg/m3 be rechnet. Diese Werte werden in die Prüfvorschrift eingegeben.
Der Abstand zwischen den Klemmen (75mm) und der Abstand des Langwegaufnehmers (50 mm) werden vor Beginn der Prüfung kontrolliert. Der Prüfkörper wird auf die obere Klemme gelegt und die Kraft tariert. Der Prüfkörper wird eingespannt und die Prüfung gestartet. Die Messung erfolgt mit einer Prüfgeschwindigkeit von 100 mm/min und einer Vorkraft von 1 N. Die Berechnung der Zugfestigkeit amax (angegeben in MPa) erfolgt über Gleichung (1), sie ist die Maximalspannung, die mit der Spannung bei Bruch identisch sein kann. Die Bruchdehnung e (angegeben in %) berechnet sich über Gleichung (2). Es werden jeweils drei Probenkörper pro Material getestet. Angegeben wird der Mittelwert aus den drei Messungen. Reißt der Prüfkörper außerhalb des markierten Bereichs, wird dies vermerkt. Eine Wiederholung mit einem weiteren Prüfkörper erfolgt nicht.
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Fmax = Höchstkraft beim Zerreißen des Prüfkörpers [N] d = Dicke des Prüfkörpers [mm] b = Breite des Prüfkörpers [mm]
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LB = Länge bei Bruch [mm]
Lo = Anfangslänge (Abstand der Messmarkierungen [mm]

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffpartikeln aus expandiertem thermoplastischem Elastomer, umfassend
(a) Mischen einer thermoplastischen Elastomerschmelze mit einem Treibmittel in einem Extruder;
(b) Pressen der mit dem Treibmittel gemischten thermoplastischen Elastomerschmelze durch eine Lochplatte in eine Granulierkammer;
(c) Zerkleinern der durch die Lochplatte gepressten mit dem Treibmittel gemischten thermoplastischen Elastomerschmelze in einzelne Granulatkörner, wobei die Granulierkammer von einer Flüssigkeit durchströmt wird deren Druck und Tem peratur so gewählt werden, dass die Granulatkörner in der Flüssigkeit durch das enthal tene Treibmittel auf ein gewünschtes Maß expandiert werden und zu Schaumstoffparti keln erstarren, wobei mindestens eines der nachfolgenden Merkmale umfasst ist:
(i) die Flüssigkeit in der Granulierkammer enthält Wachs, das sich während des Schneidens und Expandierens in der Granulierkammer auf der Oberfläche des Gra nulats anreichert,
(ii) nach dem Abscheiden aus der Flüssigkeit und Trocknen der Schaumstoffpartikel wird ein Wachs auf die Schaumstoffpartikel aus expandiertem thermoplastischem Elastomer aufgebracht.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit in der Gra nulierkammer ein Wachs enthält und der Anteil an Wachs im Bereich von 0,01 bis
5 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse der Flüssigkeit beträgt.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit Wasser ist und gegebenenfalls Suspensionshilfsmittel enthält.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wachs in der Flüssigkeit gelöst ist oder als Feststoff mit einem Partikeldurchmesser D50 im Bereich von 10 bis 50 pm in der Flüssigkeit dispergiert ist.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüs sigkeit in der Granulierkammer einen Druck im Bereich von 1 bis 20 bar aufweist.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüs sigkeit in der Granulierkammer eine Temperatur im Bereich von 20 bis 90°C aufweist.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wachs nach dem Abscheiden aus der Flüssigkeit und gegebenenfalls Trocknen auf die Schaumstoffpartikel aufgebracht wird, wobei das Wachs in Pulverform aufgebracht wird.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das in Pulverform aufge brachte Wachs einen Partikeldurchmesser D50 im Bereich von 10 bis 50 pm aufweist.
9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wachs und die Schaumstoffpartikel in einen Behälter eingebracht werden, der dann verschlossen und an schließend bewegt wird.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Granulat zu Wachs im Bereich von 0,001 bis 0,5 Gew.-% liegt.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wachs bei Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck auf die Schaumstoffpartikel auf gebracht wird.
PCT/EP2022/056174 2021-03-15 2022-03-10 Verfahren zur herstellung von expandierten thermoplastischen elastomerpartikeln WO2022194665A1 (de)

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