DE1554773A1

DE1554773A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Dispersion einer fluessigen Substanz in einem thermoplastischen Harz

Info

Publication number: DE1554773A1
Application number: DE19621554773
Authority: DE
Inventors: Latinen George Andrew; Aykanian Ardshus Avedis; Hardy Edgar Erwin
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1961-06-02
Filing date: 1962-06-01
Publication date: 1969-07-03
Also published as: SE314812B; GB989856A; GB989855A; US3199147A

Description

. DR. E.WIEGAND .DIPUNG. W. NIEMANN 1554773

DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C GERNHARDT MÖNCHEN HAMBURG

telefon. 55547« 8000 Mönch en 15,5. Februar I969

TELEGRAMME, KARPATENT NUSSBAUMSTRASSE 10

W.- 10 997/62 13/Nie P 15 5* 773-6

Monsanto Company
St. Louis, Missouri (V.St.A.)

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer
Dispersion einer flüssigen Substanz in einem
thermoplastischen Harz

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Dispersion einer flüssigen Substanz in einem thermoplastischen Harz, wobei ein thermoplastisches Harz einer einzigen Sehneckenfördervorrichtung zugeführt, geschmolzen und durch den Extruder fortbewegt, eine Flüssigkeit in das geschmolzene Harz einge- ' spritzt und das Flüssigkeit enthaltende Harz aus einem
Mundstück oder einer Düse abgezogen wird. Insbesondere oezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Einbringen eines normalerweise flüssigen Verschäumungsmittels in ein thermoplastisches Harz und Auspressen der sich ergebenden verschäumbaren Harzverbindung.

Die meisten thermoplastischen Harze werden vor der·
Weiterverarbeitung in die endgültige Gestalt mit anderen
Stoffen, wie beispielsweise Plastifizierungsmittel^ Pig-

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menten, Ocydationsinhibitoren, flammenhemmenden Stoffen, Verschäumungsmittein u.dgl. vereinigt. Bei der Bereitung solcher Harzverbindungen ist es allgemein Üblich, die einzelnen Komponenten beizumischen, um sie dann durch einen Extruder hinouiehzus chicken, in dem das Harz schmilzt und die anderen Komponenten in dem geschmolzenen Harz gleichförmig dispergiert werden. Dieses Verfahren ist nicht gut geeignet, um flüssige Stoffe in thermoplastische Harze einzubringen, da Flüssigkeiten dazu neigen, die wirksame Zufuhr der Harzpartikel in den Extruder zu stören.

Es ist bereits vorgeschlagen worden,die vorerwähnten Schwierigkeiten dadurch auszuräumen, daß man die flüssigen Stoffe in das geschmolzene thermoplastische Harz innerhalb des Extruders einspritzt. Dieser Vorschlag hat aus zwei Gründen zu keinem großen Erfolg geführt. Zunächst einmal zeigt der in das geschmolzene thermoplastische Harz eingespritzte flüssige Stoff keine Neigung, sich gleichförmig dispergieren zu lassen. Zum Zweiten neigt das thermoplastische Harz dazu, die .öffnungen zu verstopfen, durch die der flüssige Stoff in den Extruder eingespritzt wird.

Aufgabe der Erfindung ist die' Schaffung eines verbesserten Verfahrens und einer verbesserten Vorrichtung zum Einbringen von Flüssigkeiten in ein sich innerhalb eines

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IJJH / /

Extruders oder einer Schneckenpresse befindendes thermoplastisches Harz und insbesondere zum Einbringen eines flüchtigen, flüssigen Verschäumungsmittels in eine geschmolzene thermoplastische Harzmasse, wie Styrolpolymerisat innerhalb des Extruders, wobei ein verschäumtes thermoplastisches Harz ausgepreßt wird.

_Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung einer Dis-. _ persion einer flüssigen Substanz in einem thermoplastischen Harz, wobei ein thermoplastisches Harz einer einzigen Schneckenfördervorrichtung zugeführt, geschmolzen und durch den Extruder fortbewegt, eine Flüssig-keit in das geschmolze-' ne Harz eingespritzt und das Flüssigkeit enthaltende Hrz aus einem Mundstück oder einer Düse abgezogen wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß man

1) Das Harz in der ersten Zone des Extruders auf eine

solche Temperatur erhitzt, daß das geschmolzene Harz

λ eine Tiskosität von unterhalt) etwa 1,5 χ 10 Poise

besitzt,

2) das geschmolzene Harz einem Druck von wenigstens etwa 12o kg/cm (1700 psi) in der ersten Zone des Extruders unterwirft,

3) das geschmolzene Harz aus der ersten Zone des Extruders in eine zweite Zone abgibt,

4) das geschmolzehe Harz im wesentlichen auf der in Stufe angegebenen Temperatur in der zweiten Zone des Extruders hält,

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5) in das geschmolzene Harz in der zweiten Zone des Extruders die Flüssigkeit einspritzt,

6) das geschmolzene Harz in der zweiten Zone des Extruders wesentlichen Kräften quer zur Schnecke und wenig oder gar keiner Kraft in axialer Richtung zur Schnecke unterwirft,

7) die Mischung von geschmolzenem Harz und Flüssigkeit aus der zweiten Zone in eine dritte Zone des Extruders abgibt,

8) den Druck auf der Mischung aus geschmolzenem Harz und Flüssigkeit in der dritten Zone des Extruders erhöht und

9) die Mischung aus geschmolzenem Harz und Flüssigkeit • aus der dritten Zone des Extruders zu dem Mundstück oder der Düse abgibt.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Durchführung des Verfahrens, welche in einem einfachen Schneckenextruder eine langgestreckte zylindrische Kammer, die an ihrem Abgabeende mit einer Düse versehen ist und an ihrem Hinterende Mittel zur Zuführung der plastischen Masse aufweist; eine langgestreckte, innerhalb der Kammer angeordnete Schnecke und eine Einrichtung zum Drehen der Schnecke umfaßt, ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine erste schneckenförmige Rippe in dem ersten hinteren Teil der Schnecke mit einem geeigneten Abstand oder einer Steigung,

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OR

I U O hi I I Ο

wodurch die plastische Masse durch die Kammer gepreßt und . fortgeführt wird, eine Mehrzahl von Gruppen von axial ausgerichteten Schaberplatten, welche symmetrisch um einen mittleren zweiten Abschnitt der Schnecke angeordnet sind, wobei jede Gruppe eine Mehrzahl von Schaberplatten umfaßt, die enge Kanäle oder Zwischenräume untereinander aufweisen und mit Bezug auf die benachbarten Schaberplattengruppen axial so angeordnet ist, daß wenigstens eine Schaberplatte in jeder Gruppe in Querrichtung auf den Zwischenraum zwischen den Schaberplatten benachbarter Gruppen ausgerichtet ist, eine zweite schneckenförmige Rippe in einem dritten vorderen Abschnitt der Schnecke mit einem geeigneten Abstand oder einer Steigung, wodurch die plastische Masse durch die Kammer gepreßt und fortbewegt wird, und eine Einrichtung zum Einpressen von Flüssigkeit durch die Kammerwand, welche die zweite oder Mittel&one der Kammer umgibt, umfaßt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, worin insbesondere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht

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GRlG^AL

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform der Erfindung,

Pig. 2 eine teilweise geschnittene vergrößerte Ansicht der Flüssigkeitseinspritzvorrichtung der Fig. 1,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht gemäß der Schnittlinie 3-3 der Fig. 1,

Fig. k eine der Fig. 3 ähnliche Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Einspritzen einer Flüssigkeit in das geschmolzene Harz und

Fig. 5 eine teilweise geschnittene Ansicht einer abgewandelten Düse, die sich in der Flüssigkeitseinspritzvorrichtung der allgemeinen Ausführungsform gemäß Fig. 2 verwenden laßt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt eine neuartige Kombination eines Extruders abgeänderter Ausbildung und einer Einspritzvorrichtung dar, mit der innerhalb des Extruders in das geschmolzene Harz eine Flüssigkeit eingespritzt

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I U w> H I I

werden kann· Genuß Giner bevorzugten Ausführungsforni der Erfindung kann die Einspritzvorrichtung die Flüssigkeit in das geschmolzene Harz mit hohem Druck einspritzen und ist dabei so ausgebildet, daß oin Einströmen dos geschmolzenen Harsos in dio öffnung, über die die Flüssigkeit in das Harz eingespritzt wird, verhindert wird. ....

Die beigefügten Zeichnungen orlfiutorn Ausführungsfortnen der.Erfindung, bei denen oin flüssiges Verechäumungsniittel in oin geschmolzenes Harz eingespritzt und die entstehende Masse als geblasener vorschUumtor Harzfilra ausgepreßt wird,

Wio dio Fig. 1 zeigt, gehören zur orfindungsgeraüßon Anlage ein Extruder 10 mit einem Einfülltrichter 11, ein aus den Abschnitten 12, 12a und 12b, die mit nicht dargestellten Schraubbolzon zusammengehalten werden, bestehendes GehUuse, eine in dem Gohttuso vorgesehene Zylinderkammer 14 und eine Sohncoke 15. Viio gezeigt, 1st dor Extruder 1o in drei Funktionszonen, nöralioh eine Plastlflzlerzone A, olno Einspritzzone B und eine Diffusions«»-und Kühlzono C unterteilt.

In dor Zone A enthalt der GohSuseabsohnitt 12 olno Kammer 20, durch die mit nicht dargestellten' Mitteln ein Viärmo-Übertraguns3mittol in Umlauf gesetzt worden kann. Die Sohnckke 15 ist mit einem odor mehreren schraubenförmigen Flügeln 16 verschon und woist einen kern auf, dessen Durchmesser von

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Ilnk3 nach rechts zunimmt bis er bei 18 sein Maximum erreicht· !lach Erreichung des maximalen Kerndurchmessers bei 18 verkleinert sich der Kerndurchmesser der Schnecke 15 sehr schnell« um eine Schulterflüehe 22 zu bilden und dann innerhalb der Zone B konstant zu bleiben·

Ih der Zone B befinden sich vier Gruppen von axial aufeinander ausgerichteten Schaberplatten oder Schaberfintern 26, 26a, 26b; 28, 28a, 28b; 50, 50a, 50b; 52, 52a, 52b (die Schaber 52 sind nicht in Fig..1 ,sondern nur in Fig. 5 dargestellt), die in symmetrischer Ausrichtung an der Schnecke 15 befestigt sind. Die Gruppen von Schaberplatten 28, 28a, 28b und 52, 52a, 52b sind in axialer Richtung geringfügig versetzt gegenüber den entsprechenden Gruppen von Schaberplatten 26, 26a, 26b und 50, 50a, 50b· Bei dieser Einstellung sind die Schaberplatten 28 und 52 (nicht dargestellt) in Querrichtung auf die Zwischenräume zwischen den Schaberplatten 26 und 26a bzw· 50 und 50a ausgerichtet. In Shnlioher Weise sind die Schaberplatten 28a und 52a (nicht dargestellt) in Querrichtung auf die Zwischenräume zwischen den Schaberplatten 26a und 26b bzw. 50a und 50b ausgerichtet. Die Schaberplatten 26a und 50a sind in Querrichtung ausgerichtet auf die Zwischenräume zwischen den Schaberplatten 28 und 28a bzw. 52 und 52a (beide nicht in Fig. 1 dargestellt)· Die Schaberplatten 26b und 50b sind in Querrichtung ausgerichtet auf die Zwischenräume zwischen den Sohaberplatten 28a und 28b bzw· 52a und 52b (beido nicht in Fig. 1 dargestellt). Ferner ist in der Zone B, eine

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BAD C?;G';

Gruppe von Flüasigkeitslnjcktoren 34-54 in radialer Au3rioh- ■ tung ara Gehiiuseabschnltt 12b angobracht und in Einsatzstücken 13-12 befestigt. Die genaue Ausbildung der FlUssigkeitsinjektoren 34-3^ Ißt in den nachfolgend zu beschreibenden Pig· 2 und 3 näher dargestellt. ■

In der Zone C ist die Schnecke 15 mit einer schraubenförmigen Rippe 36 vorsehen. Der Kerndurchmesser der Sohnecke 15 ist in dieser Zone konstant dargestellt, in der Praxis ist es jedoch vorzuziehen,» den Kerndurehßjesser der'Schnecke 15 in dem vorderen Abschnitt der Zone C (d.h. neben der Zone E) gerin&flisiß größer ala den Kerndurchraesser in der Zone B zu machen, und dann den Kerndurohmesser in dem hinteren Abschnitt der Zone C wieder kleiner werden zu lassen. Der Gehä'useabschnitt 12b ist mit zwei getrennten Kammern 38 und 58a versehen, durch die verschiedene Wärmeübertragungsmittel mit nicht dargestellten Mitteln in Umlauf versetzt v/erden können.

Am Absabeende des Gehäusoabsohnittes 12b ist mit nicht nlihör dargestellten Befestigunssjnitteln eine Filmblasdüße 40 üblicher Ausbildung befestigt. Diese DUse 40 weist einen Ringkanal 41 und einen mittig angeordneten Dorn 42 auf, in dem sich ein Luftkanal 43 befindet. Dem Kanal 43 wird die Luft über ein Blasrohr 44 zugeführt.

Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, besteht Jeder der Plüssigkoitsinje-ktoren j5*-^ aus einer DUse 50 und einem Düsenhalter 80, welche mit einer Gewindekappo 70 in der Betriebslage ordnungsgemäß zusammengehalten werden. Die Oowindekappo 70

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BAD C.vüiHÄ

ist fest in einer Ausnehmung dds Einsatzes 1jJ des GehKuoeabcchnlttGs 12b mit Schraubbolzen 72-72 befestigt. Die Sohraubbolzen 72 führen durch mit Gewinde versehene Bohrungen der Brille 74 hindurch· Geeignete Dichtungen (nioht dargestellt), die von den Ausnehmungen des EinsatzstUokea 12 aufgenommen worden, sorgen für eineigas- und fLUssigkeitsdiohten Abschluß. Die Düse 50 ist in der Gewindekappe 70 mit einer Schulterflache 59 abgestutzt, die auf einem inneren Sitz 71 ruht· Der Gehäuseteil 81 de3 DUsenhalters 80 ist in.die Gewindekappe 70 so eingeschraubt, daß seine Fläche 02 die Düse 50 in den Sitz druckt. Die Flache 82 dos Gehäuseteiles 81 und die Fläche 57 der Düse 50 sind so sorgfältig bearbeitet, daß der enge Sitz eine Dichtung Überflüssig macht.

Die DUse 50 weist eine Stirnfläche 51 auf (die als Teil dor Kammerwandung 14 wirkt) und enthält eine Flüssigkeit3kamraor 52, die in einen Ventilsitz 54 endet. Eine Abgabeöffnung 56 stellt eine Verbindung zwischen der Kammer 52 der DUse und der Kammer 14 des Extruders her. In der DUee 50 befindet sich ein Flüssigkeitskanal 58, über den Flüssigkeit der Kammer 52 zugeführt wird.

Ein (in offener Stellung dargestelltes) Ventil, welchee in die Kammer 52 eingesetzt ist, besteht aus einem Gehäuseab· schnitt 60 einsr Spindel 62, einer kegelstumpffßrmlgen Ventilflache 66 und einem zylindrischen Stift 68. Der GehUuseabschnitt 60 ist mit engen Toleranzen bearbeitet, so daß er innerhalb des oberen Abschnittes der Kammer 52 gleiten und

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dort cine Abdichtung bewirken kann. In ähnlicher Weise ist die Ventllflilche 66 auf enge Toleranzen bearbeitet, so daß der untere Abschnitt der Kammer 52 abgedichtet wird, wenn das Ventil 60 in die Schließstellung abgesenkt ist·

Der Düsenhalter 80 besteht aus einem Gehäuseteil 81, einer Federdruckkappo 100 und einer Kappe 106. In dem Gehiiuscteil 81 befindet sich ein Flüssigkeitskanal 84, der mit dam Flüssigkeitskanal 58 der Düse 50 in Verbindung steht und in einen Sitz 85 endet. Mit dem Flüssigkeitskanal 84 steht ferner eine Hochdruckleitung 86 in Verbindung, die in einer kegelstumpfförmigen FlKche 87 endet. Die Fläche 87 1st an den Sitz 85 mittels einer Ringscheibe 88 und einer Schraub· kappe 89 dichtend angepreßt. Der Gehäuseteil 81 enthält ferner einen mittleren zylindrischen Kanal 92, in dem eine Spindel 94 verschiebbar gelagert ist. Eine zylindrische. Ausnehmung im Boden der Spindel 94 nimmt den Ventilstift 62 auf, wUhrend das obere Ende der Spindel 94 in eine zylindrische Ausnehmung eingreift, die im Boden eines Fcderwlderlagers 96 vorgesehen ist. Der Gehäuseteil 81 enthält ferner einen größeren zylindrischen Kanal 95, der mit dem Kanal 92 in Verbindung steht. In dieser Kammer 95 befindet sich ein erstes Pederwiderlager 96, eine Feder 97 und ein zweites Federwiderlager 98· Eine mit Gewinde versehene Federdruckkappe 100 ist in ein Gewinde eingeschraubt, welches sich an der Innenwand der Kammer 95 befindet, um die Feder 9? vorzuspannen. In einer Gewindebohrung an der Oberseite der Kappe 100 be-

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findet sich eine Stellschraube 102, mit der die Druckkraft der Feder 97 eingeregelt wird. Eine Gegenmutter 1O4 ermöglicht, die Stellschraube 102 in einer gewünschten Stellung festzusetzen. Eine Kappe 106 ist mit einem Gewinde als Abdeckung auf die Pederdruckkappe 100 aufgeachraubt. Zwischen der .Unterseite der Kappe 106 und der Oberseite des Gehäuseteiles , 81 befindet sich eine Dichtung 10S, mit der die Kammer 95 strSrnungsniitteldicht verschlossen wird. In dem Gehäuseteil 81 befindet sich ein Flüssigkeitskanal 11,Q, ,der mit der Kammer 95 in Verbindung steht. In das Ende des Flüssigkeitskanal« 110 ist eine Leitung 112 eingeschraubt, um irgendwelche in . die Kammsr 95 eingeströmten Flüssigkeiten abzuführen.

Im Betrieb werden der in den Fig. 1,2 und 2 dargestellten Vorrichtung die thermoplastischen Harzpartikel über den Einfülltrichter 11 unmittelbar zur Kammer 14 zugeführt. Um die Zeiohnung übersichtlicher zu halten, ist das Harz in der Kammer 14 erst dargestellt, nachdem es Über d.as Ende der Sohnekke 15 hinaus bewegt worden ist. In der Zone A werden die Harzpartikel von der spiraligen Rippe 16 weiterbewegt. Beim Durchlaufen der Kammer 14 schmilzt das Harz (durch die Einwirkung des in der Kammer 20 umlaufenden'Wärmeübertragungsmittels und auch durch die innerhalb der Kammer erzeugte Reibungswärme), um dann erheblich gepreßt zu werden, wenn das Volumen der Kammer 14 durch den größer werdenden Kerndurchmesser der .Schneie· ke 15 kleiner wird. In bekannter Weise wirkt die in der Zono A von der Schnecke .15 aufgebrachte Kraft auf das geschmolzene

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Harz vor allem in axialer Richtung. DIo Harzteraperatur und der Druck in dür Zone A erreichen einen Maximalwert, wenn das Harz die Stelle 18 erreicht.

Wenn das geschmolzene Harz über den Punkt 18 hinaus in die Einspritzzone B strömt, fällt der Druck erheblich ab, da das Volumen der Kammer 14 duroh die Verminderung des Kerndurchmessers der Schnecke 15 größer wird. In der Zone B unterliegt das geschmolzene Harz keiner von der Schnecke 15 ,ausgeübten mcchanlsaiien Kraft in. axialer.Richtung. Die einzige Kraft, die das geschmolzene Harz durch die Zone B verbewegt, ist der Druckabfall vom Ende der Zone A bis zum Anfang der Zone C. Im Gegensatz zu den mäßigen Axialkräften, die in der Zone B auf das geschmolzene Harz einwirken, werden nun am Harz erhebliche KrUfte in Querrichtung zur Schnekke 15 mit Hilfe der Schaberplatten 26, 26a, 26b, 28, 28a, 28b, 30/30a, 30b, 32, 32a und 32b angelegt. Durch die in der Zone B angelegten KrSfte strömt das geschmolzene Harz im.wesentlichen so wie es in Fig. 1 durch Strömungslinien angedeutet 1st. Dieses StröRiungsschema führt zu einer gründlichen durch! Mischung ..des geschmolzenen Harzes, da der Mischvorgang wc- . sentlich durch die hohe Temperatur und die geringe Viskosität des Harzes erleichtert wird. Ein flüssiges Verschäumungsmittel, wie beispielsweise pentan, tritt in die Kammer 14 über die öffnungen 56-56 der PlUssigkeitsinjektoren 34-34 ein und wird dann schnell.und homogen in dem geschmolzenem Harz dis« pergiert· Die Arbeitsweise der

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BAD C^H;;iA

wird nachfolßend noch ausführlich beschrieben. ^v , Beim Einlauf des geschmolzenen Harzes in die Zone C das Harz eine hohe Temperatur und enthält das flüssige Verschäumingsmittel in homogen dispergierter Form. Um die gleichfUrraige Diffusion des Verschüuraungsnittel3 in dem geschmolzenem Harz unbedingt sicherzustellen, wird das Harz in den vor· deron Abschnitt der Zone C durch den Umlauf eines Wärmetr&- gers in der Kammer 2Ö erwärmt. Bei der Weiterbewegung des Harzes durch den hinteren Abschnitt der Zone C· wird.die Temperatur durch Umlauf eines Kühlmittels in der Kammer 3Sa erniedrigt. Zusiitzliii wird der Druck, der in der Zone C auf das Harz einivirkt, durch die Verengung an der Düse erhöht·

Nach dem Verlassen der Zone C tritt das geschmolzene Harz in die Düse 40 ein, um dann aia Kanal 41 als nahtloser Schlauch 45 auszutreten. Der Schlauch 43 wird (nicht dargestellt) hinter der Strangpresse angeordnet, Klemmwalzen zugeführt, damit die in den abgeklemmten Schlauch 45 über die Leitung 44 zugeführte Luft den Schlauch 45 zu einer großen Blase expandieren kann.

Das Verfahren, nach dem da3 VerschäiimungsraittolJn das geschmolzene Harz eingebracht wird, ist in der Pig; 2 erläutert. Ein Verschäuraungsmittel, beispielsweise Pentan, wird der Leitung 86 (mittels einer nicht dargestellten Pumpe) mit einem Druck zugeführt, der höher ist als derDruck, unter dem das Harz in der Zone B steht. Das Verschäumungsmittel strömt dann über den Flüssigkeitskanal 84, den Flüssigkeitskanal 58

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' und tritt dann In die Flüsaigkoltckajnmer 52 ein· Das Ver- . schäurauriGOinittel übt an dor kegelstumpffürraigen Fliiche 63 des Ventilkorpers 60 cfocn Druck aus, um das Ventil in die in PIg. 2 dargestellte Offnungsstellung zu bringen· Das VersehUiinningsmittel gelangt dann Über die öffnung 56 in die Kammer14 des Extruders· .

Um den Zufluß des VersohUumungsmitteS&, 14 zu unterbrochen, ist es lediglich erforderlich, den Druck* unter dem daß Verschiiuraungsmittel steht,- auf einen Wert einzuregeln« der geringer 1st als die zuvor eingestellte Druckkraft der Feder 97. Die Feder 97, die über das Federwiderlager 96 auf die Spindel 94 einwirkt, drückt den Ventllkurper 60 in die Schließstellung· Xn der Schließstellung dichtet die kegelstumpf fönnige Vcntilfliiche 66 den Ventilsitz 54 ab, so daß der zylindrische Stift 68 in der Öffnung 56 ruht. In der

mu Praxis lUßt sieh das VerschäyhsQmittel den FlUsslgkeitsin- Jektor ^4 bequem mit einer Kolbenpumpe zuführen, in der die Druckwerte zwischen Null und einem Maximalwert schwanken· Die Druckkraft der Feder 97 1st hoch genug über dem Harzdruck in der Zone D eingestellt, do daß die Öffnung 56 stets abgedichtet wird, wenn kein flüssiges Versohäumungsmlttel in die Kammer 14 einströmt· Hierdurch w: rd verhindert» daß das Harg in die JCammer 52 eintritt und den Flüssigkeitsinjektor, verstopft· -

■ Aus dem vorstehenden Absatz ist ersichtlich, daß bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das flüssige Ver-

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schüuraung3raittel nicht als stetiger Strom In das geschmolzene Harz eingespritzt wird, sondern in intermittierenden odor pulsierenden Wellen zugeführt wird· DarUberhinaus schwankt der das flüssige VercchUuraungsmittel in das geschmolzene Harz hineinzwingende Differenzdruck« wenn das Ventil sich zwischen üffnungs- und Schließstellung hin» und herbewegt· Durch diese Wirkung wird das flüssige VerschHumungsmittel in vor«» schiedencn Abschnitten des geschmolzenen Harzes in verschieden große Tiefen eingespritzt. Da das flüssige Verschäuaungsmittel an den einzelnen Abgabestellen dazu tendiert, in allen Richtungen gleichförmig zu diffundieren« kommt es durch dieses Einsprltzsohcma zu einer Begünstigung einer gleichmäßigen Verteilung des flüssigen VersohSumungsmitteis in der gesamten geschmolzenen Harznasse.

Flg. 4 zeigt eine abgewandelte AusfUhrungsform eines Injektor es, mit dom einem Extruder .das VersohUumungsmlttel züge führt werden kann· Der zur Zufuhr des VersohHumungsmittels vorgesehene Injektor 1j54 ist mit Schraubbolzen 172-172 an einem Einsatz 13 befestigt· Der Injoktor 1^4 weist eine mittlere Kammer 175 auf, die an einer Bodenflüche I76 endet· Die BodenflUche 176 1st aus Sintermetall hergestellt und hierdurch für flüssige VerschUumungsmittel« wenn diese unter dhem zuvozsausgewiihlten Druck von beispielsweise mehr als 141 atU (2000 psi) stehen« durchlässig· Das flüssige Verachtturaungsmittel wird der Kammer 175 über die Leitung 178 mittels einer nicht dargestellten Pumpe zugeführt·

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· 5 zeigt eins abgewandelte AusfUhrungsform einer Düse, die in dem FlUssigkcitsinjektor 34 der Fig. 2 verwendet werden kann. Zur DUse I50 gehören oinö Stirnfläche I5I (die als Wnndteil des Extruders wirkt), eine FlUssigkoitskammsr 152, eine Verbindungsöffnung I53 zwisehsn der Kanuner 152 der DUs© I50 und der Kammer des Extruders und ein kegelstumpfförmiger Ventilsitz 154» In der Düse I50 befindet sich' ein Flüssigkeitskanal I58, über den der Kammer 152 ein Strömungsmittel zugeführt werden kann· .■ ■ ^% ·-··..

In der Düse 150 befindet sich ein (in offener Stellung dargestelltes) Ventilj welches lSng3 versehieblieh lot und den obesn Abschnitt der Kammer 152 abdichtet. Zu diesen Ventil gehören ein Ventilkörper I60, eine Ventilspindel 162, ein zylindrischer Ansatz I65 und eine kegelstumpffßrraigö Ventilflache 164, die an dem freien Ende des sylindriechen Ansatzes 165 befestigt 1st. Die VentilflUche 16^ und der Ventilsitz 15²* sind rait engen Toleranzen hergestellt, so daß die Düse abgedichtet wird', wenn das Ventil 16O in die Schließatelluns angehoben ist. Die Ventilspindel 162 ist in ähnlicher Welse Mio bsi der AuöfUhrungsform gemäß Fig. 2 mit einor Federanordnung gekoppelt, die sich nur dadurch unterscheidet, daß die Feder hler eine Zugkraft ausführt und die Ventilflüche 164 gegen den Ventilsitz 154 drückt.

Im Betrieb wird das Ventil durch die Foderkraft normalerweise in der Schließstellung gehalten. Ein VerschUumungstnittel, beispielsweise pentan, wird der FlUssigkeitskammer I52

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über dio Leitung I58 zugeführt· Die Flüssigkeit in der Kammer 152 drUokt auf die Vent iIflache 164 und zviln^t das Wen« tll in dio dargestellte öffnunssstollung, wenn der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 152 die voreingestellte Federkraft übersteigt. Um den Zufluß des VersohKuraungomittels zur Kam-UiGr 14 zu unterbrechen, ist es lediglich erforderlich, den Druck dos VerscüSumungsraittcls in der Kammer I52 auf einen Wert su vermindern, der unterhalb der voreingesteliten Federkraft liegt· T.. "" . *" > ....-■

Die nachfolgenden Beispiele sollen noch klarer die Grundgedanken und die praktische Anwendung dieser Erfindung dem Fachmann erläutern·

Beispiel I

Mit einer Vorrichtung genUß Fig. 1 wird ein geblasener Film au3 aufgeschäumten Polystyrol hergestellt· Die Kammer

14 hat einen Durchmesser von 6,35 cm (2,5") und eine Gesamtlänge von 254 cm (100*)· Die Zone A 1st 127 cm (50*) lang, die Zone B 20,3 cm (8ⁿ) und die Zone C 107 cm (42*) lang.

In der Zone A hat die schraubenförmige Rippe 16 eino konstante Steigung. Der erste 7,5 1,/D-Abschnitt der Schnecke

15 hat einen Kerndurehmesser von 4,36 cm (1,76*). Der zweite 5 I/D-Ab3chnitt der Schnecke 15 wei3t einen Kerndurchmesser auf, da· stetig von 4,36 cm (1,76*) auf 8,45 cm (2,16") anwächst, in dem dritten 7,5 l/D-Abschnitt der Sohneoke 15 betrSgt der Kerndurehmesser 8,45 cm (2,16*)·

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I O D ^ / /O

In dor Zone B wel3t die Schnooke I5 einen Kerndurchiaösser von 4*43 ca (1#75") auf· An der Schnecke IS sind vier Gruppen von Schaborplatton vorgesehen, wobei Jede Gruppe S Schaberplatten enthlilt. Die axiale ,Lilnga jeder Schaberplatte beträgt 12,7 mm (0,5"). Der Zwischenraum zwischen benachbarten Schaberplatten weist eins Lunge von 4,8 mm (0,i9ⁿ) auf.

In der Zone C hat die schraubenförmige Rippe 56 eine konstante Steigung. Der Kerndurctoesser in dem ersten 7 L/D-Abschnitt der Schnecke 15 beträgt 5,7 cm (2,25"), während der letzte 10 t/^D-Abschnitt der Schnecke 15 $inen Kerndurchlaesser von 5#08 cm (2,0Qⁿ) hat. Die Länge der Kammer 58 betri& etwa 45 cm (17*) und die Liinge der Kammer 28a etwa 63#4 cm (25").

über den Einfülltrichter 11 viird dem Extruder Je Stunde 52,11 ks (117 lba) Styrol-Homopolynex^isatpartikel (in einer Körnung von etwa 0,80 mm (20 mesh)) zugeführt, denen man 1 % fein verteiltes Calciumsilicat zuvor beigegeben hat. Wenn das geschmolzene Styrolhomopolymerisat den Punkt 18 pacsiert, hat ea eine Temperatur von etwa 199⁰C (290⁰P) und einen Druck von etwa 176 lcg/cm (2500 psi).

Unmittelbar naoh dem Einlauf en in die Zone B fällt der Druck in Harz auf etwa I05 kg/cm (15CD psi). Nun wird unter einem Druck von etwa 176 kg/cm (2500 psi) in das gesclircolseno Styrolhomopolymerisat 3,65 kg (8 lbs) pentan Je Stunde eingespx^itzt. Vienn das Styrolhomopolymerisat in die Zone c gelangt* hat es eine Temperatur von etwa 199⁰C (590⁰P) und einen

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Ί b b k I I ό

Druck von etwa 9I kg/cm (1200 pai). über die ersten 43 era (17") der 2ono C wird das Styrolhomopolymericat auf einer Temperatur von etwa 199⁰C (390⁰F) gehalten, in dem man durch die Kammer 38 heißes öl hindurchleitet. In dem 63,6 era (25") langen Endabschnitt der Zone C erfolgt eine Abkühlung auf etwa 146°C (295⁰F) durch UmwUlzung eines Kühlmittels Inder Kammer 38a. Beim Verlassen der Zone C beträft der Druck in dem Styrolhomopolymerisat etwa I76 kg/cm. Das Styrolhomopolymerisat tritt dann über eine«Siebanordnung, die in der Fi£· 1 nicht dargestellt ist, unter einem Druck von etwa I05 ks/cm² (1500 psi) in die Düse 40 ein. Es entsteht nun je Stunde etwa 5(5,7 kg (125 lt>s) Geblasener aufßeschüuinter Polystyrolfilm. Dieser Film hat eine Dichte von etwa 0,096 c/onr (6 lbs/ft*), wobei die Mehrzahl der zellen Durchmesser aufweist, die kleiner als 0,25 mm (0,01") sind. Der Film hat Über die gesamte ifesse eine gleichförmige Dichte.

Vergleichbare Ergebnisse können nach dem vorstehenden Beispiel erhält·werden, wenn das Verschüumungsraittel Pentan durch eine flüssige n-butan-, Dichlordifluorraethan· oder eine pentan-Kohlendioxydmischuns (im Gewichtsverhiiltnis 95i5) ersetzt wird.

Beispiel II

Mit einer Einrichtung, die ähnlich ist wie die des Beispiels I soll eine ungeschUumte Polystyrolbahn mit einem 5 ioigen Anteil an Tris(2,3-dibrompropyl)phosphat hergestellt

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werden« Die hier verwendete Einrichtung unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen dadurch« daß (a) die Blasfilradüü3 durch eins Üblich ausgebildete Blattdüse ersetzt 1st und daß (b) in der Zono A die Schnecke so abgewandelt ist* daß der erste 7,5 L/D-Abschnitt der Schnecke 15 einen Kerndurchmosser von 4,82 ca (1,90") aufweist» und daß der Kern» durchmesser des zweiten 5 L/ß-Aosühnitt der Schnecke 13 einen Kerndurcheaesser aufweist, der stetig von 4,82 cm (1,90^M) auf 5*85 cia (330*) ansteigt, wiihfend beim dritten 7*5 1/2-Abschnitt dar Schnecke 15 der Kerndurohmesser 5#85 cm (2,20*) betrügt·

Styrolhomopolymerisatpartikel (in einer Körnung von etwa 0,80 ma (20 mush)) werden dem Extruder Über den Einfülltrichter 11 in elnor Menge von etwa 56,7 kg je Stunde (125 lbs/hr) su£8fülirt· Wonn das ßeschmolzene Styrolhomopolyäicrisat den Punkt 18 passiert, hat am eine Temperatur von etwa 219°C (425°?) und einen Druck von etwa 155 kg/em² (2200 psi)· In der Zone B wird in das geschmolzene Styrolhomopolymerisat unter einem Druok von etwa 197 kg/cia (28OO psi) in einer Menge von etwa 2,86 kg Je Stunde (6,2 lbs/hr) Tris(2,3-Dibroiapropyl)phosphat eingespritzt· Uenix das Styrolhoaopolyasrisat in die Zone C eintritt, böträgt die Temperatur etwa 219⁰C (425 F) und der Druck etwa 9I kg/cm (1JOO psi). Innerhalb UQr ganzen Zone C wird durch Umwälzung von heißeia Ul in den Kammern >8 und 23a das Styrolhomopolymerisat auf einer Temperatur von etwa 219⁰C (425°F) gehalten· Der Druok im Styrol«

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homopolymerisat betrügt beim Verlassen der Zone C etwa kg/cm (2500 pol)· Das Styrolhomopolymorisat gelangt dann durch eine in der Pig, 1 nicht dargestellte Siebanordnung bzw, Zörteilplatte unter einem Druck von etwa 105 kc/cm (1500 psi) in die BlattdUse. Hier entsteht eine Polystyrolbahn mit einer Geschwindigkeit von etwa 59 kg Je Stunde (1j$0 Ib3/hr), Das Tris(2,3-Dibrompropyl·)phosphat wird in dor Polystyrolbahn gleichförmig disponiert.

Bei dor erfindungsgemlißon sqhneckenpresse handelt e3 sich um einen Extruder mit einer einzigen Schnecke, die In drei gesonderten Punktionszonen odor -abschnitten arbeitet. Die erste Zone ist. die Plastlfizierzone des Extruders, in der das Harz geschmolzen und in geschmolzenem Zustand unter hoher Temperatur und hohem Druck der zweiten Zone zugeführt wird. Die Ausbildung und Form der Schnecke in der ersten.Zone können sehr unterschiedlich sein. Typisch ist hier jedoch die konstante Steigung der Schnecke und die Vergrößerung des Korndurchmossers in Richtung des Matorlalfiusses. Um das Schmelzen des Harzes zu unterstutzen, enthält die er3te Zone im allgemeinen eine Heizvorrichtung. Palis erwünscht, kann die erste Zone auch zwei Bauelemente enthalten, beispielsweise einen Plastifizierextrudor, der mit der Zuführzone eines zweiten Extruders in Reihe geschaltet ist, und von dem Plastifizierextruder gespeist wird.

Die zweite oder Injektionszone des Extruders unterscheidet sich im Aufbau merklich von den bisher bekannten Extrudern«

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In tier zweiten Zone enthält dia Schnacke keine durchgehende schraubenforinige Rippe, sondern eine Mehrzahl von grupponf önnig angeordneten, aufeinander ausgerichteten Schaberplatten oder -finger. Jede Gruppe enthält eine Mehrzahl von Schaberplatten (im allgemeinen drei oder mehr), die dicht nebeneinander angeordnet sind aber Zwischenräume aufweisen. Vorzugswöice ist dio axiale LUnge der einzelnen Schaberplatten größer als die Breite der zwischen den Schaberpiatton vorgesehenen ZwIsehenräume. · ,

Die verschiedenen Gruppen von Sehaberplatten (mindestens drei und vorzugsweise vier oder mohr) sind symr&otrisch geßonUber der Schnecke angeordnet. Jede einzelne Gruppe ist in axialer Richtung geringfügig gegenüber den beiden bonacht arten Gruppen versetzt, so dai3 deren Schaberplatten in CLucrrichtunc auf die Zwischenräume ausG^G^ichtet sind, die sloh zwischen den Schaberplatten benachbarter Gruppen befinden· Durch diese Anordnung verursachen die Schaberplatten in dem Geschmolzenen Harz eine beachtliche Scher- und Mischwirkung·

Die das Harz beaufschlagenden Flächen der Schaberplatten sind vorzugsweise auf die Achse der Schneoke ausgerichtet, obwohl es in einigen Fällen auch möglich ist, die Schaberplatten unter einem Winkel von nie it mehr als 50° gegenüber der Sehneckenachso anzustellen. Ein Spiel in der Größenordnung von wenigen Hundertstel Millimeter besteht normalerweise zwischen den Spitzen der Schaberplatten und der Kammerwandung·

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In der zweiten Zone befindet sieh eine Einrichtung, mit der in genau dosierter Menge in das geschmolzene Harz eine Flüssigkeit eingespritzt werden kann. Vorzugsweise wird eine Mehrzahl solcher Einspritzvorrichtungen verwendet und symmetrisch bezüglich der Kammerwandung angeordnet· Die Einspritzvorrichtungen müssen in der Lage sein, dem Extruder dio Flüssigkeit unter einem Druck zuzuführen, der größer ist als der im geschmolzenem Harz erzeugte Druck, Vorzugsweise sollten die Injektoren in der.Lage sein, dem Extruder die Flüssigkeit unter einem Druck zuzuführen, der wesentlich höher liegt als der Druck des geschmolzenen Harzes, z.B. unter dnem Druck, der mindestens 35 kg/cm (500 psi) höher liegt als der Druck des geschmolzenen Harzes«

Für die FlUssigkeitsinjektoren ist es von Vorteil, wenn diese ein^Bauelement enthalten, mit dem die FlUssigkeitsabgabeüffnung abgedichtet wird, wenn in das geschmolzene Harz keine Flüssigkeit eingespritzt wird. Durch dieses Merkmal kann verhindert werden, daß das geschmolzene Harz in die Abgabeöffnung des Injektors eintritt und die öffnung verstopft· Diese Absperr- oder Abdichtungsvorrichtung besteht vorzugsweise aus (a) einer Abgabeöffnung, die zur ZufUhrseite hin in einer VentilflSche endet, (b) einem zugehörigen Ventilkörper, der mit der Ventilflache der Abgabeöffnung zusammenarbeiten und die öffnung abdichten kann, (c) einem ersten fest eingestellten Druckerzeuger, der auf den Ventilkörper einwirkt und diesen gegen die VentilflSohe in den Sitz drückt, und (d)

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einen zweiten Druckerzeuger, der auf das Ventil einwirkt und bestrebt ist,den Ventllkörper von der Ventilflacheabzuheben, wobei dieser zweite Druckerzeuger auf den Druck der Flüssigkeit innerhalb des Injektors anspricht und von diesem betätigt wird. Um zu verhindern, daß das geschmolzene Harz in den Injektor hineinströmt, sollte der auf einen festen Wert eingestellte Druckerzeuger., der den VentllkUrper gegen die Ventilflache drückt, auf einen Druck eingestellt sein, der ,höher ist als de,r in der. zweiten Zone des Extruders innerhalb des Harzes entwiclcelte Druck· Die In den PIß, 1 bis 2 dargestellte PlUssiGkeitceinspritzvorrichtuns stellt die beste bisher bekannte AusfUhrunssform dar, mit der die gewünschte Kombination von Betriebcmerkmalen erzielbar ist.

Die dritte Zone des Extruders führt zwei Punktionen.aus· Zunächst einmal wird der Druck des geschmolzenen Harzes auf einen Viert erhöht, der erforderlich ist, um das Harz durch die DUse auszupressen. Zum Zweiten wird das geschmolzene Harz gekühlt (oder unter einigen besonderen Umständen auch erwärmt), um-die Temperatur zu erreichen, bei der das Harz die Düse verlassen soll* Um das Harz ordnungsgemäß zu kühlen (oder zu erwärmen), enthält mindestens der hintere Abschnitt der dritten Zone eine äußere WärmoUbertrasunssvor-•riehtuns· Je nach der Länge der zweiten Zone des Extruders ist es mitunter erwünscht, in dem vorderen Abschnitt der dritten Zone die Mischung von geschmolzenem Harz und Flüssigkeit

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auf cinor relativ hohen Temperatur zu halten· In diesem Falle kann eine ilußore Eeheizungsvorrichtung vorgesehen soin, mit der die Kamwarwandung des vorderen Abschnittes der dritten Zone beheizt wird. Zusatzlich kann der Kerndurchmesser der Schnecke in dem vorderen Abschnitt der dritten Zone vergrösscrt werden« so daß in dom Harz Reibungswärme erzeugt wird« In einen solchen Falle wird jedoch vorzugsweise der Kerndurchmesser in dem hinteren Abschnitt der dritten Zone m schließend wieder vermindert* « ···■-..

Die an der Schneckenpresse befestigte DUse kann irgend» eine beliebige Form haben» wie man sie zur Zelt zum Strangpressen von thermoplastischen Harzen verwendet· Zum Stande der Technik gehört eine Vielzahl von vorbekannten und vorbeschrlebenen brauchbaren Düsen.

Bei der Durchführung des erfindungsgeiaüßen Verfahrens wird das Harz auf eine hohe Temperatur erwärmt und in der ersten Zone des Extruders unter einem erheblichen Druck gesetzt. Es ist wichtiß, daß das Harz auf eine hohe Temperatur erwärmt wird, damit es beim Eintritt In die zweite Zone eine relativ geringe Viskosität hat· Vorzugswelse sollte das geschmolzene Harz auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der die Viskosität weniger als etwa 1,5 χ 10 Poise und vorzugsweise weniger als etwa 6 χ 10 Poise beträgt· £3 hat sich in der Praxis als gut erwiesen« das Harz in der ersten Zone unter einen erheblichen Druck zu setzen* da praktisch nur der Differenzdruck zwischen dem Ende der ersten Zone und dem An-

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fang der dritten.Zone zur Verfügung steht, um das geschmolzene Harz durch die zweite Zone hindurchzubewegen. So ist es beispielsweise erwünscht, in dem Harz in der ersten Zone

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einen Druck in, der Größenordnung von 120 bis 190 kg/era (1700-2700 psi) zu entwickeln.

In der zweiten Zone des Extruders wird das Harz normalerweise im wesentlichen auf der Maximaltemperatur gehalten, die in der ersten Zone erreicht wurde. Falls erforderlich, kann dem Harz In der zweiten Zone von außen¹ Wärme zugeführt werden, um diese Temperatur beizubehalten. Die Flüssigkeit, die in das Harz einzubringen 1st, wird mit einem Druck eingespritzt, der beträchtlich größer ist als der im Harz selbst entwickelte Druck. So kann die Flüssigkeit beispielsweise in das geschmolzene Harz unter einem Druck eingespritzt werden,

■-■■""--■■"■-■ -2 ' ■ der mindestens etwa 35 kg/cm und vorzugsweise mindestens etwa 70 kg/cm (1000 psi) höher liegt als der Druck des geschmolzenen Harzes. Die Verwendung eines solch hohen Druckes stellt sicher, daß die Flüssigkeit bis in beachtliche Tiefen in das geschmolzene Harz eindringt, Hierdurch wird die Erzielung einer homogenen Dispersion der Flüssigkeit in dem geschmolzenen Harz erleichtert. Die Drehung der Schnecke verursacht In dem geschmolzenen Harz Kräfte, die quer zur Strömungsrichtung des Harzes in der zweiten Zone gerichtet sind. Auf diese Welse kommt es zu einem Mischeffekt in dem geschraolzenen Harz, und es entsteht eine homogene Mischung von geschmolzenem Harz und Flüssigkeit.

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In der dritten Zone des Extruders wird der Druck des geschmolzenen Harzes bis auf den Wert erhöht, der erforderlich ist« um das Harz duroh die Düse zu treiben. Normalerweise beträgt dieser Druck mindestens etwa 176 kg/cm (2500 psl). Zusätzlich wird das geschmolzene Harz mindestens in dem hinteren Abschnitt der dritten Zone gekühlt (oder in einigen seltenen Fällen auch erwärmt)· Die genaue Temperatur, auf die das Harz abgekühlt (oder erwärmt) wird, hängt von.einer Anzahl Veränderlichen, beispielsweise der Art· des zu verarbeitenden Harzes, der Art und der Menge der in dem Harz zu dispergierenden Flüssigkeit usw. ab. Die Auswahl der riohtlgen Austrittstemperaturen bereitet für den Fachmann aus diesem Gebiete der Technik keine Schwierigkeiten.

Nach dem Verlassen der dritten Zone des Extruders kann die homogene Mischung aus geschmolzenem Harz und Flüssigkeit durch die Düse ausgepreßt und in eine beliebige Form, beispielsweise einen geblasenen Film, eine Folienbahn,* usw., gebracht werden. Wenn, wie in den Zeichnungen dargestellt, eine Mischung von Polystyrol und einem Kohlenwasserstoff-Verschäumungsmittel im Extruder verarbeitet wird, sollte die Austrittstemperatur an der Düse etwa 140 bie 157⁰C (285-315⁰F) betragen.

Zu den thermoplastischen Harzen, die für Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, gehören Celluloseether und Ester, z.B. Xthylcellulose, Celluloseacetat₄ Celluloseacetatbutyrat; Polycarbonate; Polyamide; Polyester;

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Polyformaläehydj Homopolymerisate und Interpolymerisate monomerer Verbindungen, die eine Vinyliden-Gruppe CK₂ · C ^ enthalten« wie beispielsweise Vinylhalogenide, z.B. Vinylchlorid, Vinylbromid; Vinylidenchlorid; Olefine, z.B. Äthylen, Propylen, Isobutylen; Vinylester der Carbonsäuren, z.B. Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbenzoat; Vinylether, z.B. Vinylmethyläther, Vinylisobutyläther; ungesättigte Carbonsäuren und deren Abkömmlinge, z.B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylsäure- und Methacryisäure-Ester von Alkoholen mit bis 18 Kohlenstoffatomen, z.B. Methyl- und Äthyl-Methacrylat, Acrylamid, Acrylnitril; aromatische Vinylverbindungen, z.B.

Styrol, Vinyltoluol, p-Äthylstyrol, 2,4-Dimethylstyrol, o-Chlorstyrol, 2,5-Dichlorstyrol und Vinylnaphthalin; und Interpolymerisate der Vinylidenmonomeren obiger Art mit alpha-, beta-ungesättigten Polycarbonsäuren und deren Abkömmlinge, z.B. Maleinsäureanhydrid, Diäthylmaleat, Dlbutylfumarat usw. Es 1st tunlich, manchmal auch erwünscht. Mischungen von zwei oder mehr thermoplastischen Harzen, wie beispielsweise Mischungen von Polystyrol mit kautschukartigen Dienpolymerisaten, wie beispielsweise natürlichem Gummi, Butadienstyrol-Interpo-'lymerisaten, Butadlenacrylnitrll-Interpolymerisaten u.dgl., zu verwenden. Mit Vorteil können auch durch Polymerisation monomeren Styrole, und zwar entweder allein oder vermischt mit anderen Monomeren, wie z.B. Acrylnitril in Gegenwart eines kautschukartigön Dienpolymerisats gewonnene Styrol-Pfropf-Mischpolyrneri3ate verwendet worden. Besonders geeignet sind*

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Styrolpolyraerisate, In denen mindestens 30 Gew«£ Styrol polymerisiert sind, wie. z.B. Styro!homopolymerisate und -inter» polymerisate mit Vlnylidenmonomeren» wie beispielsweise Acrylnitril, Methylinethacrylat, alpha-Mothylstyrol, Butadien u.dgl.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können beliebige Flüssigkeiten in das Harz eingebracht werden» beispielsweise können Feststoffe mit.niedrigem Schmelzpunkt» wie beispielsweise. Wachse u.dgl. gesohmolzen und nach dem erflndungsgema*ßen Verfahren in ein Harz eingespritzt werden· Unter geeigneten Bedingungen können auch verflüssigte Gase, z.B· Gase» die sich bei Temperaturen in der Größenordnung von 0°C bei einem Druck in der Größenordnung von 141 bis 211 kg/cm (2000-3000 psi) verflüssigen lassen» verwendet werden· Ihren besonderen Wert hat die Erfindung jedoch beim Einbringen eines flüchtigen flüssigen Verschäumungsmittels in ein thermoplastisches Harz.

Verschäumungsmittel, die für das erfindungsgemäße Verfahren verwendbar sind» sind flüchtige Verbindungen» die sich in flüssiger Phase in das geschmolzene Harz einspritzen lassen· Vorzugsweise sollten die zu verwendenden Versohäumungsmittel nicht-reaktionsfähige organische Verbindungen sein, die mindestens eine geringe Lösungsfähigkeit gegenüber dem thermoplastischen Harz haben und unter atmosphärischen Bedingungen Siedepunkte aufweisen» die in dem Boreich zwischen etwa -10 und 100⁰C und vorzugsweise in dem Bereich zwischen 10 und 80°C liegen. Zu solchen Verschäumungsmitteln gehören beispielsweise aliphatisch«* Kohlenwasserstoffe» wie beispiels-

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weise Butan, Pentan, Isopentan, Hexan, Isohexan, Cyclohexan usw.; bestimmte hologeriierte allphatische Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Äthylchlorid, Propylchlorid, Isopropylbromid, Butylchlorld und insbesondere Perchlorfluor-Kohlenwasserstoffe wie Diehlordifluormethan, Monochlortrifluormethan, Trichlormonofluormethan, 1»1*2_e2-Tetraehlor»1,2·»' Difluoräthgn, und die entsprechenden Perchlorfluor-Kohlenwasserstoffe, die in der USA-Patentschrift 2 848 428 Spalte 3, Zeile ^0-41 aufgezählt sind; allphatlsche Amine, wie beispielsweise Kthylamin, Propylamin, Isopropylamin, Dimethy1-arain usw.; aliphatisohe Xther, wie beispielsv;eise Diäthyl-Sther, Diisopropyläther, MethylSthyläther, Xthylisbpropyläther usw«s Acetaldehyd usw.. Eine Aufstellung weiterer Verschäumungcmittel, die sich hler verwenden lassen, enthält die USA-Patentschrift 2 681 J21. Es,können auch Mischungen von zwei oder mehr dieser VerschUiunungsmittel verwendet werden· Gute Ergebnisse ergaben sich bei Verwendungen von Mischungen von aliphatischen Kohlenwasserstoffen (obiger Aufstellung) und Kohlendioxyd· Eine geeignete Mischung kann beispielsweise 70 bis 99,8 Gew.% aliphatischen Kohlenwasserstoff und in entsprechender Weise JO bis 0,2 Gew.£ Kohlendioxyd enthalten. Falls erwünscht, werden tunlichst Mischungen verwendet, die vorwiegend aus einem VerschSumungsmittel der oben beschriebenen Arten bestehen und kleinere Beimengungen einer organischen Verbindung enthalten, die für das thermoplastische Harz lösun^gswirkend ist· Beispielsweise können solche Mischungen

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70 bis 98 Ge» .# des VerschSumungsniittels und in entsprechender Weise 30 bl3 2 Gew.# der organischem Verbindung mit LS-sungsflihigkeit gegenüber dem thermoplastischen Harz enthalten. Organische Verbindungen, die für das thermoplastische Harz iösungswirkend sind, und sich verwenden lassen« sind Aceton, Methylenehlorid, Styrolmonomer, Benzol, Xylol« Kohlenstofftetrachlorid, Chloroform usw.· Vorzugswelse sollte .der Siedepunkt der organischen Verbindung unter atmosphärischen Be- dingungen nicht über 8o°C liegen.,

Wenn man gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in ein thermoplastisches Harz ein flüssiges Verschäumungsmittel ©inbringt, ist es erwünscht« mit dem Harz eine geringe Menge eines Stoffes zu vermischen, dessen Aufgabe darin liegt, die Porengröße des letzlioh mit dem Extruder erzeugten aufgeschäumten Harzes zu verkleinern. Beispiele von Stoffen, die dies© Funktion ausführen können, sind fein verteiltes Calclumslllcat und bestimmte hydrierte Salze, «tie sie in der USA-Patentschrift 2 9t1 582 angegeben sind.

Obwohl die vorliegende Erfindung sich in erster Linie mit der Bereitung sferangpreßfShlger aufgeschäumter thermoplastischer Harze befaßt, kann sich auch leicht anderen Erfordernissen angepaßt werden, um ungeschäumte aber versehäumungsfähige Harzzusammonsetzungen zu verarbeiten. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird die homogene Mischung von geschmolzenem Harz und flüssigem VerschSutnungsmittel unmittelbar nach dem Austritt an der Düse schnell gekühlt. Das Ab-

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kühlen des Harzes beim Austritt an der Düse kann so durchgeführt werden, wie es in der bekanntgemachten australischen Patentanmeldung 4> 716/58 beschrieben ist· Die entstehenden verschäumungsfShigen Harzmassen lassen sieh zum Zweoke der späteren Verformung ο «dgl· In Tafeln zerteilen»

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Claims

Patentansprüche

f i^Verfahren zur Herstellung einer Dispersion einer flüssigen Substanz in einem thermoplastischen Harz, wobei ein thermoplastisches Harz einer einzigen Schnoekenfftrdervorrichtun« zugeführt, geschmolzen und durch den Extruder fortbevjegt, eine Flüssigkeit in das geschmolzene Harz

eingespritzt und da3 Flüssigkeit enthaltende Harz aus einem Mundstück oder einer Dtlse abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet y daß man

1) das Harz in der eroten Zone dos Extruders auf eine solch« Temperatur erhitzt» /d.ajQ das peschnolzene Hars eine Viskos it St von unterhalb etwa 1,5 χ 10 Poise besitzt_f

2) das geschmolzene Harz eihera Druck von wenigstens etwa 120 kn/cm (1700 psi) in der ersten Zone des Extruders unterwirft,

3) das freschrnolzene Kar2 aus der ersten Zone des Extruders in eine zweite Zor.e abgibt,

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H) das geschmolzene Harz im wesentlichem auf der in Stufe angegebenen Temperatur in der zweiten Zone des Extruders hilt_t

5) in das geschmolzene Kars in der zweiten Zone des Extruders die Flüssigkeit einspritzt»

6) das geschmolzene Harz in der zweiten Zone des Extruders wesentlichen Kräften quer zur Schnecke und wenig oder gar keiner Haft in axialer Richtung zur Schnecke unterwirft. "

?) die Mischung von geschmolzenem Harz und Flüssigkeit aus der zweiten Zone in eine dritte Zone des Extruders ab·

Sibt,
8) den Druck auf der Mischung aus geschmolzenem'Harz und

Flüssigkeit in der dritten Zone des Extruders erhöht und S) die Mischung aus geschmolzenem Harz und Flüssigkeit aus der dritten Zone des Extruders zu den Hundstück oder

der Düse abgibt. .

2. Verfahren nach Anspruch I₄ dadurch gekennzeichnet, daß man in der zweiten Zone des Extruders ein flüssiges Treibmittel in das geschmolzene Harz einpreßt und die Mischung aus geschmolzenem HaI-¹Z und flüssigem Tieibiaittel wenigstens im hinteren Abschnitt der dritten Zone des Extruders kühlt.

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3. Vorfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- % zeichnet« daß man <iao flüssige Treibmittel in das ßeschtnolzene Harz bei einem Druck von wenigstens etwa 35 kg/cm (500 psi) oberhalb des Drucks des-geschmolzenen Harzes einpreßt. .'.".'-

U« Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3_t dadurch gekennzeichnet, daß man als thermoplastisches Harz ein Styrolpolytnerieat mit einem Gehalt.von wenigstens 50 Gew»% polymerisiertem Styrol verwendet·

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bie »», dadurch gekennzeichnet» daß man als .flüssiges Treibmittel (a) einen aliphatischen Kohlenwasserstoff mit einem atmosphärischen Siedepunkt im Hereich von etwa -10 bis etwa 100⁰C oder (b) eine Mischung von (a) und Kohlendicxyd verwendet· ' -

6 · Verfahren nach einem der' Ansprüche 2 bis *>, dadurch Gekennzeichnet, daß man als flüssiges Treibmittel Perchlorfluorkohlenstoff verwendet·

7* Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man Polystyrol auf eine Temperatur von wenigstens eta 199°C <390°D in der ersten Zone des Extruders erhitzt, das geschmolzene Polystyrol bei einer Temperatur von wenigstens etwa 199°C (39Ö°F) in der zweiten Zone des Extruders beibehalt, in das geschmolzene Polystyrol in der zweiten Zone des Extruders einen aliphatiocher Koh2enwasserstoff init eines Siedepunkt unter atmosphärischer Bedingungen im Bereich von etwa 10 - 80⁰C einspritzt und 909827/U49

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die Mischung aus dem geschmolzenen Polystyrol und dem fiüsoigen Kohlenwasserstoff auf eine Temperatur im Bereich .von etwa l«*0° bis 157°C (205° - 315⁰F) in der dritten Zone, des Extruders kühlt und die Mischung aus der dritten Zone des Extruders au dera Mundstück abgibt·

8. Vorfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Mischung aus dem geschmolzenen Harz und dom Troib-ßdttöl unmittelbar nach ihrem Austritt an dar Düse oder der* Mundstück rasch abkühlt*

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens-nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welche in einem einfachen Schneckenextruder eine langgestreckte zylindrische Kammer, die an ihrem Abgabeonde mit einer Düse versehen ist und an ihrem Hinterende Mittel zur Zuführung der plastischen Hasöo aufweiat, eine langgestreckte, innerhalb der Kamme* angeordnete Schnecke und eine Einrichtung zum Drehen der Schnecke umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine erste schneckenförmige Rippe <16) in dem ersten hinteren Teil der Schnecke mit einem geeigneten Abstand oder einer Steigung, woduftch die plastische Hasse durch die Karomor (IO gepreßt und fortgeführt wird, eine Mehrzahl von Gruppen von axial ausgerichteten Schaberplatten (26,20,30,32), welche symmetrisch um einen mittleren zweiten Abschnitt der Schnecke (15) angeordnet sind, wobei jede Gruppe eine Mehrzahl von Schaberplatten umfaßt, die enge Kanüle oder Zv/icchenriiune untereinander aufweisen und mit Bezug auf die benachbarten *

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Schaberplattengruppen axial so angeordnet iat» daß wenigstem ein© Schabarplatfe in jeder Gruppe iiiQuerrichtung auf den* Zwischenraum zwischen den Schaberplatten benachbarter Gruppen ausgerichtet ist, eine zweite schneckenförmige Kippe (3ö> in einem dritten vorderen Abschnitt der Schnecke (15) mit einem geeigneten Abstand oder friner Steigung, wodurch die plastische Haöse durch die Kaaiaer" (IH) gepreßt und • . fortbewegt wird, und eine EinricKfüjijg (3U) zum Einpressen * von Flüöeigkoit durch die Kammerwand» welch« die zweite oder Hittelzone (D) der Kanwaer (IU) umgibt,

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