DE1807534A1 - Verfahren zur Herstellung von Schaumkunststofferzeugnissen durch kontinuierliches Strangpressen eines treibmittelhaltigen Thermoplasten - Google Patents

Description

Schaumkunststofferzeugnissen durch kontinuierliches Strangpressen eines treibmittelhaltigen Thermoplasten

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von Schaumkunststofferzeugnissen durch kontinuierliches Strangpressen einer warniplastifizierten Mischung aus thermoplastischem Kunststoff, Porenreglersubstanz, flüssigen, niedrigsiedenden und swebenenfalls gasförmigen Treibmitteln, bei dem zunächst durch .. rme- und Druckeinwirkung eine fließfähige Vormischung aus thermoplastischem Kunststoff und Porenreglersubstanz hergestellt, diese Vormischung mit dem Treibmittel vermischt und die erhaltene fließfähige Gesamtmischung vor Austritt aus der Düse abgekühlt und gegebenenfalls unter erhöhten Druck gesetzt und nach dem Austritt aus der Düse in einer Zone niedrigen Druckes aufgeschäumt wird.

Es ist bekannt, mit Hilfe von Doppelschneckenpressen aus einem thermoplastischen Kunststoff und einem unter Normaldruck gasförmigen Treibmittel ein Gel herzustellen, welches dann durch Extrudieren in einen schaumförmigen Kunststoff überführt wird (französische Patentschrift 1 08I 583). Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es zu seiner Durchführung aufwendige Apparaturen zum Dosieren des gasförmigen Treibmittels benötigt. Außerdem enth?T. c der fertige Schaumstoff keine einheitlichen Porengrößen.

In der französischen Patentschrift 1 215 ²MG wird ein weiterem Verfahren beschrieben, wobei nicht ein Schaumstoff, sondern e. .c bl'ihfähige Formmasse hergestellt wird. Erst in einem weiterer.

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2 Zeichnungen

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Verfahrensschritt wird daraus der Schaumkunststoff hergestellt. Das Einbringen des flüssigen Treibmittels erfolgt bei diesem Verfahren in eine Zone niedrigen Druckes. Daran schließt sion eine Zone erhöhten Druckes an.

Nach dem Stande der Technik war man bisher der Meinung, daß um Schaumkunststoffe mit gleichmäßigen Poren zu erhalten, um zu verhindern, daß das Blähmittel im Extruder zur Einspeisungsstel-Ie des Kunststoffes gelangt, und um zu vermeiden, daß bereits im φ Extruder das Treibmittel zu verdampfen beginnt - es unumgänglich erforderlich ist, das Treibmittel in eine Zone erniedrigten Druckes einzubringen (vgl. die deutschen Auslegeschriften Nr. 1 269 334 und 1 261 660, die französische Patentschrift Nr.

1 162 572 sowie die USA-Patentschriften Nr. 3 l6Ö 688 und

2 928 130). Eine solche Maßnahme erfordert eine besondere Gestaltung der Extruderschnecken, welche technisch aufwendig ist und damit das Verfahren weniger wirtschaftlich gestaltet.

Ein weiterer beachtlicher Nachteil der bisherigen Verfahren besteht darin, daß das in die Zone erniedrigten Druckes eingedüste Treibmittel nicht sofort von der Kunststoffschmelze aufgenommen, sondern in Form einzelner Flüssigkeitsblasen mittrans-™ portiert wird. Auch hierbei bestehen Schwierigkeiten, da der Transport gegen ansteigenden Druck erfolgt. Bei Verwendung eines gasförmigen Treibmittels liegt dieses in der Zone erniedrigten Druckes unter Umständen als Gasblase vor, wobei ebenfalls Schwierigkeiten bei der Aufnahme und beim Transport entstehen können.

Es wurde nun gefunden, daß diese Nachteile vermieden werden können, wenn man der Vormischung aus Porenregler und thermoplastischem Kunststoff das Treibmittel nach einer Zone ansteigenden Druckes in eine Zone im wesentlichen gleichbleibenden oder wei-

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ter ansteigenden Druckes einbringt.

Zur Durchführung des Verfahrens sind heizbare Schneckenpressen mit hintereinander angeordneten Zonen (A; B und C) unterschiedlichen Druckes und gegebenenfalls unterschiedlicher Form, geeignet, wobei sich die Einspeisungsstelle (E) für d^s flüssige, niedrigsiedende und gegebenenfalls gasförmige Treibmittel zu Beginn der Zone (C) befindet.

Das Verfahren wird unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert:

Figur 1 stellt einen Längsschnitt durch eine schematisch dargestellte Schneckenpresse dar, welche zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist}

Figur 2 ist ein Diagramm über die Druckverteilung in der Schnekkenpresse. Die Ordinate des Diagramms gibt den Druck in einen zweckmäßigen Einheit, die Abszisse die lineare Erstreckung der Schneckenpresse in der Achsrichtung wieder.

In Figur 1 ist im Längsschnitt eine Schneckenpresse dargestellt, welche eine warmplastifizierende Einzugszone (A), eine Kompressionszone (B) und eine Einspritz- und Mischzone (C) aufweist. Die Schneckenpresse besteht aus einem Zylinder (Z) mit darin befindlicher Förderschnecke (S), welche durch einen nicht dargestellten Antrieb an der Lagerseite (L) gedreht wird. An der dem Lager entgegengesetzten Seite befindet sicii ein Spritzkopf. Am lagerseitigen Ende ist ein Einfülltrichter (T) und zu Beginn der Zone (C) eine Einspritzdüse (D) angebracht. Der Zylinderabschnitt der Zonen (A) und (B) ist mit einem Heizmantel (H) umgeben. Der Zylinderabschnitt (C) ist ebenfalls mit einem Heizmantel (H) und mit einem Mantel (K) für ein temperaturregelndes Mittel umgeben.

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Im Betrieb werden thermoplastisches Material und die Porengrößeregelnde Substanz in den Einfülltrichter eingegeben und der Heizmantel der Zonen (A) und (B) sowie auch der Heizmantel der Zone (C) erwärmt. In der Zone (A) wird das thermoplastische Material durch die gelieferte Wärme auf die gewünschte Temperatur erhitzt und mit den porenregelnden Substanzen vermischt. In der Zone (B) liegt die Vormischung als homogene plastische Schmelze vor; während des Durchganges durch die Zonen (A) und (B) -wird die Mischung durch die verdichtende und vorschiebende Wirkung der Schnecke (S) von Luft und sonstigen flüchtigen Stoffen befreit, die nach dem Einfülltrichter hin entweichen. In der Zone (B) wird die homogene Schmelze weiter verdichtet und unter erhöhten Druck gesetzt. Zu Beginn der Zone (C) wird durch die Einspritzdüse eine niedrigsiedende, flüssige Substanz unter Druck in vorbestimmter Menge in den Zylinder gegeben. Um ein Rückwärtsströmen dieses Treibmittels in die warmeplastifizierende Zone zu vermeiden, wird zweckmäßigerweise bei Betriebsbeginn und vor Zugabe des Treibmittels die Mischung aus thermoplastischem Material und Porenreglersubstanz bis \n die Zone (C) und zweckmäßigerweise bis zum Düseneintritt vorgeschoben. Außerdem wird bei Betriebsbeginn das zähflüssige Gemisch zunächst in der Zone (C) nicht gekühlt. Bei Betriebsbeginn schäumt das thermoplastische Material schon meist in der Zone (C) auf und liefert dadurch ein minder gutes Produkt. Sobald das thermoplastische Material aber den Zylinder frei durchfließt, wird ein Kühlmittel durch den Kühlmantel der Zone (C) geschickt, um das Material zu kühlen und dadurch eine bessere Mischwirkung infolge auftretender Friktionen zu erreichen. Eingabegeschwindigkeit und Konzentration des flüssigen Treibmittels werden in geeigneter Weise aufeinander abgestimmt. Die Abkühlung darf selbstverständlich nicht so weit gehen, daß die Produktionsgeschwindigkeit ernsthaft absinkt. Die Zone (A) der Strangpresse hat im allgemeinen eine Länge von 12 bis ^k % der gesamten Schnecke, das sind - ausgedrückt durch das Vielfache des Schneckendurchmessers - von 4 bis 12 D. Die Zone (B) hat eine Länge von 1,5 bis 23 % der gesamten Sehneckenlänge, das sind

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- ausgedrückt durch das Vielfache des Schneckendurchmessers 0,5 bis 8 D, und entsprechend besitzt die Zone (C) eine Länge von Kj> bis 86,5 % der Gesamtschneckenlänge, das sind - ausgedrückt durch das Vielfache des Schneckendurchmessers - von 20 bis 30 D. Der Druckverlauf in der Schneckenpresse ist in Figur 2 dargestellt. Daraus ist zu ersehen, daß die Eindüsungsstelle für das niedrigsiedende, flüssige Treibmittel sich nach einer Zone ansteigenden Druckes in einer Zone im wesentlichen gleichbleibenden (a) oder weiter ansteigenden Druckes (b) befindet. Eine Druckminderung nach der Zone (B) liegt also nicht vor. Überraschenderweise ist trotz des Fehlens dieser druckverminderten Zone vor dem Eindüsen des Treibmittels ein Zurückvagabundieren des Treibmittels zur Einspeisungsstelle des Kunststoffes nicht zu beobachten.

Das notwendige Temperatürprogramm hängt von dem eingesetzten Kunststoff ab und kann durch einfache Vorversuche leicht bestimmt werden.

Geeignete thermoplastische Kunststoffe sind insbesondere Polystyrole oder auch Polyolefine oder Polyamide sowie allgemein thermoplastische Kunststoffe mit relativ niedriger Viskosität bei der an der Eindüsungsstelle vorliegenden Temperatur sowie mit nicht zu breitem Erweichungsbereich.

Als Porenregler werden verwendet: Carbonate und Bicarbonate der Alkali- und Erdalkalimetalle zusammen mit organischen Säuren oder deren sauren Salzen. Insbesondere sind geeignet: Carbonate und Bicarbonate des Natriums im Gemisch mit einer organischen Säure, wie Citronensäure, oder mit Borsäure oder auch kristalline anorganische Verbindungen, z.B. Pigmente, wie Titandioxid, Ruß sowie Füllstoffe, wie Talkum, Kaolin, die als sogenannte Keimbildner bekannt sind. Als Treibmittel werden niedrigsiedende flüssige Substanzen verwendet, vorzugsweise aliphatische Kohlenwasserstoffe, die zwischen 20 und 70⁰C sieden, wie Pentan, Hexan, oder auch Chlorkohlenwasserstoffe, wie Monofluortrichlormethan und Trifluortrichloräthan* Neben diesen flüssigen, niedrigsiedenden Kohlenwasserstoffen können auch gasförmige Treibmittel, wie Propan, Butan alleine.,

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im Gemisch untereinander oder im Gemisch mit diesen flüssigen Treibmitteln angewendet werden*

Weiterhin können der zu extrudierenden Mischung, zweckmäßige.'-weise der Vormischung, Füllstoffe, Farbstoffe, flammhemmende und antistatische Zusätze zugemischt werden.

Beispiel

Ein 60 mm-Extruder, 35 D lang, der mit einer Kurzkompressionsschnecke ausgerüstet ist, wird verwendet.

Die Extruderschnecke besitzt eine Einzugszone A yon 12,5 D, eine Kurzkompressionszone B von 0,5 D und eine Meteringzone C von 22 D. Die Gangtiefe in der Einzugszone beträgt 10,8 mm, die in der Meteringzone 3*4 mm, so daß sich ein Kompressionsverhältnis von "-Ί : 3,2 ergibt. Das Treibmittel wird 2 D nach dem Ende der Kompressionszone B eingedüst und liegt dadurch nach einer Zone ansteigenden und in einer Zone erhöhten Druckes. In den Extruder wird körniges Polystyrol, gemischt mit Porenreglersubstanz (Gemisch aus Citronensäure und Bicarbonat), aufgegeben. An der Treibmittel-Eindüsungsstelle (E) des Extruders, an der sich bereits ausreichend Styrolpolymerisatschmelze gebildet hat, werden 10 Gewichtsteile Trifluortrichloräthan unter einem Druck von 280 kg/cm eingedüst. Die Zylindertemperaturen betragen in der Zone A und B I90 bis 210°C, in der Zone C 120 bis l4o°C. Bei einer Umdrehungszahl von 30 U/min beträgt der Ausstoß 28 kg/h.' Der Polystyrolschaumstoff tritt durch das Düsenwerkzeug aus und wird an der Luft abgekühlt. Die Zellen des erhaltenen Polystyrolschaumstoffes sind sehr gleichmäßig und haben einen mittleren Durchmesser von 0,1 mm bei einer durchschnittlichen Dichte von 30 kg/nr .

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Claims (2)

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1. Verfahren zur Herstellung von Schaumkunststofferzeugnisse durch kontinuierliches Strangpressen einer wärmeplastifiziercen Mischung aus thermoplastischem Kunststoff; Porenreglersubstanz, 'flüssigem, niedrigsiedendem und gegebenenfalls gasförmigem Treibmittel, bei dem zunächst"durch Wärme- und Druckeinwirkung eine fließfähige Vormischung aus thermoplastischem Kunststoff und Porenreglersubstanz hergestellt, diese Vormischung mit dem Treibmittel vermischt und die erhaltene fließfähige Gesamtmischunc . vor Austritt aus der Düse abgekühlt und gegebenenfalls nochmals unter erhöhten Druck gesetzt und nach dem Austritt aus der Düse in einer Zone niedrigen Druckes aufgeschäumt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man der Vormischung aus Porenregler und thermoplastischem Kunststoff das Treibmittel nach einer Zone ansteigenden Druckes in eine Zone im wesentlichen gleichbleibenden oder weiter ansteigenden Druckes einbringt.

2. Heizbare Schneckenpresse zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit hintereinander angeordneten Zonen (A) und

(B) sowie (C) unterschiedlichen Druckes und gegebenenfalls unterschiedlicher Form,

dadurch gekennzeichnet, daß die EindUsungsstelle (E) für das flüssige, niedrigsiedende u.'ä gegebenenfalls gasförmige Treibmittel sich zu Beginn der Zone *

(C) befindet. „i

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