DE2152018B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines synthetischen thermoplastischen polymeren Schaumstoffs - Google Patents

Description

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle für das zweite Blähmittel als Kapillarrohr ausgebildet ist.

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines •ynthetischen thermoplastischen polymeren Schaumstoffs durch Strangpressen eines geschmolzenen, ein Blähmittelsystem gelöst enthaltenden Polymers entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, synthetische, thermoplastische Schaumstoffe durch Strangpressen eines synthetischen thermoplastischen Polymeren, in welchem ein Zweikomponenten-Blähmittelsystem aufgelöst ist, herzustellen. Die eine Komponente des Blähmittels Ist mit dem geschmolzenen Thermoplasten bei der Extrusionstemperatur mischbar, während die andere eine kritische Temperatur unterhalb der Extrusionstemperatur besitzt und daher unter den im Extruder vorherrschenden Bedingungen in Form eines Gases vorliegt, welches in dem Gemisch aus geschmolzenen thermoplastischen Polymeren und dem ersten Blähmittel aufgelöst ist.

Hierbei tritt der Nachteil auf, daß insbesondere bei Verwendung relativ großer Mengen des ersten Blähmittels, d. h. mindestens 20 Gewichtsprozent, bezo-018

een auf das Gewicht des thermoplastischen Polymeren die Blähmittel leicht aus der Matnzenform snritzen und daß im Extrudat örtlich Unregelmäßigkeiten eebildet werden. Außerdem kann das Extrudat unerwünscht grobe Zellen aufweisen, und in schwerwiegenden Fällen können Unterbrechungen des Extrudats eintreten. Es wird angenommen daß dies auf die Neigung beider Komponenten des Blahmittelsystems, welche niedrigviskose Fließmittel sind, zur Bildung großer Taschen im Extruderzylinder zurückzuführen ist, so daß die Bildung eines schlauchartigen Ganges durch das Gemisch aus thermoplastischem Polymeren und erster Blähmittelkomponente hindurch zur Extrusionsform kaum zu vermeiden ist.

Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung von synthetischen, thermoplastischen Schaumstoffen bekannt bei dem in die in einem Extruder von einer Zone hohen Druckes zu einer Zone niederen Druckes geförderte Mischung aus geschmolzenem Thermoplast und Treibmittel ein zweites Treibmittel eingeführt wird, dessen kritische Temperatur unterhalb der Extrusionstemperatur liegt. Zu diesem Verfahren wird eine Vorrichtung verwendet, bestehend aus einem Schneckenextruder mit Einlaßöffnungen für die flüssigen und gasförmigen Zusätze, sowie Einrichtungen zur Druckanwendung beim Eindosieren von flüssigen und gasförmigen Zusätzen. Bei dem bekannten Verfahren bestehen die beiden Treibmittel aus einer flüssigen Komponente und einem gasförmigen BIasenkeimbildungsmittel bzw. Kernbildner irgendwelche Maßnahmen zur automatischen Steuerung des Keimbildungsmitteldrucks im Strangpreß-Zylinder sind nicht vorgesehen. Dadurch ergibt sich beim Strangpressen mit hohem Treibmittelgehalt der Nachteil, daß sich leicht Schläuche oder Taschen innerhalb der Masse des Themoplasten bilden. Hierdurch entstehen Unregelmäßigkeiten in dem resultierenden Schaumstoff, die sich auf die mechanischen Eigenschaften des Produktes ungünstig auswirken. Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung von synthetischem, thermoplastischem polymeren Schaumstoff durch Strangpressen mit hohem Blähmittelanteil unter Herstellung eines Produktes mit gleichmäßiger Zellstruktur ohne Bildung unerwünschter Schläuche oder Taschen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Maßnahme.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer Schneckenstrangpresse mit abströmseitig ihrer Schmelzzone angeordneten Eintrittsöffnungen für das erste und zweite Blähmittel, von denen die Eintrittsöffnung für das erste Blähmittel mit einem Flüssigkeitsdosiergerät verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung (8) für das zweite Blähmittel über eine Drosselstelle (9) an einen unter konstantem Druck stehendem Vorratsbehälter angeschlossen ist. Vorzugsweise ist dabei die Drosselstelle für das zweite Blähmittel als Kapillarrohr ausgebildet.

Durch das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindungwird erreicht, daß bei einem Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Blähmittels der Druckabfall an der Drosselstelle ansteigt, so daß infolge des konstanten Druckes des Vorratsbehälters des zweiten Blähmittels der Druck des zweiten Blähmittels an seiner Eintrittsstelle in den Strangpreßzylinder entsprechend abfällt. Dies führt dazu, daß -

selbst wenn sich zunächst ein Schlauch aus dem zweiten Blähmittel bildet - dieser unter Einwirkung des Strangpreßdruckes zusammenfällt. Außerdem wird infolge der durch die Erfindung automatisch eintretenden Druckregulierung die Ausbildung derartiger unerwünschter Gasschläuche von vornherein weitgehend vermieden.

Es ist natürlich erforderlich, daß beide Blähmittel mit Drücken eingespritzt werden, welche oberhalb des Druckes innerhalb des Extruders liegen, und es wurde to gefunden, daß beim Einspritzen der Blähmittel mit diesen hohen Drücken eine Neigung zum Bilden großer Taschen der Blähmittel besteht, wenn nicht das zweite Blähmittel durch eine Strömungsbeschränkungseinrichtung hindurch eingespritzt wird, welche innerhalb der Einrichtung einen Druckabfall von mindestens 7 kp/cnr, vorzugsweise 21 bis 70 kp/cm^:, ergibt, und wenn nicht das erste Blähmittel als Flüssigkeit eingemessen wird. Es ist natürlich wichtig, daß das zweite Blähmittel gut dispergiert und vor dem ao Auflösen als feine Bläschen dispergiert ist, um die Herstellung einer einheitlichen Zellstruktur sicherzustellen. Es wurde gefunden, daß die Verwendung einer solchen Strömungsdrosselstelle dazu beiträgt, diese Dispersion zu erzielen.

Es wird angenommen, daß die Wirkung einer Extruderschnecke selbst nicht ausreichend ist, um befriedigendes Vermischen der Blähmittel mit dem geschmolzenen Kunststoff zu erzielen, während Mischsysteme an Stelle von Schnecken das zu extrudierende Material nicht hinreichend pumpen und ein beträchtlicher Druckabfall längs des Extruderzylinders besteht. Dies bedeutet, daß niedrigviskoses Fließmittel, welches unter Druck in das viskosere Material im Extruderzylinder eingespritzt wird, dazu neigt, durch das Material hindurch einen Gang zu bilden, welcher den vollen Einspritzdruck längs dieses Ganges überträgt. Obgleich das erste Blähmittel ein niedrigviskoses Fließmittel ist, ist es dennoch bei den Temperaturen und Drücken, welche im Extruder vorherrschen, eine Flüssigkeit. Es kann daher eingemessen werden, d. h. eine festgelegte Menge kann in der Zeiteinheit eingeführt werden, beispielsweise mittels einer zwangläufigen Verdlrängungspumpe, beispielsweise eines Kolbens oder einer Diaphragma-Pumpe, welche je Hub eine festgelegte Menge zuliefert. Daher ist es bei Verwendung einer solchen Bemessungseinrichtung mit konstanter Geschwindigkeit, für die Zulieferungsgeschwindigkeit nicht möglich, sich zu steigern und deshalb wird die Neigung des Bildens großer Taschen des ersten Blähmittels vermieden. Jedoch ist es für Gase, welche mit konstantem Druck statt mit konstantem Volumen zugeliefert werden, nicht auf bequeme Weise möglich, auf diesem Wege in den Extruder eingemessen zu werden. Falls jedoch das zweite Blähm ittel durch eine Strömungsbeschränkungseinrichtung hindurch, beispielsweise ein verengtes Rohr, eingespritzt wird, längs dessen ein wesentlicher Druckabfall auftritt, dann verursacht eine Steigerung der Strömung des eingespritzten Materials einen gesteigerten fio Druckabfall in der Strömungsbeschränkungseinrielitung, wodurch der tatsächliche Druck in der Zylinderbüchse vermindert wird, was das eingespritzte Material daran hindert, durch das Material hindurch, welches sich im Extruder befindet, einen Gang zu bilden.

Die Strömungsbeschränkungseinrichtung kann zweckmäßig eine öffnung, ein Ventil oder ein poröser Stopfen sein, doch wegen der konstruktiven Schwierigkeiten, welche der Herstellung solcher Einrichtungen anhaften, wird die Verwendung der Länge eines Rohres mit enger Bohrung, beispielsweise eines Kapillarrohres, vorgezogen.

Es ist erwünscht, beide Blähmittel mit dem geschmolzenen thermoplastischen Polymeren gründlich zu vermischen. In einem engen Extruder ergibt in einigen Fällen die normale Extruderschnecke ein angemessenes Vermischen, doch bei Anwendung größerer Extruder, insbesondere bei Ausstößen gerade unterhalb ihres berechneten Ausstoßes, dreht sich die Extruderschnecke nicht genügend schnell, um ein angemessenes Vermischen zu ergeben, wenn nicht spezielle Mischeinrichtungen ebenfalls in die Schneckenkonstruktion mit einbegriffen sind.

Nach der Polymerzufuhr- und Schmelzregion wird in einen Schneckenabschnitt, wo die Polymerschmelze in eine Anzahl getrennter Ströme zerteilt wird, das erste Blähmittel in die Schmelze eingespritzt, während sie zerteilt wird. Vorzugsweise werden beide Blähmittel während des Zerteilens der Ströme eingespritzt, wobei das zweite Blähmittel entweder stromaufwärts oder stromabwärts des ersten Blähmittels eingespritzt wird. Die Zerteilung der Schmelze in getrennte Ströme kann zweckmäßig erreicht werden, indem man in der Schnecke einen speziellen gerillten Abschnitt vorsieht, welcher aus einem Zylinder besteht, der einige axiale Kanäle aufweist, die auf seiner äußeren Oberfläche gebildet sind. Es ist bevorzugt, daß der Zylinder mindestens drei in ihm gebildete Kanäle besitzt und es wurde gefunden, daß ein Zylinder mit Ki Kanälen besonders geeignet ist. Auf diese Weise wird der Polymerstrom in etliche Ströme unterteilt, wenn der Zylinder so angebracht ist, daß er sich mit der Extruderschnecke dreht. Das erste Blähmittel kann dann durch eine Öffnung hindurch in die Zylinderbüchse in der Region eingespritzt werden, wo der Zylinder gelagert ist, und auf diese Weise wird das geschmolzene thermoplastische Polymere einem Unterteilen und daher einem Vermischen an dem Punkt unterworfen, wo das erste Blähmittel eingespritzt wird, so daß das eingespritzte, niederviskose Fließmittel sofort dem ersten Unterteilungsstadium unterworfen wird, welches der Dispergierung in molekularem Maßstab, d. h. der Auflösung, vorangehen muß. Diese sofortige Unterteilung trägt dazu bei, daß die Bildung einer genügend großen Blase, vermieden wird, welche durch die Schmelze hindurch einen Gang bilden könnte. Es ist auch bevorzugt, daß der Zylinder mindestens so lang ist wie der innere Durchmesser der Extruderbohrung, und insbesondere beträgt die Länge des Zylinders das 3- bis 6fache des Extruderdurchmessers, da dies die erforderlichen relativ großen Mengen des ersten Blähmittels befähigt, in einer einzigen Einspritzstufe einverleibt zu werden, wodurch das Erfordernis der Schaffung einiger Einspritzöffnungen für das erste Blähmittel mit der Bereitstellung angemessener Schneckenabschnitte unc Einspritzausrüstungen vermieden wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sini weitere Mischabschnitte in der Zylinderbüchse de· Extruders an einer Stelle über die Punkte hinaus vor gesehen, wo die Blähmittel eingespritzt werden. Wc daher ein gerillter Abschnitt angewandt wird, in wel chen hinein zumindest das erste Blähmittel eingspritz wird, folgt auf den gerillten Abschnitt ein Turbinen abschnitt, welcher das Gemisch sowohl schert als aucl

weiter unterteilt und die getrennten Ströme mischt, in welche der Polymerstrom während seines Durchganges durch den gerillten Abschnitt hindurch aufgeteilt worden ist. Die gerillten Abschnitte und die Turbinenabschnitte sind so konstruiert, daß längs der Extruderzylinderbüchse über dem gerillten Abschnitt und den Turbinenabschnitt hinweg nur ein geringer Druckabfall stattfindet. Es wurde gefunden, daß die Blähmittel um so besser innerhalb des thermoplastischen polymeren Materials dispergiert werden, je geringer der Druckabfall ist.

Auf den Turbinenabschnitt kann ein Abschnitt folgen, in welchem die Polymer/Blähmittel-Lösung in einem anderen Mischabschnitt einer hohen Scherung unterworfen wird. Dieser Abschnitt umfaßt zweckmäßig einen Abschnitt, in welchem der Polymerstrom in einige verschiedene Ströme unterteilt wird, wobei in jedem dieser Ströme das Polymere hoher Scherung unterworfen wird. Beispielsweise kann ein zylindrisches Gebilde mit Einlaßrillen versehen sein, weiche sich nicht über die gesamte Länge des zylindrischen Gebildes erstrecken. Diese Rillen stehen mit Ausstoßrillen im zylindrischen Gebilde über Brückenkanäle in Verbindung, welche eine geringere Tiefe als die Rillen besitzen, so daß die Polymer/Blähnvttel-Lösung einer Scherung gegen die Wandung der Extruderzylinderbüchse unterworfen wird, wenn die Lösung durch diese Brückenkanäle hindurchgeht. Die Rillen können aber auch konstante Tiefe besitzen und mit Leerlaufrollen versehen sein, welche in den Rillen liegen und welche durch die Drehung der Extruderschnecke in bezug auf die Zylinderbüchsenwandungen gedreht werden. Auf diese Weise wird das in den Rillen fließende Polymere hoher Scherung unterworfen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann jede* synthetische thermoplastische Polymere geschäumt werden. Zu Beispielen von Thermoplasten, welche verschäumt werden können, zählen Polymere und Copolymere von Äthylen (mit geringer oder hoher Dichte), Propylen, Buten-1, 4-Methyl-penten-l, einschließlich der Copolymeren von Olefin mit ungesättigten Säuren, in denen mindestens 10% der Carbonsäuregruppen durch Metallionen neutralisiert sind, wie dies in der (britischen) Patentschrift 1011981 beschrieben ist; Polystyrol, Styrol/Maleinsäureanhydrid-Copolymere. Polyvinylchlorid, Polyester, Polyamide, Polyoxymethylene und Polycarbonate. Es wurde gefunden, daß wegen ihrer Billigkeit und leichten Verfügbarkeit, Polyolefine und insbesondere Polyäthylen sehr zweckmäßig verwendet werden können. Gemische dieser Polymeren können nach der erfindungsgemäßen Technik ebenfalls geschäumt werden.

Die ersten und zweiten Blähmittel werden so ausgewählt, daß sie in bezug auf das synthetische thermoplastische Polymere unter den Bedingungen des Drucks und der Temperatur des Druckgefäßes inert sind.

Das erste Blähmittel ist vorzugsweise mit dem synthetischen thermoplastischen Polymeren vollständig mischbar und kann bei normaler Temperatur und normalem Druck eine Flüssigkeit oder ein Gas sein. Das erste Blähmittel muß jedoch bei dem Druck, welcher in der Region vorherrscht, in welche das Gemisch extrudiert wird (normalerweise Atmosphärendruck), einen Siedepunkt besitzen, welcher unterhalb der Temperatur liegt, bei welcher das Gemisch extrudiert wird, so daß bei dieser Temperatur Schäumen eintritt. Das erste Blähmittel muß, wie oben festgestellt, für den Thermoplasten unter den Druck- und Temperaturbedingungen, welche im Extruder herrschen, zumindest unmittelbar vor dem Punkt ein gutes Lösungsmittel sein, von welchem aus das Gemisch in die Zone niedrigeren Druckes extrudiert wird. In der Praxis bedeutet dies, daß das erste Blähmittel bei dem Druck, welcher in der Hochdruckzone herrscht, einen Siedepunkt oberhalb der Temperatur besitzen sollte, bei

ίο welcher der Thermoplast extrudiert wird. Im Hinblick hierauf und angesichts anderer Begrenzungen wurde gefunden, daß die geeignetsten Substanzen zur Verwendung als erstes Blähmittel Flüssigkeiten sind, deren Siedepunkte bei Atmosphärendruck höher als Raumtemperatur, d. h. 20° C sind und mindestens 10° C unterhalb der Temperatur liegen, bei welcher das homogene Gemisch extrudiert wird.

Zu Beispielen von Flüssigkeiten, welche als erstes Blähmittel verwendet werden können, zählen Kohlenwasserstoffe, Äther, Ketone und halogenierte Kohlenwasserstoffe. Die besondere Flüssigkeit, welche für ein gegebenes synthetisches thermoplastisches Polymeres gewählt wird, ist natürlich begrenzt durch deren Mischbarkeit mit dem Thermoplasten unter den

»5 Bedingungen des Druckgefäßes.

Im Falle des Polyäthylens wurde gefunden, daß ein sehr geeignetes erstes Blähmittel Pentan ist, daß aber andere brauchbare erste Blähmittel 1.1.2-Trichlor-1.2.2-trifluoräthan, Hexan, Petroäther (Siedepunkt 40 bis 60° C oder 60 bis 80° C) und Methylenchlorid sind.

Die Konzentration des ersten Blähmittels sollte 20 bis 75 Gewichtsprozent des Polymeren betragen. Vorzugsweise werden weniger als 50 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Polymeren, an erstem Blähmittel verwendet. Wenn eine Konzentration von weniger als 20% verwendet wird, so ist es nicht möglich, geschäumte Gegenstände geringer Dichte herzustellen, und wenn eine Konzentration von mehr als 50% angewandt wird, so ist die Herstellung des Produktes kostspielig, und zwar sowohl wegen des steigenden Aufwandes einer Lösungsmittel-Rückgewinnungsstufe, als auch deswegen, weil ein größeres Fließmittelvolumen einen größeren Extruder für das gleiche Ausstoßgewicht an Schaum zur Folge hat. und darüber hinaus für die Zellwandungen im geschäumten Produkt die Neigung besteht, zusammenzufallen, so daß ein unbefriedigendes Produkt erzielt wird. Die Menge an verwendetem ersten Blähmittel liegt im

Überschuß über diejenige vor, welche zum Schäumen erforderlich ist. Auf diese Weise absorbiert das Blähmittel latente Verdampfungswärme aus dem thermoplastischen Polymeren, wenn dieses aus denr Extruder austritt, und kühlt so den schäumenden Thermoplasten und härtet ihn in seinem geschäumten Zustand. Wenn geringere Mengen an erstem Blähmittel verwendet werden, so verdampft das gesamte Blähmittel, bevor die Masse sich verfestigt hat. Dies gestattet es der Schaumstruktur zu verschwinden, beispielsweise durch teilweisen Zusammenfall, oder modifiziert zu werden, weil unzureichendes Abkühlen der geschäumten Masse durch das Verdampfen von Blähmittel zur Verursachung des Verfestigens der Masse vorliegt, während noch hinreichend Gasdruck durch das Blähmittelsystem erzeugt wird um die Schaumstruktur aufrechtzuerhalten.

Die zweite Komponente des Blähmittelsystems wirkt als Kernbildungsmittel für die Zellen, welche

durch die Verdampfung der ersten Komponenten erzeugt werden. Das zweite Blähmittel sollte eine kritische Temperatur unterhalb der Temperatur im Extruder besitzen und ist daher gasförmig, wenn es in den Polymerstrom eingespritzt wird, doch sollte es sich in geschmolzenem Polymeren auflösen, damit sich eine einzige Flüssigkeitsphase innerhalb der Zylinderbüchse des Extruders ergibt. Das zweite Blähmittel ist daher normalerweise bei Raumtemperatur ein Gas, obgleich bestimmte niedrigsiedende Flüssigkeiten verwendet werden können, insbesondere im Falle eines hochschmelzenden Polymeren. Es ist wesentlich, daß das zweite Blähmittel in dem Gemisch aus Thermoplasten und erstem Blähmittel unter den Druck- und Temperaturbedingungen, bei welchen der Thermoplast extrudiert wird, eine Löslichkeit von mindestens 0,01 Gewichtsprozent besitzen soll, weil sonst im homogenen Gemisch nicht hinreichend zweites Blähmittel vorhanden ist, um beim Austreten aus dem Druckgefäß Keime für eine große Anzahl sehr kleiner Blasen zu bilden; die Keimbildung kann dann statt dessen vom ersten Blähmittel her erfolgen mit dem Ergebnis, daß eine geringe Anzahl sehr großer Blasen gebildet werden und das Produkt geringe gewerbliche Brauchbarkeit besitzt. Das besondere verwendete zweite Blähmittel ist natürlich von der Natur des Thermoplasten abhängig, doch wurde gefunden, daß Kohlendioxyd, Stickstoff, Luft (für Polymere, welche nicht der Oxydation unterliegen), Methan, Äthan, Propan, Äthylen, Propylen, Wasserstoff, Helium, Argon und halogenierte Derivate des Methans und Äthans, z. B. Tetrafluorchloräthan, Beispiele von Substanzen sind, welche verwendet werden können. Im Falle von Polyäthylen wurde gefunden, daß Kohlendioxyd oder Stickstoff besonders brauchbar sind, vorzugsweise in Konzentrationen von mindestens 0,05 Gewichtsprozent des thermoplastischen Polymeren.

Es ist bevorzugt, von dem zweiten gasförmigen Blähmittel soviel wie möglich hinzuzusetzen, jedoch nicht mehr als seine Löslichkeit in der Schmelze zu überschreiten, welche gewöhnlich ziemlich gering ist, d. h. weniger als 10 Gewichtsprozent des thermoplastischen Polymeren.

Die Löslichkeit des zweiten gasförmigen Blähmittels ist natürlich abhängig von der Natur des zweiten Blähmittels, der Natur der Polymeren, der Temperatur und dem Druck im Druckgefäß und bis zu gewissem Ausmaß von der Menge und der Art des ersten Blähmittels.

Bei Betrachtung der Löslichkeiten inerter Gase, beispielsweise Stickstoff, in Polyolefinen und ersten Kohlenwasserstoffblähmitteln, gelten die folgenden Betrachtungen. Für erste Blähmittel, welche keine Kohlenwasserstoffe sind und für andere Polymere als Polyolefine, dienen sie auch als Leitfaden.

Oberhalb des Schmelzpunktes des Polyolefins sind das erste Blähmittel und das Polyolefin unbeschränkt mischbar. Ein gegebenes Gewicht des Gemisches aus erstem Blähmittel und Polyolefin besitzt eine etwas größere Löslichkeit für das zweite Blähmittel, als die Löslichkeit des gleichen Gewichts des Polyolefins allein ist, und zwar weil die Entropie des Mischern durch die Anwesenheit des niedermolekularen Materials gesteigert wird. (Andere untergeordnete Änderungen treten auf wegen des geänderten Verhältnisses von CH₃- zu CH₂-Gruppen.)

Im interessanten Bereich nimmt die Löslichkeit mit dem Druck zu, jedoch etwas weniger als proportional und im Gegensatz zu dem, was für Lösungsmittel/Polymer-Gemische gefunden worden ist, haben Lu η dberg, WiIk und Huyett, J. Applied Physics, Band 31 (I960), Seite 1137, gezeigt, daß die Löslichkeit mit der Temperatur ansteigt. Dies steht im Gegensatz zu der üblichen Erfahrung des Auf Iösens permanenter Gase in kondensierten Phasen.

Die allgemeinen Druckbeschränkungen bestimmen, wieviel von dem zweiten gasförmigen Blähmittel

ίο einverleibt werden kann, und normalerweise liegt die Menge des zweiten Blähmittels innerhalb des Bereiches von 0,1 bis 1,5%, vorzugsweise von 0,2 bis 1,0%, bezogen auf das Gewicht des thermoplastischen Polymeren.

is Da beim erfindungsgemäßen Verfahren das Kernbildungsmittel für den Schaum ein lösliches Gas und nicht, wie in einigen bisher verwendeten Systemen, ein fester Partikel ist, kann der Schaum frei von nicht-thermoplastischen Verunreinigungen erzeugt

ao werden und ist so für elektrische Anwendungen sehr geeignet, wo eine hohe dielektrische Festigkeit und ein niedriger Verlustwinkel erforderlich sind. Es ist auch billig, wenn leicht verfügbare Blähmittel verwendet werden.

as Das Gemisch aus dem Thermoplasten und dem Blähmittelsystem kann durch irgendeine geeignete Matrizenform hindurch extrudiert werden, um das Endprodukt der erforderlichen Gestalt, beispielsweise Rohr, Blatt, Faden oder gewinkelter Abschnitt, zu er zeugen, oder es kann mit einer Kreuzkopfform extru diert werden, welche zum Überziehen von Drähten verwendet werden kann. Da gefunden wurde, daß das beste Schäumen hervorgerufen wird, wenn der Abstand, über welchen der Druck vom Inneren des Gef ä- ßes zur Atmosphäre abfällt, so kurz wie möglich ist, wird die Verwendung einer Form mit einem kurzen Steg bevorzugt.

Die erfindungsgemäße Technik kann angewandt werden, um geschäumte Extrmdate irgendeiner erfor-

₊o derlichen Gestalt oder Größe zu erzeugen. Beispielsweise kann die Technik angewandt werden, um Draht zu überziehen oder um geschäumte Blätter oder Filme herzustellen. Es wurde gefunden, daß diese Technik besonders brauchbar zur Herstellung geschäumter Filme ist, bei denen das Polytner/Blähmittel-Gemisch als dünnes Blatt extrudiert wird, welches dann zur Erzeugung von Film gestreckt wird. Das dünne extrudierte Blatt kann flach oder rohrförmig sein und wenn es rohrförmig ist, so kann es zweckmäßig nach der

_So bekannten Blähextrusionstechnik gestreckt werden. Auf diese Weise erzeugte geschäumte Filme, insbesondere aus Polyolefinen, sind als Wandbedeckungsmaterialien besonders brauchbar.

Zu anderen Anwendungen der erfindungsgemäß

erzeugten, geschäumten Thermoplasten zählen die Anwendung als sehr leichtes Verpackungsmaterial, die Anwendung bei der Herstellung von Kissenschaumstoffen, beispielsweise bei der Polsterung für Sitze oder Matratzen, als Wärme- oder Schallisolato ren, elektrische Isoliermittel, beispielsweise beim Überziehen von Drähten, und als Kondensator- oder Wellenführungsdielektrika, bei der Herstellung nicht gewobener Materialien, beispielsweise Leder oder, nach Stichellochung, Filz, nach Koirprimierung der Blattfonn, beispielsweise zwischen Rollen unter einem Druck von 7 bis 700 kg/cm², als Schreibmaterial, und als dekorative Bänder, Borten und Fäden, welche zu gewobenen Gegenständen verarbeitet werden

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können.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht eines Teils des Extruders, welcher die Schnecke ebenfalls im Längsschnitt zeigt;

Fig. 2 ist ein Querschnitt des gerillten Abschnittes der Schnecke, längs Linie H-II in Fig. 1;

Fig. 3 ist eine isometrische Skizze des Mischabschnittes der Schnecke, welcher unmittelbar auf den gerillten Abschnitt folgt, wobei die Skizze die Anordnung von Zähnen in den ersten beiden Zahnreihen des Mischabschnittes zeigt; und

Fig. 4 ist eine isometrische Skizze des Scherabschnittes der Schnecke, welcher unmittelbar auf den gezahnten Mischabschnitt folgt.

Der Extruder weist eine Zylinderbüchse 1 auf, in welcher eine einzige Schnecke 2 drehbar angebracht ist. Das thermoplastische Polymere wird dem Extruder über einen (nicht gezeigten) Fülltrichter zugeführt und wird in einem herkömmlichen Kompressionsabschnitt der Schnecke komprimiert und geschmolzen. Die Zylinderbüchse 1 wird längs dieses Kompressionsabschnittes mittels herkömmlicher (nicht gezeigter) Heizelemente von außen erhitzt, um das Schmelzen des Thermoplasten zu bewirken. Das Ende des Kompressionsabschnittes ist in Fig. 1 mit der Bezugszahl 3 bezeichnet. Das nunmehr in geschmolzenem Zustand befindliche thermoplastische Polymere wird durch den Kompressionsabschnitt 3 gezwungen, sich mittels des nächsten Abschnittes 4 der Schnecke in eine Anzahl Ströme zu unterteilen. Dieser Abschnitt ist gerillt, wobei er eine Reihe axialer Rillen 5 aufweist, und er ist auf der Schnecke starr angebracht, so daß er sich mit dieser dreht. Der gerillte Abschnitt ist in Fig. 2 im Querschnitt gezeigt. Das erste Blähmittel wird von einem (nicht gezeigten) Reservoir her über eine Meßpumpe 7 zu einer Öffnung 6 im Extruderzylinder 1 geführt. Stromabwärts der Einspritzöffnung 6 befindet sich eine Einspritzöffnung 8, durch welche hindurch das gasförmige zweite Blähmittel von einer (nicht gezeigten) konstanten Druckzufuhr her mit einem (nicht gezeigten) Druckregelventil zwischen dem Reservoir und dem Kapillarrohr 9 über dieses Kapillarrohr 9 eingespritzt wird. Das Kapillarrohr wirkt als Strömungsbeschränkungseinrichtung, längs welcher ein Druckabfall von mindestens 7 kp/ cm² erfolgt, wenn das gasförmige zweite Blähmittel eingespritzt wird.

In dem gerillten Abschnitt 4 werden der Thermoplast und das erste und zweite Blähmittel unter Bildung einer Lösung miteinander vermischt. Diese Lösung wird dann in einen Turbinenmischabschnitt 10 gedrückt, und zwar durch das Polymere, welches mittels des Kompressionsabschnittes 3 der Schnecke in den gerillten Abschnitt 4 gepreßt wird. Dieser Mischabschnitt 10 liegt in der Form einer Reihe von im Abstand von einander befindlichen, gezahnten Rotoren 11, 12, 13, 14 vor, welche auf der Schnecke angebracht sind, so daß diese Rotoren sich mit der Schnecke drehen. Wie in Fig. 3 gezeigt, sind abwechselnde Zahnreihen gestaffelt, wobei in der Figur nur die ersten beiden gezahnten Rotoren 11, 12 gezeigt sind. Die Zähne 15 des Rotors 12 liegen so axial in Ausrichtung mit dem Zwischenraum zwischen den Zähnen 16 und 17 des ersten Rotors 11. Dieser Turbinenabschnitt 10 ergibt ein gutes Vermischen der Lösung, wenn die Ströme nach dem Hindurchgehen durch die Axialrillen 5 des gerillten Abschnittes 4 sich erneut kombinieren.

Um die Dispergierung der Blähmittel im thermoplastischen Polymeren weiter zu verbessern, wird die Lösung dann durch einen Scherabschnitt 18 hindurch geschert. Dieser Abschnitt ist auch in Fig. 4 gezeigt und besteht aus einem Zylinder 19, welcher am Einlaßende mit einer Anzahl axialer Rillen 20 versehen ist. Diese Rillen sind blind, d. h. sie erstrecken sich

ίο nicht über die gesamte Länge des Zylinders 18, sondern sie stehen mit Auslaßrillen 21 über Brückenkanäle 22 in Verbindung, wobei die Brückenkanäle eine geringere Tiefe als die Rillen 20 und 21 besitzen. Die Lösung wird so durch die Rillen 20 in eine Anzahl Ströme unterteilt und wird einer höheren Scherung unterworfen, wenn sie von Rillen 20 her in die Rille 21 über Kanal 22 zwischen dem Grund des Kanals 22 und der Zylinderbüchse 1 des Extruders geht.

ao Auf den Scherabschnitt 18 folgend, befindet sich ein weiterer Turbinenmischabschnitt 23 einer ähnlichen Bauart wie der Turbinenmischabschnitt 10. Dies erteilt der Lösung ein gutes Vermischen, wenn die Ströme, welche von den Auslaßrillen 21 des Scherabschnittes 18 herfließen, sich erneut kombinieren.

Stromabwärts des Turbinenmischabschnittes 23 befindet sich ein herkömmlicher Schneckenabschnitt 24 zum Bemessen und Extrudieren der Lösung durch eine (nicht gezeigte) Matrizenform hindurch, aus weleher die Lösung in eine Region geringeren Druckes eintritt, wobei die Blähmittel den Thermoplasten veranlassen, aufzuschäumen und sich zu verfestigen.

Die Erfindung wird durch das folgende Ausführungsbeispiel veranschaulicht.

Beispiel

Ein geschäumter Polyäthylenfilm wird aus einem Extruder der Art extrudiert, wie er in den Zeichnungen veranschaulicht ist, wobei der Extruder einen Zylinderbüchsendurchmesser von 12,1 cm und eine Schneckenlänge von 543 cm besitzt, und wobei die Schnecke sich mit einer Geschwindigkeit von 10 U/ Min. dreht.

Die geometrischen Abmessungen der Schneckenabschnitte, gemäß den Zeichnungen numeriert, sind die folgenden:

Abschnitt 3: Schneckenabschnitt mit einer Gesamtlänge von etwa 330 cm, auf welchem die Schneckentiefe sich von 12,7 mm auf 4,2 mm vermindert;

Abschnitt 4: gerillter Abschnitt mit einer Länge vom 48 cm, bestehend aus 16 axialen Kanälen von 12,7 mm Tiefe und 11,2 mm Breite;

Abschnitt 10: verteilender Mischabschnitt mit einer Länge von 24 cm, bestehend aus einer Anzahl an Rotoren, welche im axialen Abstand voneinander stehen, wobei jeder Rotor 16 Flossen einer Tiefe von 12,7 mm besitzt;

Abschnitt 18: Scherabschnitt mit einer Länge von 24 cm und mit Brückenkanälen 21. welche eine Tiefe von 0,38 mm besitzen;

Abschnitt 23: Mischabschnitt mit einer Länge von 24 cm, identisch mit Abschnitt 10; und

Abschnitt 24: normaler Schneckenabschnitt mit ei ner Gesamtlänge von 96,5 cm mit einem Übergangsabschnitt, welcher zu einem Meßabschnitt mit einer Schneckenriefe von 4,6 mm führt.

Die öffnungen 6 bzw. 8 befinden sich 60,3 mm

bzw. 181 mm vom Anfang des gerillten Abschnittes 4 entfernt.

Ein Gemisch aus 90 Gewichtsteilen Polyäthylen geringer Dichte und 10 Gewichtsteilen Titandioxydpigment wird dem Extruder mit einer Geschwindigkeit von 45,4 kg je Stunde zugeführt. Pentan wird, mit einer Rate von 33 Gewichtsprozent des zugeführten Materials, in den Extruder durch öffnung 6 hindurch eingespritzt und in das geschmolzene Polymergemisch eingemischt. Stickstoff, mit einer Rate von 0,5 Gewichtsprozent des Gesamtgemisches, wird in die Schmelze durch Kapillarrohr 9 hindurch (Innen-

durchmesser 0,178 mm, Länge 122 cm) eingespritzt, wobei längs der Kapillare ein Druckabfall von 21 kg/ cm² auftritt.

Die Temperatur der Zylinderbüchse wird in der Region des Schncc'icenabschnittes 2 bei 140 bis 160° C und längs der übrigen Länge der Zylinderbüchse bei 110° C gehalten. Eine Matrizenform am Auslaßende des Extruders wird bei einer Temperatur von 105° C gehalten, und aus dieser Matrizenform

»ο wird ein geschäumter Polyäthylenfilm extrudiert, welcher frei von Aufspaltungen ist und ein spezifisches Gewicht von 0,15 besitzt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche: 21 3

1. Verfahren zur Herstellung eines synthetischen thermoplastischen polymeren Schaumstoffs durch Strangpressen eines geschmolzenen, ein Blähmittelsystem gelöst enthaltenden Polymeres mit einer Schneckenstrangpresse von einer Hochdruckzone in eine Niederdruckzone, wobei das Blähmittelsystem, bezogen auf das Gewicht des Polymers, 20 bis 75 Gewichtsprozent eines ersten, flüssig zudosierten Blähmittels, daj bei dem Hochdruck mit dem geschmolzenen Polymer vollständig mischbar ist und oberhalb der Strangpreßtemperatur siedet und bei dem Niederdruck unlerhalb der Poiymertemperatur beim Eintritt in die Niederdruckzone siedet, und bis zu 10 Gewichtsprozent eines zweiten gasförmig zudosierten Blähmittels enthält, das bei der Strangpreßtemperatur und dem Strangpreßdruck in der Mischung ao aus Polymer und erstem Blähmittel zu wenigstens 0,01 Gewichtsprozent löslich ist und dessen kritische Temperatur unterhalb der Strangpreßtemperatur liegt, dadurch gekennzeichnet, daß man das zweite Blähmittel von einem unter kon- »5 stantem Druck stehenden Vorrat durch eine Drosselstelle mit einem Druckabfall von wenigstens 7 kp/cm² in das in der Strangpresse befindliche geschmolzene Polymer einführt.

2*. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer Schneckenstrangpresse mit abströmseitig ihrer Schmelzzone angeordneten Eintrittsöffnungen für das erste und zweite Blähmittel, von denen die Eintrittsöffnung für das erste Blähmittel mit einem Flüssigkeitsdosiergerät verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung (8) für das zweite Blähmittel über eine Drosselstelle (9) an einen unter konstantem Druck stehenden Vorratsbehälter angeschlossen ist.