DE2316114A1

DE2316114A1 - Verfahren zur herstellung von gegenstaenden aus zellfoermigen thermoplasten

Info

Publication number: DE2316114A1
Application number: DE2316114A
Authority: DE
Inventors: Guy Lozach; Jean-Claude Robinet
Original assignee: CHARBONNAGES TOUR AURORE COURB
Current assignee: CHARBONNAGES TOUR AURORE COURB
Priority date: 1972-03-30
Filing date: 1973-03-30
Publication date: 1973-10-11
Also published as: IT984285B; LU67272A1; ES413141A1; BE797010A; NL7304293A; CH568144A5; FR2177584B1; FR2177584A1; GB1403808A

Description

DR. MULLER-BORe DIPL.-PHYS. DR. MANITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL DIPL.-ING. FINETERWAlP DtPL.-Irifc. GRÄMK0W

PATENTANWÄLTE

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3 O. März 1973

München, den Lo/Sv - S 2520

SOCIETE CHIMIQUE DES CHARBONNAGES

Tour Aurore, COURBEVOIE, Hauts-de-Seine, ΪΉΑΝΚΪίΕίσΗ

Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus zellförmigen

Thermoplasten

Priorität: Frankreich vom 30. März 1972, Nr. 72 11 34-3

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus zellförmigen Thermoplasten, welche auch als "leicht_stoffartig" bezeichnet werden, d.h. Gegenstände, die eine massive Haut aus thermoplastischem Polymerisat und ein Inneres aus zellformigem, thermoplastischem Polymerisat aufweisen.

Diese Gegenstände besitzen im allgemeinen Dichten zwischen 0,4- und 0,9, bezogen auf das Grundmaterial, und sie unterscheiden sich in dieser Hinsicht vollständig von entsprechenden Gegenständen aus massiven Thermoplasten.

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Die Arbeitsweisen zur Herstellung dieser Sorte von Gegenständen bedienen sich der Treibmittel oder Porenbildner, welche sich chemisch bei der Verarbeitungstemperatur des Thermoplasten zersetzen. Als Beispiel für solche Treibmittel können Azodicarbamid und Natriumbicarbonat genannt werden. Als Treibmittel verwendet man auch Gase oder im Bereich der Verarbeitungstemperaturen des Thermoplasten gasförmige Substanzen wie Leichtkohlenwasserstoffe, usw..

Leichtstoffthermoplasten können durch Spritzformen oder Strangpressen hergestellt werden. Insbesondere im" letzteren Fall weist die Oberfläche im allgemeinen kein· glattes ^r Aussehen, auf, wenn man ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen in üblicher Weise arbeitet, und zwar als Folge von Bläschen, welche auf der Oberfläche bei dem Ausdehnen zerplatzen. Es wurde bereits die Verwendung eines Spritzwerkzeuges oder Strangpresswerkzeuges vorgeschlagen, welches an seinem Austritt mit einer Kalibriervorrichtung kombiniert ist, wobei dieses Werkzeug in seinem zentralen Teil durch einen Stempel derart abgedeckt war, daß ein hohler Strangpresskörper erhalten wurde, welcher sich frei von außen nach innen ausdehnte. Diese Vorrichtungen ebenso wie das Abkühlen des Materials bzw. der Masse in Kontakt mit der Kalibriervor-= richtung ermöglichten es, eine übermäßige Ausdehnung auf der Oberfläche des Profils zu vermeiden und auf diese Weise eine relativ dichte, kontinuierliche Haut herzustellen=,

Ferner wurde bereits vorgeschlagen, das thermoplastische Material am Austritt des StrangpressWerkzeuges mit Hilfe von konkaven Oberflächen zu führen, welche auf einer niedrigeren Temperatur als die Strangpresstemperatur gehalten wurden . Diese Arbeitsweisen erfordern jedoch eine spezielle Ausrüstung, wodurch der Gestehungspreis für die Verarbeitung de,s thermoplastischen Materials stark heraufgesetzt wird.

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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile der vorbekannten Arbeitsweisen zu vermeiden und Gegenstände aus Leichtstoffthermoplasten gleicher Qualität herzustellen wie diejenige von Gegenständen des Standes der Technik, wobei eine klassische Verarbeitungsausrüstung eingesetzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich im wesentlichen dadurch aus, daß das zu expandierende Material bei seiner Verarbeitungstemperatur mit einer kristallinen oder teilweise kristallinen, porösen, hydratisierten Substanz in Kontakt gebracht wird, welche ihrerseits reversibel und ohne Beeinflussung ihres Kristallgitters hydratisierbar und dehydratisierbar ist und eine labile Bindung mit den Hydratwassermolekülen besitzt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das zu expandierende Material in einer Einheit behandelt, welche zum Spritzformen oder Strangpressformen eingerichtet ist.

Eine solche Einrichtung für das Spritzformen ist vorteilhafterweise eine an sich bekannte, klassische Vorrichtung.

Ebenfalls ist eine solche Vorrichtung für das Strangpressen vorteilhafterweise eine klassische Vorrichtung, welche ein bekanntes, einfaches Formwerkzeug trägt, das mit einer Kalibriereinrichtung mit größerer Abmessung des Querschnittes als derjenigen des Querschnittes des Werkzeuges verbunden ist.

Vorteilhafte kristalline oder teilweise kristalline, poröse, hydratisierte Substanzen, welche die zuvorgenannten Eigenschaften aufweisen und sich besonders zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen, sind natürliche oder synthetische Zeolithe, Diatomeenerden, Sepiolith, usw., wobei Sep"iolith und insbesondere die Zeolithe bevorzugt sind.

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Die kristalline oder teilweise kristalline, poröse, hydratisierte Substanz wird vorteilhafterweise in dem Inneren des zu expandierenden Materials angeordnet oder in das Innere hiervon eingeführt.

Vorteilhafterweise wird die kristalline oder teilweise kristalline, poröse, hydratisierte Subs-tanz mit einer Korngrößenverteilung zugeführt, welche mit dem Betrieb der Strangpressvorrichtung und/oder den Endeigenschaften des sie enthaltenden Leichtstoffmaterials verträglich ist.

Die Menge der kristallinen oder teilweise kristallinen, porösen, hydratisieren Substanz, bezogen auf das zu expandierende Material, beträgt vorteilhafterweise zwischen 0,5 und 5 Gew.-^.

Die Erfindung betrifft ferner das nach dem zuvor beschriebenen Verfahren erhaltene Leichtstoffmaterial oder danach erhaltene Leichtstoffgegenstände·

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

Die Expansion bzw. das Blähen von thermoplastischen Polymerisaten mit Hilfe der zuvor definierten Substanzen ermöglicht die Herstellung von Leichtstoffmaterialien bzw. -massen, welche einen guten Oberflächenzustand aufweisen. Die Expansion ist hauptsächlich der Freisetzung des sehr labilen Wassers zuzuschreiben, welches diese Substanzen enthalten. Die Kinetik der Dehydratisierung durch Erwärmen dieser porösen Substanzen ist derart, daß eine wesentliche und leicht steuerbare Expansion des thermoplastischen Materials bei einer tieferen Temperatur möglich ist, als sie normalerweise mit üblichen Treibmitteln angewandt wird.

Im Fall des Spritzgießens werden diese Substanzen einfach mit den zu blähenden Materialien vermischt, wobei dieser Arbeitsvorgang in bekannter Weise vor sich geht und diese Substanzen

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neuartige Treibmittel oder Porosität erzeugende Mittel airstellen.

Im Fall des Strangpressens ist es ausreichend, ein klassisches Strangpresswerkzeug und eine Kalibriervorrichtung'.mit geeigneter Dimension, deren Querschnitt eine größere Abmessung als diejenige der Öffnung des Werkzeuges auf v/eist, zu verwenden. Die Rolle der Kalibriervorrichtung besteht darin, die Querschnittsform des Endprofiles festzulegen. Das Strangpresswerkzeug kann einen geometrischen Schnitt aufweisen, welcher demjenigen des gewünschten Endprofilteiles vergleichbar ist. Am Austritt des Strangpresswerkzeuges dehnt sich das Extrudat stark nach außen hin derart aus, daß sich ein innerer Hohlraum in der Achse der Zone bildet, welcher üblicherweise unter der Bezeichnung Wirbelkern bekannt ist. Da die Blähung von innen nach außen durch die Kalibrie^prrichtung beschränkt ist, erfolgt sie von außen nach innen in den Hohlraum. Die Bildung dieses letzteren erklärt sich durch die starke Expansionskraft, welche man mit den erfindungsgemäß verwendeten, hydratisierten Substanzen erhält. Hieraus ergibt sich für den Fachmann, daß die Regelung der Rotationsgeschwindigkeit der Schnecke der Strangpressvorrichtung als Funktion der Expansionseigenschaften ausreicht, damit sich dieser Hohlraum vollständig auffüllt. Um dies zu erreichen, sind einige Vorversuche ausreichend.

Die Erzielung eines solchen Ergebnisses ist jedoch überraschend, da dies bislang mit bekannten porenbildenden Mitteln wie Natriumbicarbonat oder Azodicarbamid nicht erreicht werden konnte.

Dies ist auch der Grund dafür, daß man sich bei Verwendung solcher Mittel einer speziellen und kostspieligen Strangpress vorrichtung mit einem Strangpresswerkzeug mit axialem Stempel bedienen mußte.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen für das Strangpressen von Profilen aus geblähtem, thermoplastischem Material näher erläutert.

In diesen Beispielen wird die erfindungsgemäß verwendete, hydratisierte, porenbildende Substanz im granulatförmigen Zustand zugeführt und mit dem zu blähenden bzw. expandierenden Material durch ihre Zugabe an jedem geeigneten Punkt der Strangpressmaschine vermischt. Das Arbeiten an der Maschine (sowohl auf einer Strangpressvorrichtung wie auch einer Spritzgußpresse) benötigte eine Korngrößenverteilung unterhalb von 350 Mikron.

In den Beispielen, in denen Zeolith* oder Sepiolith verwendet wurden, besaßen diese folgenden Eigenschaften:

Korngrößenverteilung;

Zeolith == unterhalb 76 Mikron

Sepiolith = zwischen 58 und /120 Mikron

Spezifische Oberfläche:

Zeolith = 150 bis 200 m²/g . ' ' .

Sepiolith = 330 m /g (gemessen durch Absorption von Hexan) Dichte:

Zeolith = zwischen 2,0 und 2,3

Sepiolith =2,2

Scheinbare Dichte (Schüttdichte):

Zeolith = 400 g/l

Sepiolith = 5OO g/l

Porengröße:

Zeolith = Durchmesser 2 bis 6 S

Sepiolith = Porenbereich 5?6 S χ 11

S O S i 4 ί Β

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Beispiel Λ

In diesem Beispiel wurde Zeolith verwendet. Es wurden zylindrische Profilkörper auf einer "Samafor 65-26D"-Maschine mit einem Mundstück von 20 mm Durchmesser und eine Kalibriervorrichtung von 50 mm Durchmesser stranggepreßt. Der Wassergehalt des Zeolithes betrug 23 %·

a) wärmebeständiges Polystyrol:

Rotationsgeschwindigkeit

der Maschinenschnecke 58 Upm

Temperaturprofil 170° . Λ 80°. 190°.

200°/210^ο.210°0

Menge an Zeolith 1 %

Temperatur der Masse 220°0

In diesem Beispiel wie auch in den folgenden Beispielen entspre chen die angegebenen Temperaturprofile den Temperaturen der auf einanderfolgenden Heizkörper des Hohl Zylinders und des Werkzeuges der Strangpressvorrichtung oder des Hohlzylinders und der Angußdüse der Spritzgußmaschine bzw« Spritzpresse.

Es wurden Profilkörper mit einer Dichte von 0,4 erhalten, die einen ausgezeichneten Oberflächenzustand und eine sehr gute Zellenstruktur aufwiesen.

b) Schlagzähes Polystyrol:

Rotationsgeschwindigkeit 92 Upm

der Maschinenschnecke

Temperaturprofil 160°

180^e/180°.180°C

Temperatur der Masse 200· C

Menge an, Zeolith 2 %

Es wurden Profilkörper mit einer Dichte von 0,5 erhalten, welche dieselben. Eigenschaften wie zuvor genannt aufwiesen·

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c) Polyäthylen mit niedriger Dichte "Schmelzindex":

Rotationigpschwindigkeit ■ " -.

der Maschinenschnecke . 104- Upm

Temperaturprofil 150°.150°.150°.150°/140°.130°C

Temperatur der Masse 170⁰C
Menge an Zeolith 2 β

"Es wurden Profilkörper mit einer Dichte von 0,6 erhalten, welche dieselben Eigenschaften wie zuvor genannt aufwiesen.

d) Halbstarres Polyvinylchlorid:

Rotationsgeschwindigkeit

der Maschinenschnecke 104 Upm

Temperaturprofil 180°.200⁰.210⁰.20O°/180⁰.180⁰C

Temperatur der Masse 210⁰G
Menge an Zeolith 1,3 %

Es wurden Profilkörper mit einer Dichte von 0,75 erhalten, welche dieselben Eigenschiten wie zuvor genannt aufwiesen.

Beispiel 2

In diesem Beispiel wurde Sepiolith verwendet. Es wurde die Arbeitsweise von Beispiel 1 mit einem Sepiolith wiederholt, der einen Wassergehalt von 12,5 % aufwies.

a) Strangpressen von zylindrischen Profilkörpern aus — . wärmebeständigem.Polystyrol: . · ":

Rotationsgeschwindigkeit

der Maschinenschnecke 60 Upm

Temperaturprofil 170⁰.180⁰.190⁰.200⁰/210⁰.210⁰C

Menge an Sepiolith 2 %

Es wurden Profilkörper mit einer Dichte von 0,4-3 erhalten, welche einen ausgezeichneten Oberflächenzustand und eine sehr gute Ze11struktur aufwiesen.

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b) StrangOressen von Platten:

Abmessung des Strangpresswerkzeuges 650 χ 5 rani Kalanders tärlce 8 ram

Temperaturprofil 170°.180°.185°.135°/

195°.195°.195°.19O⁰C

Temperatur der Masse 190⁰O

Durchsatz 80 kg/Stunde

Es wurden Platten mit einer Dichte d = 0,65 erhalten, welche einen ausgezeichneten Oberflächenzustand und eine sehr gute Zellstruktur aufwiesen.

Im Falle von schlagzähem ,Polystyrol wurde bei einer Rotationsgeschwindigkeit der Schnecke der Maschine von 94- Upm eine Dichte d = 0,63 erhalten.

Beispiel 5

Es wurden Spritzgußversuche mit 2 Gew.-^ Sepiolith und demselben Polystyrol wie in Beispiel 1 auf einer D.K.60-Presse durchgeführt, welche auf einen Druckspeicher mit einem Tempeiänirprofil von 170°.200°.210⁰/230⁰C arbeitete.

—r

Beim Spritzformen eines Teiles von 400 qxsP wurde eine Dichte von 0,7 erhalten. Die Teile wiesen ein gutes Oberflächenaussehen auf.

Die Erfindung betrifft demnach insbesondere die Verwendung einer kristallinen oder teilweise kristallinen, porösen, hy-

dratisierten Substanz, welche reversibel und ohne Beeinflussung ihres Kristallgitters hydratisierbar und dehydratisierbar ist und eine labile Bindung mit den Hydratwassermolekülen besitzt, bei der Herstellung von Gegenständen aus zellförmigen Thermopiaten durch Zufügen zu dem zu expandierenden Material bei dessen Verarbeitungstemperatur.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

Λ . Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus zellförmigen Thermoplasten, dadurch g ek ennze i chne t, daß das zu expandierende Material bei seiner Verarbeitungstemperatur mit einer kristallinen oder teilweise kristallinen, porösen, hydratisierten Substanz in Kontakt gebracht wird, welche ihrerseits reversibel und ohne Beeinflussung ihres Kristallgitters hydratisierbar und dehydratisierbar ist und eine labile Bindung mit den Hydratwassermolekülen besitzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichn e t, daß das zu expandierende Material in einer zur Verformung durch Spritzformen oder Strangpressen bestimmten Vorrichtung behandelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als zum Spritzformen verwendete Vorrichtung eine an sich bekannte, klassische Vorrichtung verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeiehn e t, daß als zum Strangpressen bestimmte Vorrichtung eine klassische Vorrichtung verwendet wird, welche ein einfaches, klassisches Formwerkzeug trägt, das mit einer Abkühleinrichtung mit einem Querschnitt größerer Abmessung als demjenigen des Querschnitts des Formwerkzeuges verbunden ist. .
5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als kristalline .oder teilweise kristalline, poröse, hydratisierte Substanzen natürliche oder synthetische Zeolithe oder Sepiolith verwendet wird/werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kristalline oder teilweise kristalline, poröse, hydratisierte Substanz in das Innere.der zu blähenden bzw» zu expandierenden Masse eingeführt oder hierin angeordnet wirdo

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7» Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch g e kenn ζ e ichne t, daß die kristalline oder teilweise kristalline, poröse, hydratisierte Substanz mit einer Korngrößenverteilung zugeführt wird, welche mit dem Betrieb der Strangpressvorrichtung und/oder den Endeigenschaften des sie enthaltenden Leichtstoffmaterials verträglich ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7>~ dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der kristallinen oder teilweise kristallinen, porösen, hydratisieren Substanz, bezogen auf das zu expandierende Material, zwischen 0,5 und 5 Gew.-^ liegt.

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