DE19600026A1 - Production of plastic foam slabs, strips, beads etc. - Google Patents
Production of plastic foam slabs, strips, beads etc.Info
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Abstract
Description
Die Belastung der Umwelt führt zur Verschlechterung der Lebensbedingungen auf der Erde. Untersuchungen belegen, daß nur durch sinnvolle Nutzung der Primärenergie aus fosilen Brennstoffen das Klimaproblem gelöst werden kann. Ein Baustein in dieser Kette der unterstützten Maßnahmen sind Dämmstoffe auf Basis von Kunststoffen, um den Verbrauch an Brennstoffen in Gebäuden zu verringern. Die Kunststoffe erhalten ihre besondere Wärmedämmwirkung durch Schäumen. Zum Schäumen werden die Kunststoffe in eine Schmelze überführt. In der Schmelze wird Gas freigesetzt. Das Gas kann dem Einsatzkunststoff beigemischt sein und/oder den Kunststoff nach dessen Plastifizieren zugemischt werden. Für die Qualität des gewünschten Schaumstoffes ist eine gute Dispergierung in der Schmelze und Homogenisierung der Schmelze wichtig. Ferner wird mit Hilfsmitteln auf die Schaumbildung Einfluß genommen. Dazu gehören Nukleierungsmittel. Die Verarbeitung des Kunststoffes geschieht vorzugsweise unter Druck. Besonders geeignete Vorrichtungen für die Verarbeitung des Kunststoffes sind Extruder.Environmental pollution leads to a deterioration in living conditions the earth. Studies show that only through sensible use of the Primary energy from fossil fuels the climate problem can be solved. On Building blocks in this chain of supported measures are insulation materials based of plastics to reduce fuel consumption in buildings. The plastics get their special thermal insulation effect through foaming. The plastics are melted for foaming. In the melt gas is released. The gas can be mixed with the plastic insert and / or the plastic is admixed after it has been plasticized. For the The quality of the desired foam is good dispersion in the Melt and homogenization of the melt are important. Furthermore, with tools the foam formation influenced. These include nucleating agents. The Processing of the plastic is preferably done under pressure. Especially Suitable devices for processing the plastic are extruders.
Nach Verlassen des Extruders expandieren die in der Schmelze eingeschlossenen Gase und treiben den Kunststoff zu einem Schaum auf. Daher resultiert die häufig gebrauchte Bezeichnung Treibmittel für die Gase.After leaving the extruder, those trapped in the melt expand Gases and drive the plastic up to a foam. Hence, that often results used designation propellant for the gases.
Die Herstellung der Schaumdämmstoffe erfolgte in der Vergangenheit vorwiegend unter Einsatz von FCKW und HFCKW-Treibmitteln. Diese Treibmittel bewirken bekanntlich den Abbau der Ozonschicht in der oberen Stratosphäre.The foam insulation materials were mainly manufactured in the past using CFCs and HCFC blowing agents. These blowing agents work As is well known, the depletion of the ozone layer in the upper stratosphere.
Reines FCKW ist als Treibmittel zwischenzeitlich verboten. Für die Verwendung von HFCKW-Treibmitteln steht noch eine längere Übergangsfrist zur Verfügung.Pure CFC is now prohibited as a blowing agent. For using HCFC propellants have a longer transition period.
Aus Kunststoffschaum werden Platten, Bahnen, Füllkörper und Beads hergestellt. Füllkörper dienen dabei vorzugsweise der Verpackung. Beads sind kleine Schaum partikel, die in Formen gefüllt und dort unter Erwärmung miteinander verschweißt werden, so daß aus den Kunststoffschaumpartikeln Kunststoffschaum-Körper entstehen. Sheets, sheets, fillers and beads are made from plastic foam. Fillers are preferably used for packaging. Beads are little foam particles that are filled in molds and welded together under heating be, so that from the plastic foam particles plastic foam body arise.
Aufgabe der Erfindung ist, einen extrudierten Schaumstoff aus thermoplastischen alkenylaromatischen und/oder teilkristallinen sowie kristallinen Polymeren, insbe sondere Styrolpolymeren herzustellen, der eine niedrige Dichte und vergleichbare Isolationseigenschaften wie die Schaumstoffe erbringt, die mit FCKW/HFCKW geschäumt werden, unter Gebrauch von Alternativtreibmitteln.The object of the invention is an extruded foam made of thermoplastic alkenyl aromatic and / or partially crystalline and crystalline polymers, esp to produce special styrene polymers that have a low density and comparable Isolation properties such as the foam provides with CFC / HCFC be foamed using alternative blowing agents.
Nach der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Schaumstoff aus thermoplastischen alkenylaromatischen Polymeren gelöst, der aus einer Vielzahl von geschlossenen und nicht miteinander in Verbindung stehenden gashaltigen Zellen besteht. Hierbei ist von einer mittleren Zellgröße vom 0,1 bis 0,5 mm auszugehen. Unter der Bezeichnung thermoplastische alkenylaromatische Polymere sind Kunststoffe zu verstehen, die durch Polymerisation einer oder mehrerer polymerisierbarer alkenylaromatischer Verbindungen hergestellt werden. Hierbei kann es sich um Homo- oder Copolymere handeln. In der Praxis sind diese Produkte z. B. unter der Bezeichnung Polystyrol (PS), schlagfeste Polystyrole (HIPS), ABS, SAN, SMMA, PMMA oder PPQ erhältlich. Unter der Bezeichnung thermoplastische kristalline oder teilkristalline Polymere fallen die Polyolefine, wie z. B. Polyethylene und Polypropylene. Weiterhin werden auch Blends, bestehend aus alkenylaromatischen Polymeren mit teilkristallinen und kristallinen Polymeren nach der Erfindung extrusionsverschäumt.According to the invention, the object is characterized by a foam thermoplastic alkenyl aromatic polymer dissolved from a variety of closed and unrelated gaseous ones Cells. Here is an average cell size from 0.1 to 0.5 mm going out. Under the name thermoplastic alkenyl aromatic polymers are understood to be plastics, which result from the polymerization of one or more polymerizable alkenyl aromatic compounds are prepared. Here it can be homo- or copolymers. In practice, these are products e.g. B. under the name polystyrene (PS), impact-resistant polystyrene (HIPS), ABS, SAN, SMMA, PMMA or PPQ available. Under the name thermoplastic Crystalline or semi-crystalline polymers are the polyolefins, such as. B. Polyethylenes and polypropylene. Blends consisting of alkenyl aromatic polymers with partially crystalline and crystalline polymers the invention extrusion foamed.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Wahl der fluiden/gasförmigen physikalischen Treibmitteln. Da aus Gründen der Umweltbelastung der Einsatz der FCKW-Treibmittel auf lange Sicht entfällt, gehen damit auch wiederum Vorteile verloren, die sich aufgrund der physikalischen Eigenschaften der FCKW-Treibmittel hinsichtlich der Dämmeigenschaften im Produkt sowie bei der Zellbildung des Schaumes eingestellt hatten.An essential feature of the invention is the choice of the fluid / gaseous physical blowing agents. Because of the environmental impact of the use of CFC blowing agents are eliminated in the long term, so there are advantages lost due to the physical properties of CFC propellants with regard to the insulation properties in the product and in the cell formation of the Had set foam.
Als Alternative zu den FCKW-Treibmitteln stehen die physikalischen Treibmittel zur Verfügung. Physikalische Treibmitteln sind Inertgase. Dazu zählen z. B. Kohlen dioxyd , Stickstoff sowie die Edelgase, wie Neon, Argon usw. Diese Gase weisen größtenteils jedoch gegenüber den FCKW-Treibmitteln niedrigere Siedepunkte und höhere Wärmeleitfähigkeitswerte auf. Niedrige Siedepunkte bedeuten, daß die benannten Treibmittel nur als Gase in natürlichen Umgebungsverhältnissen vorlie gen. Als Alternativtreibmittel sind auch Kohlenwasserstoffe wie Butan und Propan bekannt. Die Verarbeitung von Kunststoff mit diesen Alternativtreibmitteln zeigt sich jedoch als ausgesprochen schwierig.The physical blowing agents are available as an alternative to CFC blowing agents Available. Physical blowing agents are inert gases. These include e.g. B. Coals dioxide, nitrogen and the noble gases such as neon, argon etc. These gases have for the most part, however, lower boiling points and CFC blowing agents higher thermal conductivity values. Low boiling points mean that the named blowing agents only as gases in natural environmental conditions Hydrocarbons such as butane and propane are also alternative blowing agents known. The processing of plastic with these alternative blowing agents is evident however, it is extremely difficult.
Die Erfindung geht auf folgende Erkenntnis zurück:The invention is based on the following knowledge:
- - Die Gase verteilen sich in viskosen Schmelzen nicht ausreichend, um die Voraussetzung einer homogen Zellstruktur zu bilden.- The gases are not sufficiently distributed in viscous melts to Requirement to form a homogeneous cell structure.
- - Gase entwickeln in Abhängigkeit von der Temperatur Drücke, die über dem atmosphärischen Druck liegen. Dies wiederum setzt für die Schaumbildung in Verbindung mit einer heißen Polymermasse voraus, daß die Festigkeit der Polymerschmelze ausreicht, um geschlossene Schaumzellen entstehen zu lassen.- Depending on the temperature, gases develop pressures above the atmospheric pressure. This in turn sets in for the foam formation Connection with a hot polymer mass requires that the strength of the Polymer melt is sufficient to create closed foam cells to let.
- - In bisherigen Extrudern ist die Verarbeitung von Kunststoff mit Altemativtreib mitteln nur begrenzt durchführbar.- In previous extruders, the processing of plastic with alternative drive means can only be carried out to a limited extent.
Die Erfindung beruht darauf, daß verschiedene Treibmittel zugegeben werden, wobei die Zugabe in verschiedenen Stufen erfolgt. In einer ersten Stufe werden Kohlenwasserstoffe als Treibmittel zugemischt. Als Kohlenwasserstofftreibmittel eignen sich Propen und/oder Buten und/oder Octafluorpropan. Ähnliche Wirkung hat Schwefelhexerfluorid.The invention is based on the addition of various blowing agents, the addition takes place in different stages. In a first stage Hydrocarbons added as blowing agents. As a hydrocarbon propellant propene and / or butene and / or octafluoropropane are suitable. Has a similar effect Sulfur witch fluoride.
Ziel der ersten Stufe ist es, gut lösliche/dispergierbare Gase in der Schmelze fein zu verteilen, an denen sich weniger gut lösliche/dispergierbare Gase anlagern können. Die Verteilung des Treibmittels wird zusätzlich durch die geometrische Ausbildung der Extruderschnecke unterstützt.The aim of the first stage is to fine-dissolve / dissolve gases in the melt distribute at which less soluble / dispersible gases can accumulate. The distribution of the blowing agent is also due to the geometric design the extruder screw supports.
Aufgrund der fein in der Schmelze verteilten Kohlenwasserstoff-Treibmittel können die nachfolgend in einer zweiten oder mehreren Stufen eingegebenen anorganischen Treibsysteme an die bereits homogen vermischten Kohlenwasserstoff-Treibmittel ankoppeln und dadurch in die gleiche feine Verteilung übergehen. Due to the fine distribution of hydrocarbon blowing agents in the melt those subsequently entered in a second or more stages inorganic propellant systems to those that are already homogeneously mixed Coupling hydrocarbon propellants and thereby in the same fine distribution pass over.
In der zweiten Stufe werden vorzugsweise Kohlendioxyd und/oder Stickstoff und/oder Perfluorcyclobutan und/oder Wasser und/oder 1,1-difluorethane (HFC-152 a) in das unter Druck im Extruder anstehende Polymerschmelzegemisch gezielt eindosiert. Die Eindosierung der Treibmittel erfolgt über Hochdruckpumpen.In the second stage, carbon dioxide and / or nitrogen are preferably used and / or perfluorocyclobutane and / or water and / or 1,1-difluoroethane (HFC-152 a) into the polymer melt mixture under pressure in the extruder dosed. The propellant is metered in using high-pressure pumps.
Die Verwendung von Kohlenwasserstoff-Treibmitteln gemeinsam mit anorganischen Treibmitteln ist zwar bekannt (z.G. PCT/ULS93/08838), die mehrstufige Zugabe und die damit verbundene bessere Verteilung sind jedoch neu; desgleichen ist es neu, die in der ersten Stufe eindosierten Treibmittel im Hinblick auf eine gewünschte besonders gute Ankoppelung von anorganischen Gasen auszuwählen.The use of hydrocarbon blowing agents together with inorganic Blowing agents are known (e.g. PCT / ULS93 / 08838), the multi-stage addition and the associated better distribution is new; likewise it is new the blowing agents metered in in the first stage with a view to a desired one select particularly good coupling of inorganic gases.
In weiterer Ausbildung der Erfindung wird die Abkühlung des Schmelztreibmittel gemisches auf eine Ausformtemperatur sichergestellt, bei der die Viskusität der Polymermasse eine ausreichende Festigkeit vorweist, um beim Verlassen des form gebenden Mundstückes am Extruderwerkzeug ein geschlossenzelliges Wachstum des Schaumkörpers zu bewirken. Von Vorteil ist, wenn der entstehende Schaum körper ein Heißwasserbad, ausgestattet mit einem angetriebenen Fördersystem, durchläuft, das wahlweise Temperaturen von 60 bis 100°C vorweist. Dabei stellen sich günstige Verhältnisse ein, wenn der Schaumkörper voll in das Medium eintaucht und eine Durchlaufzeit von 10-180 Sekunden, vorzugsweise 30 Sekun den eingehalten wird. Hierdurch wird erreicht, daß durch die wirksame Energie zufuhr der Schaumkörper nachexpandiert und eine evtl. Zellorientierung aufgehoben oder gezielt eingeleitet werden kann bei zusätzlicher Minderung der Schaumdichte.In a further embodiment of the invention, the cooling of the hot blowing agent mixture to a forming temperature at which the viscosity of the Polymer mass has sufficient strength to leave the form giving the mouthpiece on the extruder tool a closed cell growth to effect the foam body. It is an advantage if the resulting foam a hot water bath, equipped with a driven conveyor system, passes through, which optionally shows temperatures of 60 to 100 ° C. Make it favorable conditions when the foam body is fully in the medium immersed and a lead time of 10-180 seconds, preferably 30 seconds which is adhered to. This ensures that through the effective energy The foam body is expanded and any cell orientation is canceled or can be initiated with additional reduction in foam density.
Das erfindungsgemäße Verfahren schließt ein, daß mit dem Kunststoffeinsatzstoff Zuschlagstoffe wie Zellbildner, Farbstoffe, Stabilisatoren und Flammhemmer in den Extruder aufgegeben werden.The inventive method includes that with the plastic feed Additives such as cell formers, dyes, stabilizers and flame retardants in the Extruder to be abandoned.
Die gesamte zugegebene Treibmittelmenge beträgt für Styrolpolymerisat 5-40 Gew.-% der gesamten Schmelze. Bei anderen Polymerisaten ergeben sich andere Grenzen für die Treibmittelmenge, die mit wenigen Versuchen ausgetestet werden können. The total amount of blowing agent added is 5-40 for styrene polymer % By weight of the total melt. Other polymers result in different ones Limits for the amount of blowing agent that can be tested with just a few tests can.
Günstig ist ein Kohlenwasserstoffgemisch in der ersten Einspritzstufe aus Propen und Iso-Buten. An dem Mischungsanteil ist Propen mit 10-80 Gew.-% und Iso-Buten mit 90-20 Gew.-% beteiligt, vorzugsweise beträgt das Verhältnis von Propen zu Iso-Buten 50 : 85. Am gesamten Treibmittel beträgt der Mischungsanteil des Gemisches Propen/Iso-Buten mindestens 20 Gew.-%. Bei zusätzlicher oder alleini ger Verwendung von Octafluorpropan ist der Gewichtsanteil des Octafluorpropans am gesamten Treibmittelgemisch mindestens 5%, bei alleiniger oder zusätzlicher Verwendung von Schwefelhexafluorid ist der Gewichtsanteil des Schwefelhexa fluorids an der gesamten Treibmittelmenge mindestens 4%.A hydrocarbon mixture from propene in the first injection stage is favorable and isobutene. The proportion of the mixture is propene with 10-80% by weight and isobutene with 90-20 wt .-%, preferably the ratio of propene to Iso-butene 50: 85. The proportion of mixture in the total blowing agent is Mixed propene / isobutene at least 20 wt .-%. With additional or alone The use of octafluoropropane is the proportion by weight of octafluoropropane of the entire blowing agent mixture at least 5%, with sole or additional Use of sulfur hexafluoride is the weight fraction of sulfur hexa fluoride in the total amount of blowing agent at least 4%.
Kohlendioxid wird am zweiten und/oder dritten Einspritzpunkt zudosiert. Vorzugs weise wird das Kohlendioxid als Flüssigkomponente mit einem Gewichtsanteil von 15% und mehr an der gesamten Treibmittelmenge zudosiert. Bei alleiniger oder zusätzlicher Verwendung von Stickstoff ist dessen Gewichtsanteil an der gesamten Treibmittelmenge mindestens 2%. Bei Verwendung von Perfluorcyclobutan ist dessen Gewichtsanteil an der gesamten Treibmittelmenge mindestens 5%. Bei alleiniger oder zusätzlicher Verwendung von Wasser ist dessen Gewichtsanteil an der gesamten Treibmittelmenge 1% und mehr. Bei alleiniger oder zusätzlicher Verwendung von 1,1-Difluorethan ist dessen Gewichtsanteil an der gesamten Treibmittelmenge 1% und mehr.Carbon dioxide is metered in at the second and / or third injection point. Preferential the carbon dioxide as a liquid component with a weight fraction of 15% and more of the total amount of blowing agent added. With sole or Additional use of nitrogen is its weight percentage of the total Blowing agent quantity at least 2%. When using perfluorocyclobutane the proportion by weight of the total amount of blowing agent at least 5%. At the sole or additional use of water is its weight percentage of the total amount of blowing agent 1% and more. With sole or additional The use of 1,1-difluoroethane is the proportion by weight of the total Amount of blowing agent 1% and more.
Als Extrusionswerkzeug kann für das Aufschmelzen der Polymere und die Zugabe der Treibmittel und das Vermischen der Komponenten ein Einschneckenextruder verwendet werden. Wahlweise findet das Abkühlen des Treibgas-Polymergemisches in einem zweiten Extruder statt, der über eine Rohrverbindung mit dem ersten Extruder gekoppelt ist.The extrusion tool can be used to melt the polymers and add them the blowing agent and the mixing of the components using a single screw extruder be used. The blowing gas / polymer mixture is optionally cooled in a second extruder, which is connected to the first via a pipe connection Extruder is coupled.
Günstige Ergebnisse können sich auch bei Verwendung einer Planetwalzenextru deranlage einstellen.Favorable results can also be seen when using a planetary roller extruder adjust the system.
Vorzugsweise wird der aus dem Extrudermundstück austretende endlose Schaum strang mittels von oben und/oder unten einstellbare Rollenbahnen oder Gleitplatten in seiner Ausdehnung begrenzt. The continuous foam emerging from the extruder die is preferred strand by means of roller tracks or sliding plates adjustable from above and / or below limited in its extent.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.In the drawing, an embodiment of the invention is shown.
Fig. 1 zeigt einen Einschneckenextruder 1 mit einer Aufgabe 2 für Kunststoffgranulat und Zuschläge. Das Kunststoffgranulat ist im Ausführungsbeispiel ein Polystyrol. Es wird in dem als Einschneckenextruder ausgebildeten Extruder 1 aufgeschmolzen. Unmittelbar nach Plastifizierung wird mittels einer Dosierpumpe 3 ein flüssiger Treibmittelanteil in den Extruder 1 gedrückt. Der Treibmittelanteil besteht aus Propen und Iso-Buten in einem Mischungsverhältnis von 15 : 85, bezogen auf diesen Treibmittelanteil. Dieser Treibmittelanteil hat einen Gewichtsanteil von 30% bezogen auf die gesamte Treibmittelmenge. Fig. 1 shows a single screw extruder 1 with a task 2 for plastic granules and aggregates. In the exemplary embodiment, the plastic granulate is polystyrene. It is melted in the extruder 1 designed as a single screw extruder. Immediately after plasticization, a liquid propellant component is pressed into the extruder 1 by means of a metering pump 3 . The propellant component consists of propene and isobutene in a mixing ratio of 15:85, based on this propellant component. This proportion of blowing agent has a weight fraction of 30% based on the total amount of blowing agent.
Der übrige Teil der Treibmittelmenge wird über eine Dosierpumpe 4 zugegeben. Es handelt sich um Kohlendioxyd. Die Kohlendioxydzugabe ist in einem Abstand von der Aufgabe der Kohlenwasserstoffe angeordnet, in dem eine ausreichende Vermischung und Homogenisierung der Kohlenwasserstofftreibmittel in der Schmelze entstanden ist. Danach kann sich das an sich schlecht vermischbare Kohlendioxyd besser in der Schmelze verteilen. Das geschieht durch Ankoppelung an die bereits vorhandenen Kohlenwasserstoff-Gasblasen.The remaining part of the amount of propellant is added via a metering pump 4 . It is carbon dioxide. The addition of carbon dioxide is arranged at a distance from the feed of the hydrocarbons, in which sufficient mixing and homogenization of the hydrocarbon blowing agents has occurred in the melt. Afterwards, the carbon dioxide, which is difficult to mix, can be better distributed in the melt. This is done by coupling to the existing hydrocarbon gas bubbles.
Aus dem Extruderwerkzeug 5 tritt ein Kunststoffschaumstrang 6 aus. Der Kunststoff schaumstrang 6 wird von Plattenbandförderern 7 und 8 aufgenommen. Die Platten bandförderer 7 und 8 besitzen Platten 17 und 18, die den Kunststoffschaumstrang zwischen sich einschließen. Unmittelbar nach Aufnahme des Kunststoffschaum stranges 6 besitzt dieser einen in Fig. 2 dargestellten Querschnitt 11, der deutlich geringer als die Aufnahmeöffnung der Plattenbänder 7 und 8 ist. Die Plattenbänder 7 und 8 führen den Kunststoffschaumstrang in ein Wasserbad 9 mit einer Tempera tur von 80°C. Dort findet ein Nachschäumen des Kunststoffstranges 6 statt. Danach besitzt der Kunststoffschaumstrang einen in Fig. 3 dargestellten Querschnitt 12, der den Hohlraum zwischen den Platten 17 und 18 voll ausfüllt.A plastic foam strand 6 emerges from the extruder tool 5 . The plastic foam strand 6 is taken up by plate conveyor 7 and 8 . The plate conveyor belt 7 and 8 have plates 17 and 18 , which enclose the plastic foam strand between them. Immediately after receiving the plastic foam strand 6 , this has a cross section 11 shown in FIG. 2, which is significantly smaller than the receiving opening of the plate tapes 7 and 8 . The plate belts 7 and 8 guide the plastic foam strand into a water bath 9 with a temperature of 80 ° C. Foaming of the plastic strand 6 takes place there. The plastic foam strand then has a cross section 12 shown in FIG. 3, which completely fills the cavity between the plates 17 and 18 .
Claims (21)
- a) Aufschmelzen eines alkenylaromatischen und/oder kristallinen oder teilkristallinen Polymergemisches einschließlich der Zuschlagstoffe.
- b) Aufgabe des Treibmittels in zwei oder mehr Stufen, wobei in einer ersten Stufe gut lösliche bzw. dispergierbare Treibmittel gasförmig oder flüssig im Abstand von der Aufgabe der Einsatzstoffe zugemischt und in einer zweiten Stufe im Abstand von der ersten Stufe weniger gut lösliche bzw. dispergierbare Treibmittel gasförmig oder flüssig zudosiert werden, die sich an dem in der ersten Stufe zudosierten Treibmittel an lagern.
- a) melting of an alkenyl aromatic and / or crystalline or partially crystalline polymer mixture including the additives.
- b) application of the blowing agent in two or more stages, in a first stage readily soluble or dispersible blowing agents mixed in gaseous or liquid at a distance from the task of the starting materials and in a second stage at a distance from the first stage less soluble or dispersible Blowing agents are added in gaseous or liquid form, which accumulate on the blowing agent added in the first stage.
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- 1996-01-03 DE DE1996100026 patent/DE19600026A1/en not_active Ceased
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