NO863756L - Metode for fremstilling av celleplast. - Google Patents

Description

"FREMGANGSMÅTE FOR FREMSTILLING AV PVC - CELLEPLAST"'

TEKNIKKENS STAND

Det finnes idag flere kjente prosesser for fremstilling av PVC - celleplast (skumplast). Det skal beskrives tre prinsipielt forskjellige prosesser som er interessante i forbindelse med foreliggende oppfinnelse for fremstilling av celleplast (skumplast) av PVC (Polyvinylklorid). 1. Høytrykksmetoden som gir PVC-celleplast med lukkede celler. Prosessen består .av flere trinn: PVC-plasten blandes med kjemisk esemiddel, stabilisator og evnt. andre prosessregulerende stoffer og tilsatsstoffer. Komponentene blandes godt ved relativt lav temeratur, evt. i flere trinn. Den godt blandede massen bringes i former og under høyt trykk (ca. 180 bar) holdes formene lukket f. eks. med kraftige mekaniske presser mens det tilføres varme til plastmassen slik at den varmes opp til ca. 170 grader C. Ved denne temperaturen dekomponeres og forgasses det kjemiske esemiddelet samtidig som plastblandingen pias ti fi seres og til en viss grad homogeniseres (gelatineres). Dette foregår mens massen ligger stille i formen. Etter at plastmassen er oppvarmet tilstrekkelig og har vært tilstrekkelig lenge under høyt trykk, vanligvis 40-60 min., avkjøles formene og dermed plastmassen til under plastens glasstemperatur slik at plasten ikke ekspanderer etter at det ytre trykket er tatt bort, selv om det nå inneholder esemiddel i gassfase med høyt innvendig trykk. Plastdelen som nå er et stivt halvfabrikata, tas ut av formen og lagres i noen tid. Plastdelen varmes deretter opp igjen til ca. 100 grader C. Dermed mykgjøres plasten, samtidig som det indre trykket i esemiddelet øker noe. Dette gjør at plastdelen ekspanderer inntil likevekt er oppnådd mellom indre ekspansjonstrykk og spenninger i plasten. Fordi en meget stor del av det varmestabiliserende middlet i plastblandingen er "oppbrukt" i dekomponeringsfasen kan normalt ikke høyere temperatur enn ca. 100 grader C benyttes i ekspansjonsfasen fordi PVC-plasten ellers kan nedbrytes.

Et PVC-produkt fremstillt etter denne metode, har lukkede celler og kan ha en egenvekt ned til ca. 40 kg pr. m3. Det produseres også produkter etter denne metoden med egenvekter opp til ca. 600 kg pr.m3. Pa grunn av det nødvendige høye statiske spesifikke trykket under dekomponer ingsfasen for esemiddelet, er det store praktiske begrensninger på størrelsen av sluttproduktet. Det er også store vanskeligheter med oppvarming av plastmassen i formen slik at alle deler av massen får relativt like mye varme tilført.

Normalt benyttes esemiddel som er eksotermisk. Dette gir stor fare for "brenning" og nedbryting av deler av plastmassen før alt er blitt tilført tilstrekkelig varmeenergi i forbindelse med dekomponering av esemiddelet. Dette gir begrensninger på tykkelsen av plastmassen som oppvarmes. Dessuten er prosessen meget arbeidskrevende og betinger relativt store investeringer i teknisk utstyr.

En annen metode som er meget utbredt for fremstilling av PVC celleplast, er ekstrudering av en plastblanding bestående av PVC-plast, kjemisk esemiddel, stabilisator og eventuelle prosessregulerende stoffer og tilsatsstoff er hvor de forskjellige komponentene blandes god ved relativt lav temperatur (f.eks. 110 grader C) før blandingen tilføres ekstruderingsmaskinen, vanligvis i form av pulver eller granulat. I ekstruderen blandes komponentene godt sammen under høy temperatur .(f. eks. 180 grader C) slik at massen blir omdannet til en relativt homogen smelte (gelatinert), samtidig som esemiddelet blir tilført tilstrekkelig varmeenergi til at dekomponeringsprosessen startes. Prosessen styres slik at det alt vesentlige av dekomponeringen av esemiddelet foregår utenfor (etter) ekstruderen (inklusive verktøy). Etter utgang av ekstruderverktøyet vil plastmassen på grunn av det store trykket i det etterhvert dekomponerte esemiddelet, ekspandere opp til likevekt er oppnådd mellom det indre trykket og spenningene i plastmassen.

Prosessen er kontinuerlig og kan automatiseres i svært høy grad. Den gir stor kapasitet med relativt små investeringer i teknisk utstyr. En celleplast produsert etter denne metoden vil imidlertid vanligvis ha en stor del av åpne celler. Det har heller ikke vært mulig å produsere PVC-celleplast etter denne metoden med egenvekt under ca. 450 kg. pr.m3. Det kan forklares med at i en PVC - celleplast produsert etter denne metoden, er cellene dannet av relativt store konsentrasjoner av esemiddel som gir store enkeltceller. Dette betyr at ved tilsetting av for mye esemiddel vil store konsentrasjoner av esemiddel gi ekspansjonskrefter i hver enkelt celle som er så store at de overstiger plastmassens evne til å holde på ekspansjonsgassen, og gassen bryter gjennom overflaten og unnslipper. Sluttproduktet kan dermed få en høyere egenvekt enn ved bruk av mindre esemiddel, og dessuten vil overflaten være opprevet og i mange tilfeller ikke tilfredsstillende. Det etterstrebes vanligvis resepter og prosessbetingelser som gir lavest mulig egenvekt med tilfredsstillende overflate på produktet.

En tredje metode for fremstilling av PVC - celleplast er ekstrudering av en plastblanding bestående av PVC - plast, stabilisator og eventuelle prosessregulerende stoffer og tilsats-stoffer hvor de forskjellig komponentene blandes godt ved relativt lav temperatur (f.eks. 110 grader C) før plastblandingen tilføres ekstruderen. Blandingen smeltes ved høyerer temperatur i ekstruderen samtidig som blandingen homogeniseres. Etter nedsmeltingen tilsettes en gass (f.eks. C02 eller N2) til smeiten under høyt trykk... Gassen fordeles i smeiten og bevirker ekspansjon av plastmassen etter utløp av ekstruderen på grunn av reduksjon av det ytre trykk. Metoden er svært rasjonell og kan gi svært lave egenvekter på PVC-produktet (ned til ca. 30 kg. pr.m3). Sluttproduktet har imidlertid åpne celler, og vil derfor f.eks. absorbere vann allerede ved svært små trykk.

Det er i de fleste tilfeller ønskelig med tette celler i PVC - celleplast. Absorbsjon av væske er da minimal, og celleplasten har dessuten svært god termisk i solasjonsevne. I mange tilfeller vil også fysikalske egenskaper forbedres.

BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelse kombinerer de gode kjemiske og fysikalske egenskapene hos PVC - celleplast med tette celler produsert etter den beskrevne høytrykksmetoden, med den meget rasjonelle fremstilling av PVC - celleplast i en ekstruder eller annen hensiktsmessig plastbearbeidingsmaskin. Metoden går ut på at det benyttes en homogen PVC - masse inneholdende PVC - plast, stabilisator, kjemisk esemiddel og eventuelle andre prosessregulerende stoffer og tilsattsstoff er hvor det kjemiske esemiddelet er finfordelt i massen. Finfordelingen av det kjemiske esemiddelet gjøres ved at plastblandingen plastifiseres og homogeniseres til en homogen smelte slik at man får et godt gelatinert mellomprodukt. I denne gelatineringsprosessen holdes temperaturen i smeiten under dekomponeringstemperaturen for det kjemiske esemiddelet i kombinasjon med eventuell aktivator og andre komponenter i plastblandingen eller på et temperaturnivå som sammen med de øvrige plastblandingskomponentene og prosessparameterne ikke resulterer i dekomponering/forgassing av esemiddelet eller kun dekomponering/ forgassing av esemiddelet i ubetydelig grad. Denne gelatineringsprosessen kan utføres i en plastbearbeidingsmaskin som tilfredsstiller kravene til temperatur, blandeeffekt og trykk f. eks. en ekstruderingsmaskin.

Sammensetningen av de forskjellige stoffene i en plastblanding må tilpasses bl.a. til type av blandemaskin, maskin for videre bearbeiding og krav til sluttproduktet. Plastblandingen må imidlertid være bygget opp slik at det er mulig å produsere et godt gelatinert mellomprodukt uten at det kjemiske esemiddelet blir dekomponert/forgasset eller bare dekomponert/forgasset i ubetydelig grad. De fleste kjemiske esemidler som idag benyttes, f. eks. azodicarbonamid, har dekomponerings- temperatur ved ca. 235 grader C. Vanligvis må dekomponerings- temperaturen reduseres til ca. 170 til 180 grader C for å unngå vanskeligheter med nedbryting av PVC materialet. Dette gjøres ved en tilsetting av aktivator eller "kicker" for esemiddelet. Oftest benyttes en metallforbindelse basert på Pb, Zn Cd eller Sn. Som PVC - plast kan det benyttes emulsjons-PVC (e-PVC), masse-PVC (m-PVC) og suspensjons PVC

(s-PVC) eller kombinasjoner av disse. Det kan også benyttes en kopolymer til PVC-plasten f.eks. vinylacetat...

Den gelatinerte PVC-massen føres videre til neste bearbeidingsfase som kan foregå i samme plastbearbeidingsmaskin eller i en annen plastbearbeidingsmaskin som er velegnet for den videre bearbeiding, f. eks. en ekstruderingsmaskin eller en sprøytestøpemaskin. Plastmassen kan tilføres i form av granulat eller pulver eller massen kan tilføres i varm tilstand fra gelatineringsprosessen uten at plastmassen er nedkjølt nevneverdig. En oppnår derved en energibesparelse i produksjonen av PVC - celleplast.

PVC - massen blir i denne bearbeidingsfasen raskt oppvarmet til en temperatur over dekomponeringstemperaturen for det kjemiske esemiddelet i kombinasjon med eventuell aktivator og andre plastblandings- komponenter samtidig som massen blir påført et stort ytre trykk. Dette for å unngå at esemiddelet får anledning til å ekspandere i selve plastbearbeidingsmaskinen. Plasten bearbeides mekanisk, eltes i maskinen slik at alle deler av massen får tilnærmet samme temperatur. Fordi massen raskt oppnår gjevn temperatur, har man en relativt god kontroll over den eventuelle eksoterme varmeutviklingen fra esemiddelet, som er et stort problem ved bl.a. kjente statiske høytrykksprosess som idag benyttes og som er beskrevet tidligere. På grunn av den raske oppvarmingen av hele massen som en oppnår ved den mekaniske bearbeidingen får man også en meget rask dekomponering av det kjemiske esemiddelet. Hele denne prosessen kan ta 3-5 min. mot 40-60 min. i den idag brukte høytrykksprosess.

Idet plastmassen forlater plastbearbeidingsmaskinen med eventuell forlengelse, reduseres det utvendige trykket på plastmassen og massen ekspanderer inntil det er oppnådd likevekt mellom det indre trykket i esemiddelet og spenningene i massen. Fordi massen ekspanderer ved høy temperatur (160-230 grader C) er massen svært myk og man oppnår en høy ekspanderingsgrad. Den høye temperaturen kan benyttes fordi det meste av den tilsatte varmestabilisator er aktiv på dette trinnet av prosessen. Det kan være nødvendig å redusere plastmassens temperatur noe før ekspansjonen for enkelte resepter og former for å unngå at massen kollapserer etter ekspansjonen. Etter ekspansjonen nedkjøles PVC - massen. Den kan deretter bearbeides videre i henhold til krav. Det ferdige PVC-produkt har meget finfordelte lukkede celler.

BESKRIVELSE AV EKSEMPLER PÅ PLASTBLANDINGER OG PROSESSBETINGELSER

Som tidligere nevnt må en ved oppbyggingen av en plastblanding/ resept ta hensyn til den plastbearbeidingsmaskinen som skal benyttes og vurdere de egenskapene en ønsker at sluttproduktet skal ha. Dersom det benyttes en ekstruder både til den omtalte gelatineringsprosess og en ekstruder til dekomponeringsprosessen av esemiddelet, vil følgende piastblandinger gi en hard PVC - celleplast med lukkede celler.:

Eksempel 1 Eksempel 2 Eksempel 3

De forskjellig komponentene i de ovenstående plastblandingene blandes i en dertil egnet blandemaskin, f.eks. i en såkalt hurtigmikser til en temperatur på ca. 110 grader C er oppnådd. Deretter avkjøles blandingen og tilføres en plastbearbeidingsmaskin f. eks. en ekstruderingsmaskin. Blandingen bearbeides, blandes, smeltes og homogeniseres til en homogen smelte med en maksimal temperatur på ca. 150 grader C som ligger noe under dekomponeringstemperaturen for det kjemiske esemiddelet i kombinasjon med de andre komponentene i blandingene. Denne prosessen, også kalt gelatineringsprosess/gir en homogen smelte inneholdende finfordelt kjemiske esemiddel som ikke er dekomponert/forgasset eller bare dekomponert/forgasset i ubetydelig grad. Det gelatinerte materialet overføres til neste fase i bearbeidingen, som kan foregå i samme plastbearbeidingsmaskin eller til en separat plast- bearbeidingsmaskin for videre bearbeiding.

Det gelatinerte plastmaterialet kan tilføres den nye

bearbeidingsfasen/mask i nen enten med temperatur bare ubetydelig lavere enn temperaturen under gelatineringsprosessen eller godt avkjølt og da gjerne opphakket i fine korn, såkalt granulert.

I denne plastbearbeidingsmaskinen som kan være en ekstruderingsmaskin, sprøytestøpemaskin eller annen egnet plastbearbeidingsmaskin, bearbeides den gelatinerte plastmassen mekanisk/eltes samtidig som temperaturen økes til over dekomponeringstemperaturen for esemiddelet i kombinasjon med de andre komponentene i plastblandingen, for de beskrevne plastblandingene ca. 175 grader C. Det utvendige trykket i maskinen holdes over ekspansjonstrykket i det etterhvert dekomponerte esemiddelet. For å oppnå en tilstrekkelig dekomponeringsgrad/ forgassingsgrad av esemiddelet, bearbeides materialet mekanisk/eltes under denne temperaturen og dette trykket normalt minst 3 til 5 min. Den varme massen, eventuelt noe nedkjølt, føres deretter ut av plastbearbeidings- maskinens munnstykke og det utvendige trykket reduseres enten umiddelbart eller suksesivt til normalt atmosfæretrykk. Den varme plastmassen ekspanderer dermed opp inntil likevekt er oppnådd mellom det innvendige trykket i esemiddelet og spenningene i plastmaterialet. Plasten avkjøles deretter med f.eks. luft eller vann og kan bearbeides f. eks. mekanisk dersom ønsket.

For å øke de fysikalske egenskapene til sluttproduktet, spesielt ved høye temperaturer og samtidig forbedre de kjemikalske egenskapene, er det mulig å fornette eller tverrbinde endel av plastmassens molelyler. Dette kan skje f. eks. ved bruk av peroksyder som fornettes (tverrbindes/kryssbindes) ved høy temperatur eller ved tilsetting av en komponent til massen som lar seg fornette ved tilførsel av høy energi f. eks. ved bruk av gammastråler. Fornetting kan også oppnås ved tilsetting av en komponent til plastmassen som fornettes kjemisk uten tilførsel av spesielt høy energi. En slik komponent eller tilleggsstoff kan f. eks. være en isoscyanat. For å unngå at fornettingen skal inntreffe på et for tidlig tidspunkt, vil det vanligvis være riktig å benytte en tidsforsinken.de komponent i forbindelse med bruk av et kjemisk virkende fornetningsmiddel. Av samme grunn bør i noen tilfelle kjemisk virkende fornetningsmiddel tilsettes så sent i prosessen som praktisk mulig f. eks. umiddelbart før dekomponeringsfasen av esemiddelet.

BRUKSOMRÅDER FOR PVC - CELLEPLAST MED LUKKEDE CELLER

Oppfinnelsen gir mulighet til produksjon av både hard og myk PVC - celleplast med lukkede celler avhengig av myknermengde som tilsettes i plastblandingen.

PVC - celleplast med lukkede celler kan bl.a. benyttes til følgede produktområder : Termisk isolasjon (f.eks. i kjølevogner og av gass/olje- rørledinger)

Produkter til oppdrift (f.eks. flottører, bøyer og pontonger)

Konstruksjoner (f.eks. lette sandwich-konstruksjoner med PVC-celleplast som kjernemateriale i f.eks. vegger, båter og fly).

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av celleplast med lukkede celler inneholdende polyvinylklorid (PVC) og/eller copolymer med polyvinylklorid, kjemisk esemiddel, stabilisator og eventuelle andre prosessregulerende stoffer og tilsatsstoffer, karakterisert ved at plastblandingen beararbeides i en plastbearbeidingsmaskin og tilføres denne bearbeidingsfasen i godt gelatinert tilstand og at det kjemiske esemiddelet er blitt godt finfordelt i plastmassen under gelatineringsprosessen ved en temperatur som sammen med øvrige prosessparametere gir plastmassen en god gelatineringsgrad, samtidig som det kjemiske esemiddelet ikke er blitt dekomponert/forgasset eller bare dekomponert/forgasset i ubetydelig grad, og at plastblandingen bearbeides mekanisk (eltes) i bearbeidingsmaskinen ved en temperatur over dekomponerings-/forgassingstemperaturen for esemiddelet i kombinasjon med de andre komponentene i plastblandingen tilstrekkelig lenge til at minst 75% av esemiddelet dekomponeres/forgasses i bearbeidingsmaskinen og en eventuell forlengelse av denne og at bearbeidingen foregår ved et ytre trykk på plastmassen som er høyt nok til at det dekomponerte/forgassede esemiddelet ikke danner gassceller som er større enn 0,06 millimeter i tverrmål i noen del av plastmassen inntil minst 75% av esemiddelet er dekomponert/forgasset og at den bearbeidede plastblandingen etter at minst 75% av esemiddelet er dekomponert/forgasset, ved reduksjon av det ytre trykk på plastmassen og eventuelt etter reduksjon av plastmassens temperatur, ekspanderer til den ønskede form.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at plastblandingen inneholder tilstrekkelig mengde kjemisk esemiddel til at plastblandingen etter bearbeidingen og reduksjon av det ytre trykk, oppnår en ekspansjon som gir plastblandingen en egenvekt som er mindre enn 350 kg. pr. m3.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den mekaniske bearbeidingen (eltingen) av plastblandingen i plastbearbeidingsmaskinen er helkontinuerlig eller foregår i minst 60% av oppholdstiden for plastblandingen i den plastbearbeidende delen i plastbearbeidingsmaskinen.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det kjemiske esemiddelet i plastmassen består av et esemiddelsystem som utvikler en varmemengde som er mindre enn 150 calorier per gram av esemiddelsystemet i plastmassen under dekomponeringen/forgassingen.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det som plastbearbeidingsmaskin anvendes en ekstruder eller en sprøytestøpemaskin.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at plastbearbeidingsmaskinen er en ekstruder eller en sprøytestøpemaskin og at det ytre trykket på plastmassen oppnås ved at skruen/skruene i ekstruderen/sprøytestøpemaskinen er konstruert slik at den nødvendige kompresjonen av plastmassen og dermed det nødvendige ytre trykket på plastmassen oppnås i skruen/skruene uavhengig av trykket på plastmassen etter skruen/skruene i ekstruderen/sprøytestøpemaskinen.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det som plastbearbeidingsmaskin benyttes to eller flere koblede plastbearbeidingsmaskiner hvor den/de første er en ekstruder/ekstrudere og at plastblandingen tilføres i ikke gelatinert tilstand og at plastblandingen bearbeides i den/de første ekstruder/ekstrudere på en slik måte at plastblandingen blir godt gelatinert ved en temperatur noe under dekomponeringstemperaturen for esemiddelet i kombinasjon med de andre komponentene i plastblandingen, slik at esemiddelet blir finfordelt i plastmassen uten at esemiddelet dekomponeres/forgasses eller bare dekomponeres/forgås ses i ubetydelig grad, og at plastblandingen i varm tilstand videretransporteres til neste bearbeidingsfase og bearbeides som beskrevet i krav 1.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det som plastbearbeidingsmaskin benyttes, for eksempel en ekstruder eller en sprøytestøpemaskin og at plastmassen tilføres maskinen i ikke gelatinert tilstand og at gelatineringen og finfordelingen av esemiddelet foregår i en tidlig fase i bearbeidingen uten at esemiddelet dekomponeres/forgasses eller bare dekomponeres/forgasses i ubetydelig grad, og at plastmassen deretter transporteres videre i maskinen og bearbeides som beskrevet i krav 1.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at plastmassen etter at den er kommet ut av plastbearbeidingsmaskinen, bringes i varm og ekspandert tilstand inn i et formgivende verktøy hvor plastmassen oppnår sin endelige form.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det utvendige trykket på plastmassen etter bearbeidingen reduseres trinnvis.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at plastmassen umiddelbart før dekomponerings-/ forgassningsfasen av esemiddelet, tilsettes som tilleggsstoff et tverrbindingsmiddel, for eksempel isocyanat.