DE2618166C3 - Blasverfahren zur Herstellung von dünnen Strukturschaumfolien - Google Patents

Description

Die Erfind Tg betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Bekannte Blasverfahren zur Herstellung von Folien lassen sich durch Fig. 1 der Zeichnung veranschaulichen, in der darstellen

E einen Extruder.

F eine Ringdüse, die mit nicb'gezeigten

Mitteln zum Blasen und zur Evakuierung

vrn Luft ausgestattet ist,
B eine »Folienflasche« oder »Blase«, auch

»Schlauchfolie« genannt.
P Quetscl· /alzen und
R eine Aufnahmewalze.

Dabei wird bei der Extrus.op von Kunststoffmaterial durch Extruder E ein Schlauch ν η verhältnismäßig großem Durchmesser (etwa JO cm bis 2 m) ausgehend von der Ringdüse Fgebildet. Dieser Schlauch tritt mit dem nominellen Durchmesser der Ringdüsc aus und wird bis zum gewünschten Durchmesser aufgeblasen. Er wird durch die Mitnehmerwagen P gequetscht und schließlich flach auf der Aufnahmewalz R aufgerollt.

Es ist auch bereits bpkaⁿn<, Strukturschaumfolien oder -filme mit Hilfe dieses Blasverfahrens herzustellen, wobei jedoch /ur Herstellung dünner Strukturschaumfolien ein Breitenrichtdorn /ur Querschnittsregulierung Kur Anwendung gelangt, was es erforderlich macht, jedesmal den Dorn /u wechseln, wenn die Abmessung geändert wird.

So wird z. B. in der US-PS 33 11 681 ein Extruderverfahren zur Herstellung von geschäumten Polystyroltchlauchfolien beschrieben, bei dem ein physikalisches Treibmittel wie n-Pentan zu Einsatz gelangt und die mit Hilfe eines Breilenrichtdorns bei maximal etwa I35"C cxtrudierte geschlossene Folienblasc vorzugsweise innen oder statt dessen außen gekühlt wird. Aus der DE-OS 22 54 687 und der dieser entsprechenden FR-PS 12 39 591 ist die Dickenregulicrung von 0,5 mm dicken geschäumten Schlauchfolien um etwa 0,05 mm mil Hilfe äußerst komplizierter Kühleinrichtungcn bekannt, wobei die Verwendung eines Breilenrichldorns ebenfalls obligat ist und die Temperatur am Exlrudcfnustriü bei maximal etwa 148°C liegt, Zur Anwendung gelangen neben mineralischen Füllstoffen chemische oder physikalische Treibmittel Und die bei niedriger Kühlmiltclgeschwindigkcil mit Hilfe der kompliziert ausgestalteten Einrichtungen durchgeführte Kühlung erfolgt innen

oder außen oder sowohl innnen als auch außen.

Diese bekannten Verfahren haben außer dem Erfordernis, einen Breitenriehtdorn verwenden /u müssen, noch weitere Nachteile. So ist /. B. bei Verwendung von physikalischen Treibmitteln wie Pentan oder fluorierten Kohlenwasserstoffen der Einsatz eines kostenaufwendigen Doppelschneckenextruders oder von zwei Einschneckenextrudern erforderlich, die das Einspritzen dieses Treibmittels ermöglichen.

Nachteilig ist ferner, daß die Extrusionsiemperatur verhältnismäßig niedrig ist und, wie oben erwähnt, noch unter 150⁰C liegt, wenn Polystyrol als Ausgangsmaterial dient. Diese verhältnismäßig tiefen Temperaturen haben meist Unregelmäßigkeiten in der Foliendicke zur Folge, weshalb komplizierte Blas- und Abkühleinrichtungen zur Dickenregulierung erforderlich sind, wie die angegebene FR-PS zeigt

Dem Anmeldungsgegenstand liegt die Aufgabe zugrunde, dünne und demzufolge leichte Schlauchfolien beliebigen Durchmessers einfach und wirtschaftlich, d. h. ohne Verwendung eines Breitenrichtdorns und ohne Verwendung eines komplizierten Doppelschnekkenextruders herzustellen unter Erzielung einer gleich förmigen Foliendicke auch ohne Verwendung komplizierter Blas- und Kühlvorrichtungen, d. h. unter Anwendung vergleichsweise hoher Temperaturen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Maßnahmengelöst.

JO Das erfindungsgemäßc Verfahren zeigt nicht mehr die Beschränkungen und Komplikationen der bekannten Arbeitsweisen. Zu seiner Durchführung wird Kühlluft hoher Geschwindigkeit auf die Innenfläche der Blasfolie unter Evakuierung der Blasgase geblasen und

J5 Kühlluft geringer Geschwindigkeit auf die Außenfläche der Blasfolie geleitet unter Verwendung eines thermoplastischen Polymeren auf Styrolbasis als Ausgangsmaterial, das eine große Menge an Keimbildungsmittel in der Größenordnung von 5% und eine hohe Menge an chemischen Treibmitteln in der Größenordnung von 1% im Falle von Azodicarbonamii/ enthält, was eine Übersättigung an Treibmittel im Extrudat möglich macht. Aufgrund dieser Zusammensetzung kann die Extrusion bei Temperaturen in der Größenordnung von 190 bis 200"C durchgeführt werden, so daß die aufgezeigten, bei tiefer Temperatur auftretenden Nachteile vermied' η werden. Ferner ist das Verfahren in vorteilhafter Weise unter Verwendung eines klassischen Finschneckenextruders durchführbar.

w Die zur Verfahrcnsdurchfühmng verwendete Blasex trusionsvorrichtung umfaßt zusätzlich zur Düse ein inneres Blasorgan, das Röhren für die Zufuhr von Kaltgas aufweist und mindestens eine Fvakuierungsdü se. Vorteilhafterweise ist die Evakuierungsleilung mil einer volumetrischcn Entspannungspumpe verbunden. Das äußere Blasen zu Kühlzwecken kann mit an sich bekannten Vorrichtungen durchgeführt werden, wie man sie bei kommerziellen Apparaten für die Blascxtru sion üblicherweise verwendet.

bo Vorrichtungen dieses Typs werden zwar seit minde stens 25 |ahren zur Herstellung von Massivfolien benutzt, doch muß deren Eignung zur Herstellung von Schaumfolien oder 'filmen ohne Brcilcnrichtdorn als überraschend gelten. Wird Polystyrol mit einem Gehalt

an einem chemischen Treibmittel in den oben angegebenen Mengen extrudiert und gebläht, so wird bei der SchaUmfolicnbildung leicht ein stabiler Zustand erzielt durch Ausnutzung des Ausströmens des Gases

durch die Wände der Blasfolie. Wird die Menge der eingeleiteten Luft erhöht, so nimmt das. Volumen der Bluse zu, wuH das Ausströmen durch die Wände vergrößert, da ja dieses Ausströmen im wesentlichen proportional der Oberfläche der Wand ist. Es ist daher leicht, eine Selbststeuerung aufrechtzuerhalten, und als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß die komplizierten Zusatzeinrichtungen, die für das Blasextrudieren von Massivfolien beschrieben sind, beim Schaumfolienblasen entfallen können.

Zu der ohne Verwendung eines Breitenrichtdorns erfolgenden Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die eingeführte Luftmenge relativ erhöht, und diese Luft muß wieder abgezogen werden, um das Platzen der Schlauchfolien zu verhindern. Es ist daher eine genaue Kontrolle des in der Schlauchfolie herrschenden Druckes erforderlich, der eine Funktion der eingeführten Luftmenge, der abgezogenen Luftmenge und der durch den Film wegen dessen Porosität diffundierten Lufimenge, sowie der Extrusionstemperatur und der Fließfähigkeit des Polymermaterials bei dieser Temperatur ist.

Für gegebene Parameter bezüglich Extrusionstemperatur. Fließfähigkeit und Expansionsgrad läßt steh der Cesamtluftbedarf (A) in der Schaufolie durch folgende Gleichung darstellen:

A = D-J-

worin bedeuten

D die Menge an eingeführter Luft.
d die Menge an abgezogener Luft, und
f die Menge der wegen der Porosität der
Folienwand entwichenen Luft.

Ferner soll »p« den Druck der Luft in der Schlauchfolie und »P« den Druck der Luft im Einführungskanal bedeuten.

In der Praxis ist die Fvakuierungsleitung mit einer volume! rischen Druckmindcrungspunipe

( - 750 mm HCj) verbunden. Wenn man zuläßt, daß der Druck in der Schlauchfolie leicht über dem Atmosphärendruck ist. stellt man fest, daß die Menge d der volumetrischen Pumpe konstant ist.

Man kann auch zulassen, daß die Menge D linear mit P anwächst; (D-J) wird dann positiv, wenn der Zuführungsdruck über einem Wert P\ liegt. Wenn (D- J) positiv wird, wird die Schlauchfolie aufgeblasen und die Porosität ihrer Wand nimmt rasch zu. Die entwichene Menge erhöht sich rasch und der Gesamtbedarf A = D-J- ί wird Null für P=P₂. Dieser Punkt des Funktionierens entspricht einem stabilen Gleichgewichtszustand. Wenn P bei diesem Wert festgehalten wird, gilt folgendes:

wenn das Aufblasen der Schlauchfolie zunimmt, erhöht sich »f« rasch und das Aufblasen hört auf;
wenn das Aufblasen der Schlauchfolie abnimmt, wird »f« kleiner, was wieder das anfängliche Aufblasen zur Folge hat.

Die Stabilität des Gleichgewichtes wird so um so besser, je verschiedener ft von P\ ist.

Im übrigen kann man durch mehr oder weniger starkes Aufblasen eine mehr oder weniger starke Queroncntierung (Reckürig) erzielen. Die Längsorientierung wird selbstverständlich durch die Geschwindigkeit der Aufrollwalzen eingestellt. Indem man eine Verhältnismäßig kleiiin Luftmenge einbläst, kann man soearoraktisch monoorienlierte Folien erhalten.

Verwendet werden Polystyrol oder Copolymere, die Styrol enthalten und mit Vorteil J bis 5% oder selbst noch mehr eines Füllstoffes, wie mikronisierten Talk, und 0,8 bis I 2 Gew.-°/o an Azodicarbonamid oder eine entsprechende Menge eines anderen chemischen Porenbildners.

Die weiteren Merkmale und Vorteile ergeben sich deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung, wobei auf die Fig.2 Bezug genommen wird, die im Schnitt

ίο eine Darstellung einer ringförmigen Extrusionsdüse mit seitlicher Zuführung darstellt, sowie auf die Beispiele, die nachfolgend zur Erläuterung der Erfindung angegeben sind.

In der Fig 2 geht das thermoplastische gelierte Material, das vom Extruder E zugeführt wird, durch den Speisungskanal 1. Ein Gegendrucksieb gestattet die Erzielung einer zeitlich regelmäßigen Polymerzufuhr. Lediglich die Halterung 2 dieses Siebes erscheint stromaufwärts vom Kanal 1. Der Verteiler 3 mit Mehrfachentspannern überführt den Polymerstab, der sich im Kanal 1 befindet, in ein Rohr. Er gewährleistet in der Endzone der Düse die Erzielung el: >:s Materialflusses von gleichmäßiger Geschwindigkeit uiv den ganzen Umfang des Zwischenraumes 6 der Blasdüse F. Dieser Zwischenraum ist ein kreisförmiger Durchtritt, der durch den Dorn 4 und den Körper 5 der Blasdüse selbst gebildet is·.

Das innere Blasorgan (dessen Elemente aus der folgenden Beschreibung hervorgehen) durchdringt den

sn Körper der Blasdüse in Richtung der Extrusionsachse. Es ist wechselseitig zum Dorn 4. Die L^ift wird unter Druck mit Hilfe einer nicht dargestellten Verbindung in den Raum 7 eingelassen, der durch konzentrische Rohre 8 und 9 begrenzt ist (Menge D). Die Luft geht dann nacheinander nach 10, 11 und 12 und tritt bei 13 über den ganzen Umfang des Stückes 15 aus.

Die Öffnung 13 ist derart ausgebildet, daß der Blasluflschirm die Wand 14 der Blasfolie B aus thermoplastischem Material trifft, wenn sie aus der

ίο Ringdüse 6 austritt.

Die Geometrie der Durchgänge 11, 12 und 13 ist derart, daß man bei 13 einen Luftschirm erhalten kann, der cmc konstante Geschwindigkeit auf dem ganzen Umfang des Stückes 15 hat.

r> Das Rohr 9 gestattet das Evakuieren (Menge c/jder Luftmenge, die notwendig ist. um den gewünschten Durchmesser der Blasfolie zu erhalten, indem man dieses Rohr 9 mit einer volumetrischen F.ntspannungspumpe (nicht gezeigt) verbindet.

w Das äußere Blasorgan 16 ist eine klassische Vorrichtung zur Extrusion von Filmen aus massiven thermoplastischen Polymeren.

Die oben beschriebene Extrusionsdüse besitzt vorteilhafterweise drei Erhitzungszonen (C\, G, G)-

>5 So w'c ".ie ausgeführt ist, gestattet diese Vorrichtung die Erzielung einer starken Abkühlung der Innenoberfläche der extrudieren Schlauchfolie, und zwar von ihrem Austritt aus der Blasdüse.

In den folgender Beispielen wuide ein Extrusionsap-

bo parat mit folgender Einrichtung verwendet:

eine eingängige Schnecke vom Typ B1.65-26D-162 der Firma Samafor, mit einem Kompressionsgrad (europäische Norm) gleich 3 und charakterisiert ^₁ durch;

eine Speisungszone mit kurzer Kompression (die Länge entspricht dem 6fachen des Durchmessers), deren kompressionsgrad 1.13 beträgt:

cine kurze Komprcssionszoni: (Länge = bnuil der Durchmesser), deren tatsächlicher Kornpressions· grad 2,69 beträgt;

eine Pumpzonc mit konstantem Kerndurchmesscr. die sich über 11,5 Durchmesser erstreckt.

Die verwendete Extrusiohsblasdüse besitzt einen Ausgangsdurchmesser von 94 mm und einen Spall von 0,6 mm. Die auf diese Weise in die Schlauchfolie eingeführte Luftmenge ist verhältnismäßig hoch, nämlich größenordnungsmäßig 10 mVStundc.

Beispiel 1

Mit der oben beschriebenen Apparatur wurde folgende Rezeptur verwendet:

Homopolystyrol (glasklares	70Gew.'Teile
Polystyrol) mit einem Gehalt
von 2% öl	30GeW1-TeUc
Sehlng7ähes Polystyrol mil
10% Polybutadien'	0,06 Gew.-Teile
Antioxidant:
»Irganox IO76«(Ciba)	0,140 Gew.-Teile
Gleitmittel:
Zinkstearat (EDCO)
Treibmittel:
Azodicarbonamid Genitron	I.OGew.-Teil
EPC, in den Handel gebracht
von der Firma Fisons
Keimbildungsmittel:
mikronisierterTalk mit
einer mittleren Teilchen	5,0 Gew.-Teile
größe von 2,3 μ (Steamic
des Tales de Luzenac)	148°C
Extrudertemperaturen:	180° C
Eintrittskörper	180° C
erster Mittelkörper	185° C
zweiter Mittelkörper
Ausgangskörper	180° C
Blasdüse	180° C
erste Zone	188° C
zweite Zone
_ dritte Zone (Lippen)
Temperatur des geschmolzenen:	192° C
Materials, in der
Masse gemessen

Geschwindigkeit der Schnecke 48 Upm

Stündliche Leistung 36.8 kg In die Schlauchfolie

eingeführte Luftmcngc 16 inVh Durch die Mittcllcilung

abgezogene Luftmcngc !OmVh Zichgeschwindigkeil des Films 16 m/min

Dicke des Films 0,28 mm

Volumengewicht 0,20 g/em^J

Umfang des Films 82 cm

Expansionsgrad 2.8 Retraktionsgrad:

in Querrichtung 45%

in Längsrichtung 50%

Beispiel 2

Dieses Beispiel zeigt die Erzielung eines praktisch monooricnlierten Films.

Man arbc'·?! mil der glijiphon Zusammensetzung und mit der gleichen Apparatur wie in Beispiel \\

Extrudertemperaturen:
Eingangskörper 150°C

erster Miltelkorper I97°C

zweiter Miltelkörper 174°C

Ausgangskörper 202"C Blasdüse

or'eZonc 162°C

jo zweite Zone 183°C

dritte Zone !,Lippen) 185°C Temperatur des geschmolzenen

Materials, in der Masse gemessen 195°C

Drehgeschwindigkeit der Schnecke 32 Upm

Stündliche Leistung 30 kg/h

Menge der eingeführten Luft HmVh Menge der durchidie Mittelleitung

abgeführten Lufl 9 nrVh

Ziehgeschwindigkeit des Films 11 m/min

Dicke des Films 032 mm

Volumengewicht; 0,28 g/cm³

Umfang des Films 52 cm

Expansionsgrad 1,76 Retraktionsgrad:

in Querrichtung 45%

in Längsrichtung 5%

Hierzu 2 BFaU Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von dünnen Strukturschaumfolien ohne Verwendung eines Breitenrichtdornes, bei dem ein Füllstoffe und chemische Treibmittel enthaltendes thermoplastisches Polymer auf Styrolbasis in einem Blasextruder unter Zu- und Abführen von Blasluft im Inneren extrudiert und zum Abkühlen der gebildeten Blasfolie unmittelbar nach deren Extrusion Kühlluft auf deren Innen- und Außenfläche geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß man dem thermoplastischen Polymer ca. 5% an mineralischem Füllstoff zusetzt und die Blasfolien-Innenfläche mit höherer Kühlluftgeschwindigkeit als die Blasfolien-Außenfläche kühlt.