发泡挤出物的制造方法与流程

1.本发明涉及一种用于生产微孔发泡塑料或塑料挤出物或功能相当物质或者包含生物聚合物或天然物质（例如木材、植物、木材组份或植物组份）的挤出物的方法。


背景技术：

2.为简单起见，此类挤出物的起始材料在下文称为可熔起始材料。通过挤出工艺通过化学发泡或物理发泡根据已知方法获得发泡塑料挤出物。使塑料熔化，并添加起泡剂。在化学发泡的情况下，添加化学物质，其在热的影响下分解并释放气体，所述气体然后在塑料熔体中引起发泡反应。在物理发泡中，向塑料熔体添加气体或低沸点液体，诸如co2、氮气或丁烷。另外，添加化学物质（所谓的主动成核剂）以形成微孔泡沫结构，所述微孔泡沫结构在热的影响下释放少量气体，所述气体与物理起泡剂结合发泡，使得获得微孔泡沫结构。在压力下借助于泵或其他输运设备向熔化的塑料添加液体或气体物理起泡剂。化学起泡剂和主动成核剂是作为固体存在的化学物质。例如，这些化学物质可以包含偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠、柠檬酸和柠檬酸衍生物。术语活性物质（当此术语涉及例如成核剂等物质时）应理解成意指分裂出气体的物质。特别地，使用术语“主动成核剂”来使得能够相对于被动成核剂进行区分。被动成核剂由大量小粒子组成，在所述小粒子上或者借助于所述小粒子，不发生化学反应。
3.在常规挤出系统中，这些化学物质作为颗粒或粉末添加到优选地在挤出机的喂给区段中的塑料颗粒。颗粒是优选的，因为其产生较少灰尘，并且可以使用重量或体积计量设备更容易地计量。此类颗粒可以包括所谓的母料。母料通常包含按重量计30-70%的化学物质和载体材料，所述载体材料可以例如是蜡或塑料。在上游工艺（例如复合工艺）中生产母料。母料通常以按重量计0.1至4百分比的浓度以颗粒或粉末的形式添加到塑料。只要挤出机中的熔体温度已经达到化学反应所需的反应温度，化学反应便在塑料和母料已经熔化之后在挤出机中发生。
4.已经表明，借助先前描述的化学和物理发泡工艺，无法始终获得令人满意的微孔泡沫。微孔泡沫被理解为具有小于200微米的平均孔大小的泡沫。特别地，在一些情况下，在挤出机的入口区段中添加化学物质已经被证明是不利的。如果挤出工艺包括脱气，则通过化学物质的反应释放的化学物质和/或气体可能逸出。如果要从挤出机中的塑料熔体去除挥发性物质或水分，则提供脱气。脱气部分通过施加真空发生。如果向塑料熔体添加化学发泡或主动成核所需的化学物质，则通过化学物质的反应释放的这些物质或气体也可以通过出于脱气目的提供的脱气开口逸出。
5.如果所期望化学反应因熔体温度太低而并不起始或无法完成，则在挤出机的入口区段中添加化学物质也已经被证明是不利的。当反应温度高于熔体温度时或者当熔体温度仅在短时间段内高于反应温度时，情况尤其如此。低熔体温度的一个原因可能是熔体在较高温度下分解。
6.文档de 3722050 a1公开一种用于生产发泡或可发泡塑料熔体的挤出方法。在此
挤出方法中，可选地使用化学起泡剂、物理起泡剂和主动成核剂（其称为成孔剂）。不在喂给区中而是在附加喂给开口中在下游向第一挤出机添加成孔剂和化学起泡剂。所述添加在第一挤出机的无压力区段中作为颗粒或以粉末发生。此方法具有如下主要缺点：化学物质在挤出机中的停留时间缩短，因为化学物质不是在挤出机的入口区段中添加，而是仅在在挤出机的排出端部附近排出塑料熔体之前不久添加。因此，化学物质在挤出机中的停留时间减少，结果是熔体温度在短时间内可能高于化学物质的反应温度，尤其是因为熔体温度在发泡期间通常朝向挤出机的排出端部再次降低。
7.先前已知的方法也不适于发泡温度敏感的挤出物，其中熔体温度并不对应于化学物质的反应温度，或者仅在不足持续时间内对应于其。如果挤出机的最后一个区段中的熔体温度保持非常高以便尽管在化学物质的停留时间短的情况下也实现化学反应的充分进行，则存在如下风险：热塑料熔体和颗粒或粉末将在接触时立即经历化学反应，并且因此通过化学反应生产的气体可以至少部分经由计量点逸出。
8.另外，以此方式添加颗粒或粉末需要特殊计量螺杆，所述计量螺杆在包含喂给开口的区段中无压力，使得可以添加颗粒和粉末，而无需将塑料熔体从喂给开口挤出来。
9.为了塑料熔体的进一步混合和冷却，根据de 3722050 a1提出将加载有成孔剂和化学起泡剂的塑料熔体喂给到第一台挤出机之后的第二挤出机。理论上，可以设置第二挤出机中的化学物质的反应的最佳条件。然而，在这种修改后，第二挤出机可能不再满足冷却挤出机的功能，借助于冷却挤出机，将塑料熔体的温度降低到发泡工艺的理想温度。另外，如果需要化学物质的充分反应，则使用两个挤出机在工艺技术方面是昂贵且复杂的。


技术实现要素：

10.本发明的目的是提供一种方法，借助于其，甚至在不利工艺条件下也可以通过挤出方法生产微孔泡沫。
11.本发明的目的通过根据权利要求1的方法实现。所述方法的有利变型是权利要求2至15的主题。
12.如果在以下描述中使用术语“例如”，则此术语涉及示例性实施例和/或变型，其不必被理解为本发明的教导的更优选应用。通过参考来自一组实施例和/或变型的示例以类似方式理解术语“优选地”、“优选的”，其不必被理解为本发明的教导的优选应用。因此，术语“例如”、“优选地”或“优选的”可以涉及多个实施例和/或变型。
13.以下具体实施方式包含根据本发明的方法的各种实施例。对特定方法的描述仅被视为是示例性的。在说明书和权利要求书中，术语“包含”、“包括”、“具有”被解释为“包括但不限于”。
14.一种用于生产发泡挤出物的方法包含主熔化设备和辅助熔化设备，在主熔化设备中产生第一熔体，在辅助熔化设备中由可熔起始材料产生第二熔体，所述可熔起始材料包括来自由化学起泡剂、物理起泡剂和主动成核剂组成的组的至少一种反应性添加剂，添加所述至少一种反应性添加剂，或者所述反应性添加剂包含在所述可熔起始材料中，所述可熔起始材料和反应性添加剂在辅助熔化设备中熔化以形成第二熔体，使得在辅助熔化设备中获得包含所述反应性添加剂的含添加剂的第二熔体，将所述含添加剂的第二熔体添加到在主熔化设备中生产的第一熔体。特别地，借助于第二熔体中的反应性添加剂的浓度，可以
在辅助熔化设备中的第二熔体中设置第二熔体温度分布，其独立于主熔化设备的第一熔体的第一熔体温度分布设置。特别地，借助于辅助熔化设备的直径或长度，可以设置第二熔体在辅助熔化设备中的第二停留时间，其可以独立于第一熔体在主熔化设备中的第一停留时间来调整。
15.根据一实施例，主熔化设备被配置为主挤出机。根据一实施例，辅助熔化设备被配置为次挤出机。根据一实施例，辅助熔化设备被配置为单螺杆挤出机。
16.根据一实施例，可熔起始材料经由喂给设备作为粉末或作为颗粒添加到辅助熔化设备。根据一实施例，所述反应性添加剂中的至少一者作为粉末或作为颗粒添加到辅助熔化设备。根据一实施例，包含反应性添加剂的颗粒被配置为母料。根据一实施例，不向母料添加附加可熔起始材料。母料可以特别包含所述反应性添加剂。母料可以包含塑料。母料可以以未稀释形式或附加地与另外塑料颗粒或塑料粉末一起添加到位于辅助熔化设备中的第二熔体。
17.根据一实施例，第二熔体与第一熔体的计量比小于1比10。根据一实施例，所述计量比小于1:20。根据一实施例，所述计量比小于1:50。因此，借助于根据本发明的方法，可以针对熔体的不同体积流量提供对反应性添加剂的加工。因此，通过使用根据本发明的方法，反应性添加剂的并入变得可扩展。
18.根据一实施例，相对于第二熔体的总塑料量，第二熔体的反应性添加剂的总量达到按重量计10%至80%。
19.根据一实施例，可以通过辅助熔化设备的角速度控制反应性添加剂的计量量。特别地，通过主熔化设备的依赖产量的操纵的变量来调节布置在辅助熔化设备中的可旋转输运设备的角速度。所述依赖产量的操纵的变量可以包括布置在主熔化设备中的可旋转主输运机设备的角速度，或者熔体泵的角速度可以调节，所述熔体泵布置在从主熔化设备出来的第一熔体中。
20.根据一实施例，将含添加剂的第二熔体添加到主熔化设备中的第一熔体或主熔化设备的下游的第一熔体。
21.根据一实施例，主熔化设备包含脱气开口，所述含添加剂的第二熔体添加在脱气开口的下游。
22.根据一实施例，所述反应性添加剂的化学反应部分在其被添加到第一熔体之前发生。
23.根据一实施例，辅助熔化设备中的第二熔体或含添加剂的第二熔体的温度至少在辅助熔化设备的一区段中达到超过160摄氏度的值。根据一实施例，辅助熔化设备中的第二熔体或含添加剂的第二熔体的温度至少在辅助熔化设备的一区段中达到180摄氏度以上。根据一实施例，辅助熔化设备中的第二熔体或含添加剂的第二熔体的温度至少在辅助熔化设备的一区段中达到200摄氏度以上。
24.根据一实施例，在第一熔体与含添加剂的第二熔体混合之前，第二熔体或含添加剂的第二熔体的温度高于第一熔体的温度。
25.根据一实施例，由第一混合设备和第一冷却设备组成的组中的至少一个元件布置在主熔化设备的下游。
26.根据一实施例，来自由第二混合设备和第二冷却设备组成的组的至少一个元件布
置在辅助熔化设备与至第一熔体的添加之间，使得可以在含添加剂的第二熔体与第一熔体接触之前混合或冷却所述含添加剂的第二熔体。
27.为了获得反应性添加剂的最佳效果，其必须尽可能完全地反应，并且分裂出的气体和分解产物必须在含添加剂的第二熔体中尽可能均匀地分布。特别地，为了获得化学起泡剂和主动成核剂的最佳效果，其必须尽可能完全地反应，并且分裂出的气体和分解产物必须在含添加剂的第二熔体中尽可能均匀地分布。这通过尽可能长时间地使反应性添加剂暴露至高于反应性添加剂的反应温度的温度来实现。
28.因此，根据一实施例，反应性添加剂例如作为颗粒、作为母料或作为粉末添加到辅助熔化设备的喂给设备中的可熔起始材料。所述反应性添加剂最佳地与可熔起始材料预先混合，并且在辅助熔化设备中具有最大停留时间。另外，反应性添加剂在喂给设备中的添加非常简单。反应性添加剂可以经由适于固体的计量设备与可熔起始材料一起添加。第二熔体通过反应性添加剂被配置为可发泡或发泡第二熔体。
29.根据一实施例，用于生产发泡挤出物的方法还包括物理发泡。根据此实施例，向挤出物添加至少一种物理起泡剂以执行物理发泡，其中所述物理起泡剂可以添加到辅助熔化设备中、主熔化设备中或主熔化设备的下游的含添加剂的第二熔体。
30.化学起泡剂或主动成核剂可以经由吸热或放热反应释放气体。借助吸热反应过程的化学起泡剂和主动成核剂可以包含例如碳酸氢钠、柠檬酸和柠檬酸衍生物。借助放热反应过程的化学起泡剂和主动成核剂可以包含例如偶氮二甲酰胺。
31.可熔起始材料可以包含由塑料和天然物质组成的组的元素。
32.所述方法可以特别用于塑料，例如用于来自由pet、pp、pe、ps、pc、pa、tpe、tpu、abs、pvc组成的组的至少一种塑料。
33.所述方法可以特别用于天然物质，例如用于来自由生物聚合物、木材、植物、木材组份或植物组份组成的组的至少一种天然物质。
34.所述方法还可以用于塑料与天然材料的混合物。
35.根据本发明，呈浓缩形式的来自由化学起泡剂和主动成核剂组成的组的反应性添加剂在充当辅助熔化设备的熔化设备中熔化，并且作为第一熔体中的含起泡剂的熔体（也称为主流）计量加入主熔化设备中。所述主流是在主熔化设备中获得的熔体。以此方式，可以在第一熔体的任何脱气之后计量加入反应性添加剂。可以独立于主熔化设备在辅助熔化设备中设置诸如温度和停留时间等工艺条件。因此，可以经由辅助熔化设备的大小和/或化学物质相对于第二熔体的浓度来调整反应性添加剂的停留时间和潜在反应时间。辅助熔化设备中的温度控制可以独立于主熔化设备中的温度控制发生。因此，可以在任何时间点处维持化学起泡剂和/或主动成核剂的完全反应的理想条件，并且可以防止可能出现的任何推进剂气体的逸出。
附图说明
36.下文借助几个示例性实施例图示根据本发明的方法。其在如下图中示出：图1是根据第一实施例的方法的示意图，图2是根据第二实施例的方法的示意图，图3是根据第三实施例的方法的示意图。
具体实施方式
37.图1示出用于执行根据第一实施例的用于生产发泡挤出物的方法的设备10。设备10包含主熔化设备1和辅助熔化设备2，在主熔化设备1中产生第一熔体11。在辅助熔化设备2中，由可熔起始材料3生产第二熔体12。可熔起始材料3可以呈粉末或颗粒的形式。向可熔起始材料3添加反应性添加剂4。反应性添加剂4可以例如呈粉末、颗粒或母料的形式。母料也可以在无任何另外可熔起始材料3的情况下使用。可熔起始材料3与反应性添加剂4一起在次熔化设备2中熔化以形成第二熔体12，使得在辅助熔化设备2中获得包含反应性添加剂4的含添加剂的第二熔体14，含添加剂的第二熔体14与在主熔化设备1中产生的第一熔体11混合。主熔化设备1也可以装有可熔起始材料5，可熔起始材料5作为固体（例如作为粉末或颗粒）存在。根据一未示出实施例，主熔化设备1被供应有熔体而非固体。
38.例如，主熔化设备1被配置为主挤出机。例如，辅助熔化设备2被配置为次挤出机，特别是配置为单螺杆挤出机。由于简单构造，辅助熔化设备2可以按所述配置作为单螺杆挤出机便宜地获得；另外，辅助熔化设备2可以简单地连接到主熔化设备1或者被改装。
39.根据一实施例，反应性添加剂4中的至少一者作为粉末或颗粒添加到辅助熔化设备2。反应性添加剂4能够已经添加到喂给设备16中的可熔起始材料3。如果借助于辅助熔化设备2加工母料，则反应性添加剂4可以包含在母料中。
40.根据一实施例，第二熔体12相对于第一熔体11的计量比小于1比10。根据一实施例，所述计量比小于1:20。根据一实施例，所述计量比小于1:50。
41.根据图1中示出的实施例，向主熔化设备1中的第一熔体11添加含添加剂的第二熔体14。特别地，反应性添加剂4的化学反应可以部分在辅助熔化设备2中发生。特别地，含添加剂的第二熔体14至少在辅助熔化设备2的一区段中可以达到高于160摄氏度的温度。根据一实施例，含添加剂的第二熔体14至少在辅助熔化设备2的一区段中可以达到高于180摄氏度的温度。根据一实施例，含添加剂的第二熔体14至少在辅助熔化设备2的一区段中可以达到高于200摄氏度的温度。在第一熔体11与第二熔体12或含添加剂的第二熔体14混合之前，含添加剂的第二熔体14的温度可以高于第一熔体11的温度。
42.根据本实施例，可选第一混合设备7布置在主熔化设备1的下游。可选地，第一冷却设备9附加地布置在主熔化设备1的下游。第一冷却设备9通过图3中的示例示出。
43.根据图1中所示的实施例，可选第二混合设备8和可选第二冷却设备19布置在辅助熔化设备2的下游，使得可以在使含添加剂的第二熔体与第一熔体11接触之前混合或冷却所述含添加剂的第二熔体。
44.图2示出用于执行根据第二实施例的用于生产发泡挤出物的方法的设备20。与图1中相同的附图标记用于相同或具有相同效果的元件。
45.设备20包含主熔化设备1和辅助熔化设备2，在主熔化设备1中产生第一熔体11。在辅助熔化设备2中，由可熔起始材料3生产第二熔体12，可熔起始材料3例如作为粉末或颗粒存在。向可熔起始材料3添加反应性添加剂4，或者反应性添加剂4已经包含在可熔起始材料3中。可熔起始材料3与添加剂4一起在辅助熔化设备2中熔化以形成第二熔体12，使得在辅助熔化设备2中，获得包含反应性添加剂4的含添加剂的第二熔体14，含添加剂的第二熔体14与在主熔化设备1中产生的第一熔体11混合。主熔化设备1也可以装有可熔起始材料5，可熔起始材料5作为固体，特别是作为粉末或颗粒存在。根据一未示出实施例，主熔化设备1可
以被供应有熔体而非固体。
46.根据一实施例，辅助熔化设备2被配置为次挤出机，特别是配置为单螺杆挤出机。由于简单构造，因此辅助熔化设备2可以按所述配置作为单螺杆挤出机便宜地获得；另外，此辅助熔化设备2可以简单地连接到现有主熔化设备1或者被改装。
47.根据一实施例，至少反应性添加剂4作为粉末、作为颗粒或作为母料添加到辅助熔化设备2。反应性添加剂4可能已经添加到喂给设备16中的可熔起始材料3。如果借助于辅助熔化设备2加工母料，则反应性添加剂4可以包含在母料中。
48.根据一实施例，第二熔体12相对于第一熔体11的计量比小于1比10。根据一实施例，所述计量比小于1:20。根据一实施例，所述计量比小于1:50。
49.特别地，反应性添加剂4的化学反应可以部分在辅助熔化设备2中发生。特别地，含添加剂的第二熔体14至少在辅助熔化设备2的一区段中可以达到高于160摄氏度的温度。根据一实施例，含添加剂的第二熔体14至少在辅助熔化设备2的一区段中可以达到高于180摄氏度的温度。根据一实施例，含添加剂的第二熔体14至少在辅助熔化设备2的一区段中可以达到高于200摄氏度的温度。在第一熔体11与第二熔体12或含添加剂的第二熔体14混合之前，含添加剂的第二熔体14的温度可以高于第一熔体11的温度。
50.根据图2中示出的实施例，将含添加剂的第二熔体14添加到主熔化设备1的下游的第一熔体11。根据此实施例，主熔化设备1包含脱气开口13，包含反应性添加剂4的含添加剂的第二熔体14添加在脱气开口13的下游。根据此实施例，含添加剂的第二熔体14添加在主熔化设备1的出口端15的下游，例如在导管6中。
51.根据一实施例（未示出），含添加剂的第二熔体14也可以添加到主熔化设备1的位于脱气开口与出口端15之间的区段。如在第一实施例中，可以提供混合设备7、8或冷却设备9。混合设备和/或冷却设备可以跟在主熔化设备之后。
52.图3示出用于执行根据第三实施例的用于生产发泡挤出物的方法的设备10。设备10包含主熔化设备1和辅助熔化设备2，在主熔化设备1中产生第一熔体11。在辅助熔化设备2中，由可熔起始材料3生产第二熔体12。所述可熔起始材料可以呈粉末或颗粒的形式。向可熔起始材料3添加反应性添加剂4。反应性添加剂4可以例如呈粉末、颗粒或母料的形式。母料也可以在无任何另外可熔起始材料3的情况下使用。塑料3与反应性添加剂4和物理起泡剂17一起在辅助熔化设备2中熔化以形成第二熔体12，使得在辅助熔化设备2中获得包含反应性添加剂4和物理起泡剂17的含添加剂的第二熔体14，其中在主熔化设备1中产生的第一熔体11与其混合。主熔化设备1也可以装有可熔起始材料5，可熔起始材料5作为固体（例如作为粉末或颗粒）存在。根据一未示出实施例，主熔化设备1被供应有熔体而非固体。
53.例如，主熔化设备1被配置为主挤出机。例如，辅助熔化设备2被配置为次挤出机，特别是配置为单螺杆挤出机。由于简单构造，辅助熔化设备2可以按所述配置作为单螺杆挤出机便宜地获得；另外，辅助熔化设备2可以简单地连接到主熔化设备1或者被改装。
54.根据一实施例，反应性添加剂4中的至少一者作为粉末或颗粒添加到辅助熔化设备2。反应性添加剂4能够已经添加到喂给设备16中的可熔起始材料3。如果借助于辅助熔化设备2加工母料，则反应性添加剂4可以包含在母料中。
55.根据一实施例，第二熔体12相对于第一熔体11的计量比小于1比10。根据一实施例，所述计量比小于1:20。根据一实施例，所述计量比小于1:50。
56.根据图3中示出的实施例，向主熔化设备1中的第一熔体11添加含添加剂的第二熔体14。特别地，反应性添加剂4的化学反应可以部分在辅助熔化设备2中发生。特别地，含添加剂的第二熔体14至少在辅助熔化设备2的一区段中可以达到高于160摄氏度的温度。根据一实施例，含添加剂的第二熔体14至少在辅助熔化设备2的一区段中可以达到高于180摄氏度的温度。根据一实施例，含添加剂的第二熔体14至少在辅助熔化设备2的一区段中可以达到高于200摄氏度的温度。在第一熔体11与第二熔体12或含添加剂的第二熔体14混合之前，含添加剂的第二熔体14的温度可以高于第一熔体11的温度。
57.根据本实施例，可选第一冷却设备9布置在主熔化设备1的下游。另外，如在图1中，可以提供第一混合设备7，其未示出在附图中。另外，如在图1中示出的实施例中，可选第二混合设备8和可选第二冷却设备19可以布置在辅助熔化设备2与主熔化设备1之间，使得可以在使含添加剂的第二熔体14与第一熔体11接触之前混合或冷却含添加剂的第二熔体14。
58.替代地，根据一未示出实施例，物理起泡剂可以计量加入主熔化设备1中或主熔化设备1的下游的第一熔体。
59.对于本领域技术人员显然的是，在不背离本发明概念的情况下，除所描述实施例以外，许多另外变型也是可能的。因此，本发明的主题不受前述描述的限制，并且由通过权利要求限定的保护范围确定。对权利要求的最广泛可能阅读对于权利要求或说明书的解释是权威的。特别地，术语“包含”或“包括”应解释为使得他们以非排他意义涉及元件、部件或步骤（其旨在指示可以存在或者使用所述元件、部件或步骤），他们可以与未明确提及的其他元件、部件或步骤组合使用。当权利要求涉及来自可以由a、b、c至n元件或部件组成的组的元件或部件时，此表达方式应该解释为使得仅需要所述组中的单个元件，而非a与n、b与n的组合，或此组中的两个或更多个元件或部件的任何组合。