DE2444420A1 - Konstruktionsmaterial sowie verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

• Konstruktionsmaterial sowie Verfahren zu seiner Herstellung (Zusatz zu Patent (P 24 02 976.3-43)) Die Erfindung bezieht sich auf ein Eonstruktionsmaterial aus einer Mischung, welche als Komponenten thermoplastische Kunststoffe und mindestens einen Füllstoff mineralischer und/oder organischer Art enthält, sowie auf Verfahren zur Herstellung des Konstruktionsmaterials (Zusatz zu Patent (P 24 02 976.3-43)).
• Abfallprodukte aller Art fallen in immer größerem Ausmaße an.
• Dies gilt insbesondere für Kunststoffabfälle wie beispielsweise Wegwerfflaschen, Kunststoffbeutel, Verpackungsfolien. Versuche, diese Kunststoffabfälle in großem Maßstab wieder verwenden zu können, sind bisher unter anderem daran gescheitert, daß die Trennung unterschiedlicher Kunststoffabfälle große Schwierigkeiten macht und das Wiederaufschmelzen der Kunststoffabfälle in der Regel zu einem Abbau der Moleküle und zu einer starken Verschlechterung der Eigenschaften der Kunststoffe führt. Bei Abfällen aus wärmeaushärtenden Kunststoffen ist ein Wiederaufschmelzen ohnehin nicht durchführbar, so daß eine Regenerierung hier bisher nicht vorgenommen werden konnte.
• Man hat bisher weiterverarbeitbaren, insbesondere thermoplastischen Kunststoffen Füllstoffe, beispielsweise Farbstoffe, in einem geringen Anteil beigemengt, um Färbungen oder einen besonderen Glanz zu erreichen. Dabei handelt es sich jedoch um Beimengungen von Füllstoffen in geringer Menge zu frisch hergestellten Kunststoffen, so daß auf diese Weise Kunstatoffabfälle nicht weiterverarbeitet werden können. Der Füllstoffanteil, der zugemengt werden kann, ist bei diesen bekannten Kunst stoffen gering.
• Es ist ein Konstruktionsmaterial vorgeschlagen worden (Patent (P 24 02 976.3-43)), welches aus einer Mischung besteht, die als Komponente thermoplastische Kunststoffe und mindestens einen Füllstoff mineralischer und/oder organischer Art enthält. Der Büllstoffanteil beträgt bei diesem Konstruktionsmaterial mehr als 50 Gewichtsprozent. Als Thermoplaste für die Eunststoffkomponente sind Kunststoffabfälle, beispielsweise Polyäthylen, Polystyrol oder Polyamide, die vor der Beimengung gegebenenfalls auch zerkleinert werden können, geeignet. Bei einer vorteilhaften Ausbildung dieses Konstruktionsmaterials werden die Füllstoffe, beispielsweise Holzabfälle wie Holzspäne, vor der Vermischung mit der Kunststoffkomponente mit einem Überzugsmat erial vermischt, wobei die einzelnen Abfallteilchen jeweils mit einem Überzug aus dem Uberzugsmaterial überzogen werden. Als tberzugsmittel werden in dem Patent (P 24 02 976.3-43) Wachse aus einem Polyäthylen niederen Holekulargewichts, Kunstharze und noch polymere guter Fluidität (niederer Viskosität bei erhöhter Temperatur Xhermofluide)vorgeschlagen.Durch den Überzug, der auch in die Poren der Füllstoffteilchen eindringt, wird eine Erhöhung der Dichte der Füllstoffteilchen erreicht. Außerdem wird auf diese Weise die Affinität der Füllstoffteilchen zu der Kunststoffkomponente stark erhöht, so daß die Füllstoffteilchen sich dann besonders gut mit der Kunststoffkomponente verbinden. Auf diese Weise wird die Kohäsion aller Bestandteil der Mischung, die das Konstruktionamaterial bildet, stark erhöht und es werden Materialeigenschaften, wie mechanische Beanspruchbarkeit, Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse, Feuchtigkeitsaufnahme vorbessert.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Eonstruktionsmaterial der eingangs erläuterten Art, welches kostengünstig und für viele Einsatzgebiete geeignet ist und welches großenteils aus Abfallprodukten bestehen kann, zu schaffen, das besonders wärmebeständig ist, und weiter ein Verfahren zur Herstellung des Konstruktionsmaterials zu schaften.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bezüglich des Konstruktionsmaterials dadurch gelöst, daß der Füllstoff eine Umhüllung aus Silikatmaterial aufweist.
• Das erfindungsgemäße Material hat wesentliche Vorteile. Es besteht aus einer Kunststoffkomponente aus einem oder mehreren thermoplastischen Kunststoffen und einer Füllstoffkomponente aus einem oder mehreren Füllstoffen. Die Füllstoffe können sowohl mineralischer Art sein als auch organischer Art, wobei als organische Füllstoffe sowohl solche pflanzlicher Provenienz als auch organische Kunststoffe, beispielsweise zerkleinerte Duroplastmaterialien, Verwendung finden können. Diese Füllstoffe können Abfallmaterialien sein, die zu sehr geringen Kosten erhältlich sind und ansonsten keiner sinnvollen Verwendung zugeführt werden können. Besonders vorteilhaft können als Füllstoffe Holzabfälle wie Holzspäne, Holzmehl, Holzfasern verwendet werden. Bei dem erfindungsgemäßen Material werden die Füllstoffe, bevor sie mit den Thermoplasten vermischt werden, mit einem Überzug aus Silikatmaterial versehen. Durch diesen Überzug sind die einzelnen Füllstoffteilchen bei der weiteren Verarbeitung sehr viel leichter zu handhaben, sie sind sehr trocken und sie sind mit einem harten widerstandsfähigen Überzug versehen. Weiterhin weisen die überzogenen Füllstoffteilchen ein sehr viel geringeres Schüttvolumen auf als in unüberzogenem Zustand und sie sind gegen Feuchtigkeitseinflüsse geschützt. Die mit Silikat überzogenen Füllstoffe stellen, wenn sie mit der Kunststoffkomponente vermischt sind, ein quasi homogenes Material dar, das bei Raumtemperatur eine feste Masse ist, deren Charakter und Eigenschaften einerseits durch die Kunststoffkomponente, andererseits auch durch die Füllstoff komponente bestimmt werden. Dabei werden durch die Umhüllung der Füllstoffe mit Silikat die Eigenschaften des Materials wesentlich verbessert, insbesondere die Verarbeitungseigenschaften und die Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse. Durch die Verwendung von Abfallstoffen als Füllstoffe ergibt sich die Möglichkeit, unbrauchbare und unästhetische Abfälle, sowie weggeworfene Eunstsboffabfälle Fnederzuverwenden, wobei einerseits ein möglicher Beitrag zur Umweltverbesserung geleistet wird oder andererseits ein sehr kostengunstiges Konstruktionsinaterial erhalten wird, das sich mit den üblichen Bearbeitungsmethoden wie Pressen, Extrudieren, spanabhebende Bearbeitung, bearbeiten und auf vielen Gebieten einsetzen läßt.
• Als Überzugamaterial zum überziehen der Füllstoffe kommen sowohl stark alkalische Silikate mit einem pH-Wert von mehr als 10,5 als auch schwach alkalische Silikate, beispielsweise ein schwach alkalisches Natriumsilikat, das auch als ItneutralesI Natriumsilikat bezeichnet wird, in Frage.
• Mit Vorteil ist das Konstruktionsmaterial gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß das Silikatmaterial Natriumsilikat ist. Natriumsilikat ist insbesondere als Uberzugsmittel geeignet, wenn als Füllstoffe Holzabfälle verwendet werden. Die auf diese Weise behandelten Holzabfälle lassen sich besonders gut mit thermoplastischen Kunststoffen zu einem erfindungsgemäßen Sonstruktionsmaterial vermischen. Darüber hinaus macht Natriumsilikat die Herstellung des erfindungsgemäßen KonstruktionsmateriaIs besonders kostensparend und wirtschaftlich.
• Eine vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Konstruktionsmaterials wird dadurch erreicht, daß der Füllstoff aus mindestens einem der folgenden Materialen besteht: Holzspäne, Holzmehl, Asbeststaub, Asbestfasern, Torf, Schwefel, Kieselerde, Sand, Graphit, Metallspäne, Asche von Müllverbrennungsanlagen, Abfälle aus wärmeaushärtenden Kunststoffen. Bei dieser Ausbildung des erfindungsgemäßen Konstruktionsmaterials besteht die Füllstoffkomponente aus Materialien, die in großem Umfang als Abfallmaterialien bei Fertigungsprozessen anfallen oder als relativ preisgünstige Naturprodukte erhältlich sind. Je nach der Art des verwendeten Füllstoffs erhält das erfindungsgemäße Sonstruktionsmaterial einen durch den jeweiligen Füllstoff beeinflußten Charakter. Besonders günstige Eigenschaften ergeben sich bei dem erfindungsgemäßen Konstruktionsmaterial bei der Verwendung von Holzabfällen.
• Wenn bei einem erfindungsgemäßen Konstruktionsmaterial Holzspäne oder Holzmehl, das in der erfindungsgemäßen Weise mit Silikatmaterial umhüllt worden ist, verwendet werden, ergibt sich eine Verbesserung der Härte von erfindungsgemäßen Konstruktionsmaterialien, die aus Mischungen bestehen, die mehrere unterschiedliche Polymere enthalten. Darüber hinaus führt die Umhüllung der Holzspäne und des Holzmehls mit Silikatmaterial gleicherweise zu einer größeren Härte des erhaltenen Konstruktionsmaterials selbst dann, wenn der Kunststoffanteil des Konstruktionsmaterials nur einen selbst relativ weichen Kunststoff, wie beispielsweise iederdruckpolyäthylen (Polyäthylen von einer Dichte 0,92) enthält. Die Verwendung von silikatmaterialumhüllter Holzspänen oder Holzmehl führt somit in Verbindung mit den unterschiedlichsten Kunststoffkomponenten~und sogar relativ weichen Kunststoffkomponenten zu harten erfindungsgemäßen Konstruktionsmaterialien.
• Eine günstige Ausbildung des erfindungsgemäßen Konstruktionsmaterials ist auch dadurch gegeben, daß die thermoplastischen Kunststoffe aus einem oder mehreren der folgenden Materialien bestehen: Frisch erzeugte Kunststoffe, Kunststoffe zweiter Wahl, wiedergewonnene Kunststoffe, Kunststoffabfälle, weggeworfene Verpackungen wie Flaschen, Säcke, Beutel, gebrauchte Autoreifen, gebrauchte Elastomerteile, alte Teppiche und überzüge. Bei dieser Ausbildung des erfindungsgemäßen Konstruktionsmaterials kann die Kunststoffkomponente weitgehend aus Abfallkunststoffen gebildet sein. Soweit die Abfallkunststoffe aus alten Eunststoffteilen gewonnen werden, sind diese vorteilhafterweise soweit zu zerkleinern, beispielsweise zu zerschneiden oder zu zerhacken oder zu zermahlen, daß sich ein teilchenförmiger Kunststoff ergibt.
• Eine sehr vorteilhafte Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Konstruktionsmaterials wird auch dadurch erreicht, daß die aus thermoplastischen Kunststoffen bestehende Komponente der Mischung Polyäthylen niedriger Dichte (hoher Fluidität), weitere Thermoplaste guter Fluidität, z.B. Polyamide und außerdem thermoplastische Kunststoffe beliebiger Zusammensetzung enthält. Diese Zusammensetzung der Uhermoplastkomponente des Eonstruktionsmaterials ist von Vorteil, wenn eine Anzahl unterschiedlicher thermoplastischer Kunststoffe, insbesondere Abfallkunststoffe, in der Komponente verwendet werden sollen. Derartige unterschiedliche Kunststoffe haben sehr unterschiedliche Erweichungs temperaturbereiche. Zur Vermengung der Kunststoffe ist es erforderlich, sie in den plastischen oder flüssigen Zustand überzuführen und so zu vermischen und unter Druck zu verbinden.
• Wenn dabei alle eingebrachten Kunststoffe erweicht werden sollen, muß die Erwärmung bis zum Erweichungsbereich der höchstschmelzenden Kunststoffanteile getrieben werden. Dies kann jedoch zu einer teilweisen Zerstörung der niedriger schmelzenden Kunststoffanteile führen. Bei der vorstehend angegebenen Zusammensetzung der hermoplastkomponente bewirken jedoch das Polyäthylen niedriger Viskositat und gegebenenfalls weitere Thermoplaste guter Fluidität, die bei einer Erwärmung praktisch flüssig werden, daß die bei der Verflüssigung dieser Thermoplastanteile noch nicht verflüssigten Anteile von den verflüssigten Thermoplasten mit einem Mantel umschlossen werden. Auf diese Weise können auch höher schmelzende Kunststoffanteile, beispielsweise Kunststoffabfälle anderer Zusammensetzung eingebunden und zu einer quasi homogenen Mischung mit den übrigen verflüssigten Sunststoffanteilen vermengt werden. Dabei kann je nach den geamnschten chemischen oder physikalischen Eigenschaften der Anteil an beliebigen anderen Kunststoffen und das Anteilverhältnis an Polyäthylenen und anderen Thermoplasten guter Fluidität variiert werden. Die Vermengung dieser Kunststoffanteile mit den mit Silikaten überzogenen Füllstoffen ergibt keine Probleme, da die Füllstoffe durch den Silikatüberzug auch wärmebeständiger gemacht wurden und somit durch die Verarbeitungstemperaturen, bei denen die Kunststoffe verflüssigt werden, nicht zerstört werden.
• Eine besonders günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Konstruktionsmaterials ist dadurch gegeben, daß das Material, in Relation der einzelnen Stoffe zueinander, in Gewichtsprozent enthält: 40 - 60 96 Holzabfälle (Späne, Fasern, Mehl) 2 - 12 96 Silikate zur Vorbehandlung der Holzabfälle, 20 - 30 96 Kunststoffe beliebiger Zusammensetzung, 10 - 15 96 Polystyrole, 10 - 15 96 Polyäthylene.
• Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Konstruktionsmaterials ergibt sich ein in seinem Charakter holzähnliches Material, das jedoch sehr viel härter und widerstandsfähiger als Holz ist und in üblichen Verformungsverfahren z.B. zu Form stücken verpreßt werden kann und sich auch spanabhebend bearbeiten läßt.
• Günstige Ausbildungen des erfindungsgemäßen Konstruktionsmaterials werden auch dadurch erreicht, daß als Silikat ein Natriumsilikat von 38/40 ° Beaume eingesetzt wird, oder das als Silikat ein Natriumsilikat von 450 Beaume eingesetzt wird, oder daß als Silikat ein Natriumsilikat von 48/600 Beaume eingesetzt wird.
• Mit Vorteil ist das Verfahren zur Herstellung des Konstruktionsmaterials gemäß der Erfindung so ausgestaltet, daß die Füllstoffe vor der Vermischung mit der Kunststoffkomponente einem Vormischer zugeführt werden und dort mit dem oder den ebenfalls dem Vormischer zugeführten Silikaten erwärmt, vermischt und überzogen werden. Auf diese Weise wird bewirkt, daß die Füllstoffteilchen an ihrer Oberfläche mit dem Silikat-Uberzugsmittel eingehüllt werden. Das Silikat kann dabei je nach Beschaffenheit der Füllstoffe unter Umständen auch in Poren der Füllstoffteilchen eindringen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn Holzabfälle als Füllstoffe verwendet werden. Durch den ueberzug ergibt sich eine Erhöhung der Dichte der Füllstoffteilchen.
• Die Teilchen sind dann sehr viel einfacher zu handhaben, sie sind sehr trocken und sie weisen einen sehr harten überzug auf. Weiterhin haben die Teilchen dann ein sehr viel geringeres Schüttvolumen als im nicht überzogenen Zustand und sie sind gegen Feuchtigkeit geschützt. Die Teilchen verbinden sich dann auch sehr gut mit den Anteilen der Kunststoffkomponente des Materials. Das Verfahren des Überziehens der Füllstoffe mit einem Überzug vor dem Vermischen der Füllstoffe mit der Thermoplastkunststoffkomponente im Mischer wird im weiteren mit "Uberziehverfahren" (prefilmage) bezeichnet werden.
• Günstigerweise ist das Verfahren so ausgestaltet, daß das Durchmischen und Überziehen im Vormischer bei einer Temperatur von 70 bis 1000C erfolgt.
• Eine andere günstige Ausgestaltung ist dadurch gegeben, daß das Durchmischen und Überziehen im Vormischer im Vakuum erfolgt.
• Auf diese Weise werden aggresive Gase, die bei der Erwärmung der Silikate entstehen, aus dem Mischer herausgesaugt und können diesen nicht angreifen. Außerdem ergibt sich eine bessere Verbindung der Silikate mit den Füllstoffen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Vorteil so ausgestattet sein, daß als Überzugsmaterial ein Natriumsilikat von 50/600 Beaumé verwendet wird, und daß das Vermischen mit dem Füllstoff in einem Mischer in großer Drehzahl erfolgt. Ein Natriumsilikat von 50/600 Beaum ist sehr zäh und es ist daher erforderlich, die aus Füllstoffen, insbesondere Holzspänen,und Natriumsilikat bestehende Mischung im Vakuum auf eine Temperatur zwischen 70 und 1000C zu erwärmen und bei großer Drehzahl zu vermischen, um ein zufriedenstellendes Überziehen der Holzteilchen mit den Silikaten zu erreichen.
• Efne andere günstige Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gegeben, daß als Überzugsmaterial ein Natriumsilikat von 30/40o Beaume oder von 450 Beaumé verwendet wird, und daß das Vermischen mit den Füllstoffen bei einer Temperatur von etwa 700 C in einem Mischer mit großer Drehzahl erfolgt. Natriumsilikate von 38/40° Beaume bzw. 450 Beaume sind weniger zäh als die vorher diskutierten Natriumsilikate, so daß es in diesem Falle nicht erforderlich ist, das Gemisch aus Füllstoffen, insbesondere Holzspänen, und Silikat beim Überziehen auf Temperaturen über 70 0C zu erwärmen, sondern esreicht aus, die Mischung bei etwa 700C im schnellroutierenden Mischer unter Vakuum zu vermischen, um ein zufriedenstellendes Überziehen der Holzteilchen zu erreichen.
• Durch das Überziehen der Füllstoffe, insbesondere von Holzteilchen, wie Holzspänen oder Holzmehl, mit Nattiumsilikat in den vorbeschriebenen Verfahrensarten ist es möglich, ein erfindungsgemäßes Konstruktionsmaterial durch Vermischen der Eunststoffkomponente mit dem überzogenen Füllstoff bei erhöhter Temperatur in etwa der halben Zeit herzustellen, die erforderlich wäre, um ein Material, das eine Mischung der Kunststoffkomponente mit nicht überzogenen Füllstoffen darstellt, zu erhalten. Die Verwendung der mit Silikaten überzogenen Füllstoffe reduziert somit die erforderliche Erwärmungszeit zur Erzielung der endgültigen aus einer Mischung von Kunststoffkomponente und überzogenen Füllstoffen bestehenden weiterverarbeitbaren Paste.
• Darüber hinaus sind die Fiillstoffteilchen, insbesondere Holzteilchen, durch den Überzug durch die Verkürzung der Erwärmungszeit in ihren Eigenschaften nicht beeinträchtigt, was zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Konstruktionsmaterials gegenüber anderen Konstruktionsmaterialien führt. Die Herstellung des erfindungsgemäßen Konstruktionsmaterials kann dabei so erfolgen, daß die die Eunststoffkomponente darstellenden Thermoplaste und die im vorher beschriebenen Verfahren mit Silikaten überzogenen Füllstoffe in entsprechender Dosierung in einen Mischer eingebracht und dort auf eine bestimmte Temperatur erwärmt und durchmischt werden, bis eine quasi homogene Masse entsteht, und daß die Masse dann aus dem Mischer ausgetragen und gegebenenfalls weiteren Verarbeitungaschritten unterworfen wird. Bei diesem Verfahren werden somit, falls die Kunststoffkomponente aus mehreren unterschiedlichen Kunststoffen zusammengesetzt ist, diese zunächst anteilsmäßig dosiert und gemischt und dann ein der gesamten Zusammensetzung angepaßter Anteil der Kunststoffmischung abgemessen und einem Mischer zugeführt. In dem Mischer wird die Kunststoffmischung erwärmt und zwar so weit, daß eine pastöse Masse entsteht, in der die einzelnen Kunststoffanteile untereinander zu einer quasi homogenen Mischung vermengt werden. In den Mischer werden außerdem die eine weitere Komponente der Gesamtmischung bildenden überzogenen Füllstoffe in entsprechend abgemessenen Anteilen eingebracht. Dabei werden die Füllstoffe vor der Einbringung in den Mischer Vorbehandlungsverfahren,insbesondere den vorher diskutierten Überzugsverfahren unterworfen.
• Die überzogenen Füllstoffe werden in dem Mischer ebenfalls erwärmt und mit der Kunststoffkomponente zu einer pastösen Masse vermengt. Diese pastöse Masse wird dann aus dem Mischer ausgetragen und kann gegebenenfalls weiterverarbeitet werden. Hierzu bieten sich beispielsweise übliche Weiterverarbeitungsverfahren wie Extrudieren, Strangpressen, Kalandrieren, Pressen und Granulieren nach dem Erkalten an. Bei dem Verfahren können die überzogenen Füllstoffe unter Umständen gleichzeitig mit der Kunststoffkomponente in den Mischer eingebracht und dort erwärmt und vermengt werden, in vielen Fällen ist es jedoch vorteilhaft, zunächst die Kunststoffkomponente in den Mischer einzubringen, zu erwärmen und zu einer pastösen Masse zu vermischen, bevor dann die überzogenen Füllstoffe eingegeben werden. Bei einer es mqgiich, es mog ich solchen Arbeitsweise ist/zunächst eine geeignete Vermengung der Kunststoffanteile untereinander, und zwar gegebenenfalls bei Temperaturen, bei denen nur einige Anteile aufgeschmolzen sind, die höchstschmelzenden Anteile jedoch noch fest sind, zu bewerkstelligen und dann die überzogenen Füllstoffe beizumengen.
• Dabei werden die überzogenen Füllstoffe dann nicht über lange Zeit einer hohen, zum Auf schmelzen von Kunststoffanteilen erforderlichen Temperatur ausgesetzt, sondern können durch ihre Beimengung, falls sie nicht vorerwärmt sind, eine Abkühlung der gesamten Masse bewirken, durch die weiter dazu beigetragen wird, daß die überzogenen Füllstoffe nicht durch Wärme zersetzt oder beschädigt werden. Dabei ist allerdings dafür Sorge zu tragen, daß die Gesamtmischung im Mischer stets auf einer Temperatur bleibt, die so hoch ist, daß die Masse pastös bleibt.
• Die pastöse Endmasse wird dann aus dem Mischer ausgetragen und weiterverarbeitet.
• Zur weiteren Erläuterung werden im folgenden Beispiele von erfindungsgemäßen Konstruktionsmaterialien und deren Herstellung beschrieben.
• Beispiel 1 Konstruktionsmaterial unter Verwendung von Holz spänen als Füll-Stoff.
• Dieses Kunststoffmaterial hat folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent: Holzschnitzel 40 - 60 96 Silikate zum überziehen der Holzschnitzel 2 bis 12 96 Thermoplastische Kunststoffe beliebiger Zusammensetzung 20 - 30 96 Polystyrole 10 - 15 96 Polyäthylene 10 - 15 96.
• Die Holzschnitzel werden zunächst mit dem schwach alkalinen, manchmal als "neutral" bezeichneten Natriumsilikat von 38/400 Beaume vermischt. Diese Vermischung erfolgt bei einer Temperatur von etwa 700C, wobei 5 - 20 Gew.-96 des Nätriumsilikats in bezug auf das Gewicht der Holzschnitzel mit dem Holz vermischt werden.
• Die Vermischung erfolgt in einem mit hoher Drehzahl drehenden Mischer unter Vakuum. Die Holzschnitzel werden auf diese Weise mit dem Natriumsilikat überzogen. Nach diesem Uberzugsverfahrensschritt werden die vorbehandelten Holzteilchen mit der eigentlichen Kunststoffkomponente, die aus Thermoplasten beliebiger Zusammensetzung, weiter aus Polystyrol und Polyäthylen besteht, im eigentlichen Mischer vermischt und gehen mit dem Kunststoff eine ausgezeichnete Bindung ein. Es entsteht nach kurzer Mischzeit in quasi homogenes Material, bei dem keine separaten Eunststoffteilchen mit dem Auge mehr festgestellt werden können. Da die Holzteilchen immer eine geringe Feuchtigkeit beinhalten, muß der Mischvorgang im Mischer unter einem Vakuum stattfinden, um die entstehenden Dämpfe absaugen zu können. Die fertige pastöse Mischung kann dann aus dem Mischer ausgetragen und weiterverarbeitet werden.
• Die weitere Verarbeitung kann mit üblichen Verarbeitungsverfahren, beispielsweise Walzen, Extrudieren, Spritzgießen, Pressen erfolgen. Die Umformung des Materials erfolgt, wenn dieses bei erhohter Temperatur eine pastöse Konsistenz hat. Da die Umformung unter geringen Drücken erfolgen kann, ergeben sich sehr leichte, einfachs und kostengünstige Verarbeitungseinrichtungen und Maschinen.
• Beispiel 2 Kunststoffmaterial mit Holz als Füllstoff.
• Dieses Material hat die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent: Holzabfälle (Holzschnitzel, Hohlmehl) 40 - 60 % Natriumsilikat von 38/400 Beaume oder von 450 Beaume 2 - 12 96 Thermoplaste beliebiger Zusammensetzung 20 - 30 96 Polystyrole 10 - 15 96 Polyäthylene 10 - 15 96.
• Bei diesem Beispiel n.mrd ein Konstruktionsmaterial in analoger Weise hergestellt, wie dies vorstehend beim Beispiel 1 bereits beschrieben wurde. Nachdem jedoch Natriumsilikat von 38/400 Beaume bzw. 450 Beaume weniger zäh ist als das im Beispiel 1 verwendete Natriumsilikat von 58/600 Beaume,kann das überziehen der Holzteilchen bei einer Temperatur von ca. 7000 erfolgen und es ist nicht erforderlich, höhere Temperaturen anzuwenden. Im übrigen ist das Vorgehen das gleiche wie in Beispiel 1 und auch die entstehende pastöse Masse kann die bekannten Verarbeitungsverfahren, beispielsweise Spritzgießen, Pressen, Extrudieren, zu Formkörpern weiterverarbeitet werden.
• Versuche haben gezeigt, daß das erfindungsgemäße Eonstruktionsmaterial, dessen Zusammensetzung und erstellung im Vorstehenden erörtert wurden, eine Anzahl günstiger Eigenschaften aufweist, die zeigen, daß es sich dabei um ein völlig neues Material handelt. Im folgenden werden die wesentlichen Eigenschaften angeführt: Das erfindungsgemäß e Konstruktionsat erial kann mit geringer Kraft anwendung bzw. geringem Druck durch Pressen oder durch SpritztuS geformt werden (ca. von einigen kg bis 30 kg/cm2).
• Infolge der Steifigkeit des Materials nach dem Verpressen oder nach dem Spritzgießen ist es nicht notwendig, die hergestellten Formkörper vor dem Ausformen abzukühlen. Ganz allgemein ist die Steifigkeit des Materials, welcher Umformungsproezß auch immer angewandt wird (Beschichten, Walzen Extrudierens Strangpressen) ausgezeichnet und es ist nicht notwendig, irgendwelche besondere Vorsichtsmaßnahmen zur Handhabung vorzusehen.
• Die Schwindung ist Null oder sehr gering, woraus sich folgende grundsätzlIchen Konsequenzen ergeben: Da die Umformung unter geringen Drücken erfolgen kann, ergeben sich sehr leichte, einfache und kostengünstige Verarbeitungseinrichtungen und Maschinen.
• Geringbelastbare Formen, beispielsweise aus Gips oder aus Holz, können eingesetzt werden Es ergeben sich sehr reduzierte Abkühlungszeiten von der Größenordnung von wenigen Sekunden, welche um ca. 50 96 niedriger sind als die Abkühlungszeiten bei üblichen Kunststoffen, wodurch sich eine Vermehrung der Arbeitszyklen erreichen läßt.
• Es besteht die Möglichkeit, sehr unterschiedliche Wandstärken in ein und demselben Formstück vorzusehen.
• Andere Eigenschaften, die sich in den Versuchen gezeigt haben,sind Möglichkeit der Einbettung von Teilen, beispielsweise im Preßverfahren.
• Möglichkeiten der Einbettung von metalischen Bewhrungen analog denen, die zur Betonbewehrung vorgesehen werden oder vom Bienenwachstyp.
• Möglichkeit, eine Umhüllung mittels eines Pulvers oder mittels kleiner Teilchen, die in die Oberfläche eindringen, vorzunehmen.
• Die Möglichkeit, das Material unter Wärmeanwendung zu plattieren.
• Eine große Formtreue.
• Je nach Zusammensetzung schwanken die Dichten des erfindungsgemäßen Materials von 0,8 bis 2,5.
• Bei raschem Abschrecken in kaltem Wasser ergeben sich keine Deformationen.
• Das abgekühlte erfindungsgemäße Material kann mit den bekannten Bearbeitungsverfahren bearbeitet werden Bohren, Schneiden, Gewindeschneiden, Fräsen, Polieren, Drehen und Verbinden durch Holzschrauben oder Nägel je nach der speziellen Zusammensetzung.
• Möglichkeit der Warmverformung: Biegen, Rollen, Verwölben, Hämmern.
• Verschweißbar und lötbare mit dem eigenen Material mit oder ohne Verwendung von zugeführtem Material.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen in Verbindung mit der Zeichnung weiter erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockschemabild über den Ablauf von Ausführungsbei spielen des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Voraussetzung für die Vermischung von Kunststoffteilchen und Füllstoffen ist, daß die jeweiligen Stoffe in mischbarem Zustand vorliegen. Es ist daher in vielen Fällen erforderlich, die Kunststoffe, insbesondere Abfallkunststoffe, vor ihrer Verwendung in eine zerkleinerte teilchenförmige Form zu bringen.
• In Fig. 1 ist der Ablauf von Ausführungsbeispielen des Verfahrens schematisch dargestellt. In einer Vormischstufe 1 wird ein Gemenge von dosierten Anteilen von Kunststoff beliebiger Art und Herkunft, gegebenenfalls einschließlich PVC, hergestellt.
• In 2 werden ein oder mehrere Füllstoffe, wie beispielsweise Holzspäne, in Vorrat gehalten. In 3 wird Natriumsilikat als überzugsstoff in Vorrat gehalten. Die aus dem Vormischer 1 kommende Kunststoffmischung wird in einer Dosierstufe 5 dosiert, beispielsweise in der gewünschten Mange abgewogen. In einer Dosierstufe 6 werden die erforderlichen Füllstoffmengen dosiert, beispielsweise abgewogen. Die Füllstoffmengen werden zunächst einer Uberziehstufe 4 zugeführt, in der die Füllstoffe mit aus dem Vorrat 3 kommenden Natriumsilikat vermengt und erwärmt werden, so daß die überzugsstoffe die einzelnen Teile der Füllstoffe überziehen und einkapseln. (überzugsvorgang (pre'filmage)). Die überzogenen Füllstoffe werden dann aus der Uberziehstufe der Dosierstufe 6 zugeführt. Die dosierten Anteile der Eunststoffmischung bzw. der überzogenen Füllstoffe werden von den Dosierstufen 5 bzw. 6 dem eigentlichen Mischvorgang 7 zugeführt, in dem die Kunststoffkomponente mit der Füllstoffkomponente unter Wärmeeinwirkung, wobei die Temperaturen in Abhängigkeit von den gewählten Materialien bis zu 400ob betragen können, vermischt wird. Die Vermischung kann gegebenenfalls unter einem Vakuum oder unter einer Atmosphäre eines inerten Gases stattfinden und wird durchgeführt, bis eine pastöse Masse entsteht. Die im Mischvorgang 7 erzeugte pastöse Masse wird nach ihrer Fertigstellung durch eine Austragsvorrichtung 8 hindurch ausgetragen und gegebenenfalls Weiterverarbeitungsstufen zugeführt.
• Beispielsweise kann die fertige pastöse Mischung zunächst durch eine Kalibrierdüse gedrücktund zu einem Strang oder zu einer Platte extrudiert werden. Von dem extrudierten Strang können dann Stücke gewünschter Länge abgeschnitten und abgekühlt werden. Auf diese Weise lassen sich Blöcke, Platten, Polien, Garn, Rohre, Profile und Stangen herstellen. Alle diese Halbzeuge können dann in weiteren Verarbeitungsstufen entweder spanlos zu gewünschten Teilen geformt werden oder warm verformt werden oder als Bauteile in Konstruktionen eingebaut werden oder durch Heißpressen weiterverformt werden.
• Es ist auch'möglich, die fertiggestellte Masse nach dem Austrean aus der Kalibrierstufe in Stücke zu schneiden, welche als Preßrohling in Preßformen eingelegt und dort zu gewünschten Teilen verpreßt werden (11, 12, 13, 14). Es ist auch möglich, die austretende Paste unmittelbar einem Preßvorgang 14 zu unterwerfen. Die in einem Preßvorgang geformten Teile können nach dem Abkühlen (17) entweder mit anderen Teilen zusammen weiterverarbeitet oder montiert werden oder als Fertigteile eingesetzt werden.
• Es ist weiterhin möglich, die aus der Kalibrierstufe austretende pastöse Masse durch Düsen zu pressen und zu Folien oder Fasern zu extrudieren (15) und dann abzukühlen. Auf diese Weise werden Halbzeuge wie Folien, Platten, Fäden u.dgl. erhalten.
• Weiterhin ist es möglich, die fertiggestellte Paste zunächst erkalten zu lassen und dann, gegebenentalls mit bekannten Verfahren, zu granulieren. Das Granulat kann dann in den in der Kunststoffverarbeitung üblichen Verfahren im ßpritzgußverfahren oder Extrudierverfahren oder Preßverfahren zu Fertigteilen weiterverarbeitet werden, wobei es wieder aufgeschmolzen wird.
• Auch ein Wiederaufschmelzen des Granulats und Verformen in Unterdruckverfahren ist möglich, wobei die nachfolgende Abkühlung sehr viel rascher vonstatten geht als bei reinen Kunststoffen.
• Die aus dem erfindungsgemäßen Material hergestellten Folien, Platten oder Fäden können ebenfalls wieder aufgewärmt oder erweicht werden und dann durch Pressen, Stanzen oder Prägen geformt werden.
• In Fig. 2 ist schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung des erfindungsgemäßen Konstruktionsmaterials dargestellt. Die unterschiedlichen Kunststoffe, die die Kunststoffkomponente des Materials bilden sollen, werden aus Torratsbehiltern einem Vormischer 1 zugeführt und dort vermischt, anschließend einer Wiegeeinrichtung 5 zugeleitet und von dort in einen Mischer 7 übergeführt. Der Mischer ist als geschlossene Kammer ausgebildet, deren Wände beheizbar sind, beispielsweise durch Durchleiten eines Heizmediums. In der Kammer befindet sich ein Rührelement mit einer Anzahl von Rührarmen, das in Drehung versetzt werden kann. Die Vorrichtung weist außerdem Vorratsbehalter füx Füllstoffe auf, von denen zwei Behälter 2 und 3 dargestellt sind. Den Füllstoffvorratsbehältern 2 und 3 ist eine Vormischkammer 4 nachgeschaltet, in welche Füllstoffe aus den Behältern 2 und 3, falls gewünscht, eingeleitet werden können.
• Die Vormischkammer 4 hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Mischer 7. In dem Vormischer 4 können nicht nur Füllstoffe miteinander vermischt werden, sondern es können auch Füllstoffe mit Silikaten als Überzugsstoffe vermischt-und erwärmt werden, damit die einzelnen Teilchen der Füllstoffe von den Silikaten überzogen werden (UberziehstuSe). Beispielsweise kann der Vorratsbehälter 2 einen Füllstoff und aer Vorratsbehält er 3 ein Silikat enthalten. Nachdem der überziehvorgang im Vormischer 4 fertiggestellt ist, können die überzogenen Füllstoffe dann der Wiegeeinrichtung 6 zugeleitet und von dort in den Mischer 7 übergeführt werden. Der Mischer 7 ist sowohl an einen evakuierbaren Behälteranschließbar, um in dem Mischer ein Vakuum erzeugen zu können, er ist wahlweise auch an ein unter Ueberdruck stehendes Gasreservoir anschließbar, um im Mischer eine Atmosphäre eines inerten Gases über der Mischung erzeugen zu können. Dem Mischer 7 ist eine Austragvorrichtung 8 nachgeschaltet, die beispielsweise als Schneckenförderer oder Kolbenfördueneinri chtung oder als Kippeinrichtung ausgestaltet sein kann, die die Masse beispielsweise einem Vorratsbehälter zugeführt. Einem derartigen Vorratsbehälter, der auch beheizt sein kann, kann eine Extrudier- und Kalibriervorrichtung 9 nachgeschaltet sein.
• Mittels der Kalibriervorrichtung können Stränge oder Platten extrudiert werden. Die extrudierten Stränge können in Stücke geschnitten werden und ergeben dann nach der Abkühlung Blöcke, Platten, Profile, Rohre, Stangen 16 . Das extrudierte Matte~ -rial kann auch unmittilbar einer Preßform zugeführt werden (13) oder es kann in Stücke geschnitten werden, die dann als Rohlinge 14 Preßformen 12 zugeführt und dort verpreßt werden. Durch Verarbeitung in einer Presse 14 können auf diese Weise Fertigteile 17 erhalten werden.
• Es ist auch möglich, durch Extrudieren der pastösen Masse langgestreckte Produkte zu erzeugen, wie beispielsweise Fäden oder Bänder, die auf Spulen 15 oder 18 aufgewickelt werden können.
• Diese Spulen können nach einer Wiedererwärmung zur Speisung von Preß-, Stanz- oder Prägeeinrichtungen verwendet werden.
• Es ist auch möglich, das pastöse Material unmittelbar einer Granuliereinrichtung 19 zuzuführen und zu Granulaten zu verarbeiten.
• Das Granulat, das auf diese Weise erhalten wird, kann in den verschiedensten Verarbeitungsverfahren eingesetzt werden, beispielsweise auch in einem Niederdruckformverfahren oder Vakuumformverfahren. Zu seiner Formgebung können auch sehr leichte Formen, beispielsweise aus Gips, Holz oder Kunststoffen verwendet werden.
• Die Erfindung ist nicht auf die ausgeführten Beispiele beschränkt. Beispielsweise kann die Mischung mit handelsüblichen Knetmischern durchgeführt werden. Es ist auch möglich, in die Materialmischung kurz vor ihrer Fertigstellung im Mischer Einlagerungen in Form von Metallfasern oder Kunststoffasern oder Glasfasern einzubringen. Auf diese Weise wird eine- besondere Verstärkung des Materials erzielt.

Claims (14)

Patentansbrüche

1. Konstruktionsmaterial aus einer Mischung, welche als Komponenten thermoplastische Kunststoffe und mindestens einen Füllstoff mineralischer und/oder organischer Art enthält (Zusatz zu Patent ( 24 02 976.3-43)), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Büllstoff eine Umhüllung aus Silikatmaterial aufweist.

2. Konstruktionsmaterial nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n-n z e i c h n e t , daß das Silikatmaterial Natriumsilikat ist.

3. Konstruktionsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Füllstoff aus mindestens einem der folgenden Materialien besteht: Holzspäne, Holzmehl, Asbeststaub, Asbestfasern, Torf, Schwefel, Kieselerde, Sand, Graphit, Metallspäne, Asche von Müllverbrennungsanlagen, Abfälle aus wärmeaushärtenden Kunststoffen.

+. Konstruktionsmaterial nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e.n n z e i c h n e t , daß die thermoplastischen Kunststoffe aus einem oder mehreren der folgenden Materialien bestehen: frisch erzeugte Kunststoffe, Kunststoffe zweiter Wahl, wiedergewonnene Kunststoffe, Kunststoffabfälle, weggeworfene Verpackungen wie Flaschen, Säcke, Beutel, gebrauchte Autoreifen, gebrauchte Elastomerteile, alte Teppiche und überzüge.

5. Konstruktionsmaterial nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die aus thermoplastischen Kunststoffen bestehende Komponente der Mischung Polyäthylen niedriger Dichte (hoher Bluidität), weitere Thermoplaste guter Fluidität, z.B. Polyamide, und außerdem thermoplastische Kunststoffe beliebiger Zusammensetzung enthält.

6. Konstruktionsmaterial nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß es, in Relation der einzelnen Stoffe zueinandern, in Gewichtsprozent enthält: 40 - 60 96 Holzabfälle (Späne, Fasern, Mehl), 2 - 12 96 Silikat zur Vorbehandlung der Holzabfälle, 20 - 30 96 Kunststoffe beliebiger Zusammensetzung, 10 - 15 96 Polystyrole, 10 - 15 96 Polyäthylene.

7. Konstruktionsmaterial nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Silikat ein Natriumsilikat von 38/40° beaume eingesetzt ist.

8. Konstruktionsmaterial nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Silikat ein Natriumsilikat von 450 beaumg eingesetzt ist.

9. Konstruktionsmaterial nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h ge k e n n z e i c h n e t , daß als Silikat ein Natriumsilikat von 48/600 beaumE eingesetzt ist.

10. Verfahren zur Herstellung des Konstruktionsmaterials nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Füllstoffe vor der Vermischung mit der Kunststoff-Komponente einem Vormischer zugeführt werden und dort mit dem oder den ebenfalls dem Vormischer zugeführten Silikaten erwärmt, vermischt und überzogen werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Durchmischen und Überziehen im Vormischer bei einer Temperatur von 70 - 10000 erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, d a d u r c h g e -k e u n z e i c h n e t , daß das Durchmischen und Überziehen im Vormischer im Vakuum erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, d a d u r c h g e -k e n nz e i c h n e t , daß als Überzugsmaterial ein Natriumsilikat von 50/600 Beaume verwendet wird, und daß das Vermischen mit den Füllstoffen in einem Mischer mit großer Drehzahl erfolgt.

14. Verfahren nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß als Überzugsmaterial ein Natriumsilikat von 30/400 Beaume oder von 450 13raume verwendet wird, und daß das Vermischen mit den Füllstoffen bei einer Temperatur von etwa 700C in einem Mischer mit großer Drehzahl erfolgt.