DE2635957C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Folien bzw. Bahnen aus einem Gemisch aus pflanzlichen Fasern
und Polyolefin, welche insbesondere eine erhöhte Beständigkeit
gegenüber der Absorption von Wasser aufweisen.
Aus der französischen Patentanmeldung 22 00 212 ist bereits
eine Arbeitsweise zur Herstellung von Halbfertigprodukten aus
Holzteilchen und einem Kunststoffmaterial wie Polyvinylchlorid
bekannt, bei welcher ein Gemisch der Bestandteile in eine
Strangpreßvorrichtung eingeführt und in Form eines Stranges
durchgesetzt wird, welcher in einer gekühlten Presse gepreßt
wird, um ihm die gewünschte Form zu erteilen.
In der Deutschen Patentanmeldung 20 42 176 ist eine ähnliche
Arbeitsweise beschrieben, bei welcher das Extrudat direkt
in seine endgültige Form mit Hilfe eines geeigneten Spritzwerkzeuges,
z. B. einer Strangpreßform für Folien, gebracht wird.
Diese bekannten Arbeitsweisen besitzen jedoch große Nachteile
und Beschränkungen.
So erfordern sie speziell entworfene und mit Entgasungssystemen
versehene Extrusionsvorrichtungen, um das Absaugen von aus den
pflanzlichen Fasern freigesetztem Wasserdampf im Verlauf des
Extrusionsvorganges zu ermöglichen. Weiterhin ist es wesentlich,
daß der Feuchtigkeitsgehalt der eingesetzten, pflanzlichen
Fasern einen begrenzten Wert nicht übersteigt, oberhalb dessen
das Arbeiten auf der Strangpresse unmöglich wird. Wie auch immer
der Feuchtigkeitsgehalt der pflanzlichen Fasern ist, das Einstellen
der Extrusionsbedingungen ist immer ein delikater Arbeitsvorgang,
insbesondere wenn das Produkt in seine endgültige Form
durch Durchführen durch ein Profil gebendes Strangpreßwerkzeug
durchgeführt wird.
Darüber hinaus ist es erforderlich, die Art der Fasern oder
der Holzteilchen, welche in die Folien eingebaut werden, sorgfältig
auszuwählen und insbesondere die Verwendung von harzartigen,
pflanzlichen Fasern zu vermeiden, welche Ärger im
Verlauf der Extrusion ergeben könnten.
Schließlich weisen die erhaltenen Produkte im allgemeinen eine
unzureichende Beständigkeit gegenüber der Absorption von Wasser
auf. Hieraus ergibt sich ein starker Abfall der mechanischen
Eigenschaften bei der Verwendung solcher Produkte in feuchten
Umgebungen.
Die in der DE-OS 20 48 311 beschriebenen Formkörper bestehen aus
Olefinpolymerisaten, feinzerteiltem Holz und Geweben, Netzen
und/oder Vliesen, die außerhalb der neutralen Faser eingelagert
sind. Bei dem dort beschriebenen Herstellungsverfahren wird eine
vorgeheizte Plattenpresse verwendet, in die die Bestandteile eingefüllt
werden. Nach schrittweiser Druckerhöhung wird zunächst
unter Beibehaltung des Druckes auf 100°C abgekühlt und erst nach
Abkühlen auf Raumtemperatur entformt.
Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung solcher
Bahnen bzw. Folien, welches die zuvor genannten Nachteile der
vorbekannten Arbeitsweisen nicht aufweist und das die Herstellung
von Bahnen oder Folien bzw. Platten auf Basis von pflanzlichen
Fasern und Polyolefinen ermöglicht, welche eine verbesserte
Beständigkeit gegenüber einer Wasserabsorption aufweisen.
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung von
Folien oder Bahnen mit einer hohen Wasserabsorptionsbeständigkeit
aus einem Gemisch aus pflanzlichen Fasern und Polyolefin, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein homogenes Gemisch aus 25
bis 75 Gew.-% pflanzlichen Fasern in Form von Teilchen mit einer
mittleren Abmessung zwischen 0,1 und 3 mm und aus 75 bis 25 Gew.-%
geschmolzenem Polyolefin, welches gegebenenfalls übliche Zusatzstoffe
wie Stabilisatoren und Gleitmittel enthalten kann, herstellt,
und daß man das Überführen dieses Gemisches zu einer Folie
oder Bahn durch Heißkalandrieren auf einem Kalander durchführt,
bei welchem wenigstens die beiden ersten Walzen auf der Oberfläche
auf eine Temperatur gebracht sind, welche zwischen der Schmelztemperatur
des Polyolefins plus 2°C und der gleichen Temperatur plus
20°C liegt.
Die Tatsache, daß es möglich wäre, ein solches Gemisch zu einer
Bahn oder einer Folie bzw. einer Platte durch Kalandrieren in
der Wärme umzuwandeln, war überraschend, da es wohlbekannt war,
daß geschmolzene Polyolefine sich überhaupt nicht für diese
Arbeitsweise der Überführung zu Folien eignen. Tatsächlich ist
es bekannt, daß solche Harze auf den Walzen bzw. Zylindern der
Kalandriervorrichtung kleben, sobald die Temperatur der letzteren
die Schmelztemperatur des Harzes erreicht oder übersteigt.
Das homogene Gemisch aus pflanzlichen Fasern und geschmolzenem
Polyolefin kann nach jeder geeigneten Weise hergestellt werden,
insbesondere durch Einführung der Bestandteile in dosierten
Mengen in einen Innenmischer mit Stempel, wie z. B. einen
Werner-Mischer oder einen Banbury-Mischer.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Gemisch aus
pflanzlichen Fasern und geschmolzenem Polyolefin, das mit
Hilfe eines Innenmischers hergestellt wurde, auf einem Außenkneter
mit Walzen aufgenommen, welcher die aufeinander folgenden
Dosismengen des von dem Innenmischer angelieferten Gemisches
zu einem kontinuierlichen Band überführt, das in die Kalandriervorrichtung
über einen Bandförderer eingeführt werden kann. Es
ist daher möglich, trotz des diskontinuierlichen Arbeitens der
Innenmischer Folien bzw. Bahnen kontinuierlich herzustellen.
Weiterhin wurde gefunden, daß bei Anwendung von unterschiedlichen
Rotationsgeschwindigkeiten bei den Walzen des Außenmischers
das behandelte Gemisch sich um die Walze mit der
höchsten Rotationsgeschwindigkeit umwickelt, und daß die Abnahme
eines kontinuierlichen Bandes auf dieser Walze überhaupt
kein Problem darstellt.
Diese Arbeitsweise der Herstellung des Gemisches aus pflanzlichen
Fasern und geschmolzenem Olefin weist darüber hinaus den Vorteil
auf, daß die Verwendung von pflanzlichen Fasern mit einem
hohen Feuchtigkeitsgehalt möglich ist, da die Freisetzungen
von Wasserdampf bei der Behandlung in dem Innenmischer oder
auf dem Außenmischer sich leicht freisetzen können, ohne den
Arbeitsvorgang der Überführung zu Folien oder Bahnen zu stören,
da letztere erst bei dem späteren Kalandriervorgang durchgeführt
wird. Schließlich ermöglicht es diese Arbeitsweise,
harzartige, pflanzliche Fasern einzusetzen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das homogene Gemisch
aus pflanzlichen Fasern und geschmolzenem Polyolefin durch
Extrusion hergestellt werden, wobei das Gemisch in diesem Fall
in Form eines Stranges mit einem beliebigen Querschnitt durchgesetzt
wird, der kontinuierlich in die Vorrichtung zum
Kalandrieren in der Wärme eingeführt wird, wo die Überführung
zu der Folie bzw. der Bahn durchgeführt wird.
Beim Arbeiten in der letztgenannten Weise ist man selbstverständlich
mit den Nachteilen konfrontiert, welche der Anwesenheit
von Wasser in den pflanzlichen Fasern innewohnen,
jedoch in einem sehr viel geringeren Ausmaß, da diese Anwesenheit
von Wasser nicht mehr die Gefahr mit sich bringt, die
Überführung zu Folien oder Bahnen schwierig zu machen, da der
letztgenannte Arbeitsvorgang von demjenigen der Extrusion
getrennt erfolgt. Das Durchführen der Extrusion wird daher
stark erleichtert, da das Bedienungspersonal nicht mehr auf
das Aussehen des extrudierten Stranges achten muß.
Wie auch immer die besondere Ausführungsform der ersten Stufe
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, ist es vorteilhaft, wenn
das homogene Gemisch aus pflanzlichen Fasern und geschmolzenem
Polyolefin in Apparaturen hergestellt wird, welche dieses
Gemisch auf eine Temperatur bringen, die wenigstens gleich und
vorzugsweise höher als der Schmelzpunkt des Polyolefins liegt.
Selbstverständlich muß die Temperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur
eines beliebigen Bestandteiles des Gemisches liegen.
Sie ist vorzugsweise um wenigstens 2° höher als der Schmelzpunkt
des Polyolefins. Der Aufbau der Vorrichtung zum Kalandrieren
in der Wärme, welche die Überführung des Gemisches zu
einer Folie bzw. Bahn sicherstellt, ist überhaupt nicht kritisch.
Erfindungsgemäß werden Kalander mit vier geheizten Walzen, die
in einem "L" angeordnet sind, bevorzugt, jedoch können auch
Vorrichtungen eines anderen Typs verwendet werden. Es ist jedoch
wesentlich, daß wenigstens die beiden ersten und vorzugsweise
alle Walzen derart geheizt sind, daß ihre Oberfläche und als
Folge davon die Kalandriertemperatur auf einer Temperatur oberhalb
des Schmelzpunktes des Polyolefins während des Arbeitsvorganges
der Überführung zu einer Folie bzw. Bahn gehalten werden.
Die Temperatur der Walzen liegt in dem Intervall,
das durch die Schmelztemperatur des Polyolefins plus 2°C und
dieser Temperatur plus 20°C gebildet wird. Auf die Kalandriervorrichtung
folgt selbstverständlich eine Kühlbahn, welche die
Verfestigung der heißen, kalandrierten Folie bzw. Bahn sicherstellt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Herstellung von
dünnen Folien möglich, deren Stärke bzw. Dicke im allgemeinen
oberhalb von 0,2 mm liegt und bis zu 4 mm und sogar mehr reichen
kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders gut für die
Herstellung von Folien oder Bahnen mit einer Dicke von ungefähr
0,6 bis 3 mm geeignet. Es ist unmöglich, nach den vorbekannten
Arbeitsweisen Folien mit einer Stärke von 0,6 mm in großen
Breiten herzustellen.
Schließlich ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung
von Qualitätsfolien aus Gemischen, welche einen überwiegenden
Gewichtsanteil von pflanzlichen Fasern enthalten und
welche sich ohne Problem für das Recycling von Abfällen eignen,
was mit den vorbekannten Arbeitsweisen nicht möglich wäre.
Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Polyolefin
kann ein beliebiges Polymerisat sein, das eine überwiegende Anzahl
von Monomereneinheiten enthält, die von einem Olefin mit
2 bis 8 Kohlenstoffatomen in ihrem Molekül abstammen. Als Beispiel
seien Polyäthylene mit niedriger oder hoher Dichte,
Polypropylen, Copolymerisate aus Äthylen und Propylen, Polybuten-(1), Poly-4-methylpenten-(1), Copolymerisate aus Äthylen
und Propylen, Copolymerisate aus Äthylen-Vinylacetat und
Copolymerisate aus Äthylen-Vinylchlorid genannt.
Vorzugsweise verwendet man Polyolefine, bei denen alle Einheiten
von nicht-substituierten, 2 bis 8 Kohlenstoffatome in
ihrem Molekül enthaltenden Olefinen abstammen. Die besten
Ergebnisse werden mit Polymerisaten erhalten, welche wenigstens
70% und vorzugsweise wenigstens 90% an von Propylen abstammenden
Einheiten in ihrem Molekül enthalten. Selbstverständlich
kann man auch Mischungen von Polyolefinen untereinander oder
mit anderen Polymerisaten verwenden. Im letzteren Fall wird
es jedoch bevorzugt, wenn wenigstens 50 Gew.-% und vorzugsweise
wenigstens 75 Gew.-% an Polyolefinen in der Mischung vorhanden
sind. Falls man mehrere Polyolefine einsetzt, muß die Temperatur
des Kalandrierens wenigstens gleich der Schmelztemperatur
des Polyolefins mit der tiefsten Schmelztemperatur sein. Vorzugsweise
ist sie wenigstens gleich der Schmelztemperatur des
Polyolefins, welche die höchste Schmelztemperatur bzw. den
höchsten Schmelzpunkt besitzt.
Wenn man die bevorzugte Ausführungsform anwendet, gemäß der
Polymerisate von Propylen eingesetzt werden, wird die Temperatur
des Kalandrierens vorzugsweise zwischen 172°C und 190°C
ausgewählt.
Das Polyolefin kann in einer beliebigen Form eingesetzt werden,
welche das Gemisch mit den pflanzlichen Fasern ermöglicht. Vorzugsweise
ist es frei von groben Teilchen. So kann das Harz
in Form eines Pulvers, von Schnitzeln, Teilchen, Fibrillen,
Fasern oder Faserabfällen usw. vorliegen.
Das Polyolefin kann vorteilhafterweise übliche Zusatzstoffe
wie Stabilisatoren, Gleitmittel, antistatische Mittel oder
Fungizide usw. enthalten. Darüber hinaus kann es Pigmente,
farbgebende Materialien, Füllstoffe, usw. enthalten.
Die pflanzlichen Fasern können ebenfalls beliebiger Natur
sein und sie liegen vorzugsweise in Form von Teilchen mit
einer mittleren Abmessung zwischen 0,1 und 3 mm vor. Diese
Teilchen können insbesondere Holzmehl oder Sägemehl, gehacktes
Stroh, Textilfasern usw. sein, wobei die Möglichkeit des Einsatzes
von Fasern, die aus harzartigem Holz herrühren, wie
Sägemehl von Tannen oder von Eukalyptus überhaupt nicht ausgeschlossen
ist.
Es wurde gefunden, daß die Arbeitsweise der Überführung zu
Folien oder Bahnen durch Kalandrieren in der Wärme gemäß der
Erfindung zu Produkten führt, die ein verbessertes Oberflächenaussehen
besitzen: die Folien bzw. Bahnen weisen an der Oberfläche
eine feine, kontinuierliche und glatte Haut aus Polyolefin
auf.
Darüber hinaus weisen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Folien oder Bahnen eine sehr gute Beständigkeit
gegenüber einer Wasserabsorption auf, wenn sie in feuchter
Atmosphäre angeordnet werden. Daher behalten sie ihre ausgezeichneten,
mechanischen Eigenschaften und insbesondere eine
ausgezeichnete Biegefestigkeit bei, selbst wenn der Wert der
relativen Feuchtigkeit der Umgebung sehr hoch liegt.
Solche Folien können bei zahlreichen Anwendungen verwendet werden,
für welche sie in ihre endgültige Form durch Thermoverformung
überführt werden können. Ebenfalls können sie beispielsweise
vor einer Thermoverformung mit einer dekorativen Haut
beschichtet werden, um ihr Aussehen zu verbessern. Man verwendet
sie beispielsweise zur Herstellung von Armaturenbrettern
oder Türverkleidungen in der Kraftfahrzeugindustrie.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand eines
praktischen Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Bei der Durchführung dieses Beispiels wurde die in der Figur
der Zeichnung schematisch dargestellte Vorrichtung verwendet,
welche einen Innenmischer mit Stempel 1, einen Bandförderer 2,
welcher die von dem Innenmischer angelieferten Dosismengen
oder Chargen 3 auf die Walzen eines Außenmischers 4 überführt,
eine Kalandriervorrichtung 5 mit vier geheizten Walzen, die in
L-Form angeordnet sind, eine Transporteinrichtung 6, welche
das auf der Walze 8 des Außenmischers abgenommene Band 7 in
den ersten Spalt der Kalandriervorrichtung überführt und eine
Kühlbahn 9 umfaßt.
In den Innenmischer 1 der Fig. 1 wurden durch aufeinander folgende
Dosierung 5 kg einer Masse eingeführt, welche in Gewichtsteilen enthielt:
500 TeilePolypropylen
500 TeileHolzmehl (mittlere Abmessung=0,4 mm)
0,5 TeileCalciumstearat
0,5 Teile2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol
0,5 TeileGlyzerinmonostearat.
Der Innenmischer (Typ GK5 von Werner & Pfleiderer) wurde auf
170°C vorerhitzt, und der Mischzyklus betrug 90 Sekunden.
Die Arbeitsleistung betrug 40 bis 50 kgm. Die von dem
Innenmischer abgegebenen Dosismengen oder Chargen wurden auf
den auf 175°C gebrachten Walzen eines Berstorff-Außenmischers
aufgenommen. Auf der Walze 8 wurde ein Band von 5 cm Breite
abgenommen, welches in den ersten Spalt der Kalandriervorrichtung
überführt und hierbei verteilt wurde. Die nachfolgenden
Walzen der Kalandriervorrichtung waren auf 185°C, 182°C,
182°C bzw. 172°C gehalten. Das von der letzten Kalandrierwalze
austretende Band bzw. die hier austretende Bahn besaß
eine gleichförmige Stärke von 1,5 mm, und sein bzw. ihr Oberflächenaussehen
nach dem Abkühlen und Verfestigen in der Kühlbahn
9 war ausgezeichnet.
Eine Probe der Folie wurde einem Biegefestigkeitsversuch unterworfen,
wobei ein Wert von 380 kg/cm² gefunden wurde.
Aus der Folie wurde eine Probe von 100 mm×100 mm ausgeschnitten
und dem folgenden Test unterworfen.
Nach dem Überziehen der Schnittflächen der Probe mit Paraffin
wurde die Probe ausgewogen und anschließend während 24 Stunden
in auf 23°C gehaltenem Wasser eingetaucht. Nach dieser Zeitspanne
wurde die Probe entnommen, mit einem Filterpapier abgetrocknet,
wobei darauf geachtet wurde, daß das Paraffin nicht
weggewischt wurde, und die Probe wurde erneut ausgewogen. Die
Gewichtsdifferenz vor und nach dem Eintauchen, bezogen auf
das Gewicht vor dem Eintauchen, ergibt die prozentuale Wasserabsorption.
Es wurde gefunden, daß sich dieser Prozentsatz auf 4% für die
untersuchte Probe belief.
Es wurde ein neuer Biegefestigkeitsversuch an der Probe durchgeführt,
die dem Wasserabsorptionstest unterworfen worden war,
und es wurde gefunden, daß sich der Wert immer noch auf 380 kg/cm²
belief.
Zum Vergleich wurde mit größtmöglicher Sorgfalt eine Folie aus
der gleichen Masse nach der Extrusionsarbeitsweise unter Zuhilfenahme
eines Plattenspritzwerkzeuges hergestellt.
Bei dem Wasserabsorptionsversuch wurde gefunden, daß sich der
Prozentsatz der Absorption auf 8% belief. Darüber hinaus wurde
gefunden, daß die Biegefestigkeit der Folie nach dem Eintauchen
nur mehr 75% der Biegefestigkeit der dem Eintauchtest nicht
unterworfenen Probe betrug.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung von Folien oder Bahnen mit einer
hohen Wasserabsorptionsbeständigkeit aus einem Gemisch aus
pflanzlichen Fasern und Polyolefin, dadurch gekennzeichnet,
daß man ein homogenes Gemisch aus 25 bis
75 Gew.-% pflanzlichen Fasern in Form von Teilchen mit einer
mittleren Abmessung zwischen 0,1 und 3 mm und aus 75 bis 25
Gew.-% geschmolzenem Polyolefin, welches gegebenenfalls
übliche Zusatzstoffe wie Stabilisatoren und Gleitmittel
enthalten kann, herstellt, und daß man das Überführen dieses
Gemisches zu einer Folie oder Bahn durch Heißkalandrieren auf
einem Kalander durchführt, bei welchem wenigstens die beiden
ersten Walzen auf der Oberfläche auf eine Temperatur gebracht
sind, welche zwischen der Schmelztemperatur des Polyolefins
plus 2°C und der gleichen Temperatur plus 20°C liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
homogene Gemisch aus pflanzlichen Fasern und geschmolzenem
Polyolefin in einem Innenmischer mit Stempel durch Einführen
der Bestandteile in dosierten Mengen hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
homogene Gemisch aus pflanzlichen Fasern und geschmolzenem
Polyolefin, welches aus dem Innenmischer mit Stempel austritt,
auf einem Außenmischer mit Walzen aufgenommen wird,
welcher die aufeinander folgenden Dosismengen des von dem
Innenmischer angelieferten Gemisches zu einem kontinuierlichen
Band überführt, welches in eine Heißkalandriervorrichtung
eingeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
homogene Gemisch aus pflanzlichen Fasern und geschmolzenem
Polyolefin durch Extrusion hergestellt wird, und daß es in
Form eines Stranges abgegeben wird, der durch Heißkalandrieren
zu einer Folie bzw. Bahn überführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das homogene Gemisch aus pflanzlichen Fasern
und geschmolzenem Polyolefin vor dem Kalandrieren auf eine
Temperatur gebracht wird, welche wenigstens gleich dem
Schmelzpunkt des Polyolefins ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
Heißkalandrieren auf einem Kalander durchgeführt wird, bei
welchem alle Walzen an der Oberfläche auf eine Temperatur
oberhalb der Schmelztemperatur des Polyolefins gebracht sind.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß man Polyolefine, welche nur monomere, von Olefinen
mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen in ihrem Molekül abstammende
Einheiten enthalten, verwendet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß man Polyolefine einsetzt, welche wenigstens
70% Propylen-Einheiten in ihrem Molekül enthalten, und daß man die
Kalandriertemperatur zwischen 172°C und 190°C wählt.
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