AT12888U1 - Mehrschichtextrudat mit elastomeranteil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mehrschichtextrudat mit zumindest einer Schicht, welche neben einem thermoplastischen Material einen Anteil an Elastomer enthält. Mit der elastomermodifizierten Schicht wird das Produkt wesentlich schlagzäher, hat eine höhere Wechselfestigkeit, eine bessere Schallabsorption und gegenüber herkömmlichen Produkten ein geringeres Gewicht und einen niedrigeren Preis. Produkte können alle Extrusionsprodukte sein, wobei bevorzugt Rohre und Hohlkammerprofile mit der elastomermodifizierten Mittelschicht ausgerüstet werden. Das Elastomer ist typischerweise ein Recyclat aus Produktionsabfällen oder aus Altreifen und wird in eine Matrix aus Polyolefin oder Polyvinylchlorid eingearbeitet.

Description

österreichisches Patentamt AT 12 888 U1 2013-01-15

Beschreibung

MEHRSCHICHTEXTRUDAT MIT ELASTOMERANTEIL

[0001] Die Erfindung betrifft ein Mehrschichtextrusionsprodukt, beispielsweise ein Rohr, ein Profil oder eine Platte, welches in zumindest einer Schicht einen Elastomeranteil enthält. Das Extrusionsprodukt besteht aus Thermoplast, wobei vorzugsweise Polypropylen, Polyethylen oder Polyvinylchlorid eingesetzt wird und zumindest eine Schicht, welche neben dem Thermoplastmaterial auch Elastomeranteile enthält.

[0002] Das erfindungsgemäße Produkt nach dem Anspruch 1 und den folgenden, abhängigen Ansprüchen bietet eine wesentlich bessere Schlagzähigkeit, eine bessere Biegewechselfestigkeit, höhere Schallabsorption und eine geringere Dichte gegenüber auf dem Markt befindlichen Produkten und eignet sich beispielsweise als Abfluss-, Belüftungsrohr, Fensterprofil oder auch als Platte.

[0003] Mehrschichtextrudate sind in vielen Einsatzgebieten seit mehreren Jahren bekannt. Der Produktaufbau aus mehreren Schichten dient entweder dazu verschiedene Polymere und damit verschiedene Eigenschaften zu kombinieren. Ein Beispiel sind hier Sperrschichtverbunde, wo in Mittelschichten Polymere mit besonderer Barrierewirkung eingesetzt werden.

[0004] Neben unterschiedlichen Polymeren, ist es auch bekannt die Schichten unterschiedlich zu additivieren, sprich mit Zuschlagstoffen zur Eigenschaftsmodifikation zu versetzen. Derartige Additive haben typischerweise Dosierungen von bis zu 5 Prozent.

[0005] Ebenso ist es bekannt den Thermoplasten verschiedene mineralische Füll- und Verstärkungsstoffe, wie Talkum, Kreide, Bariumsulfat, etc., bzw. auch Faserverstärkungen wie Glas-, Aramid-, Kohlefasern einzusetzen. Diese Füll-und Verstärkungsstoffe erhöhen einerseits den E-Modul und die Steifigkeit des Produkts, aber auch die Dichte und setzen die Schlagzähigkeit herab. Andererseits ist es bekannt Mehrschichtextrudate aus den gleichen Polymeren herzustellen und in die Mittelschicht Recyclatmaterial des gleichen Polymertyps einzusetzen um Kosten zu sparen.

[0006] Diese Produkte weisen im Wesentlichen die Eigenschaften der Thermoplaste auf, bzw. wenn verschiedene Thermoplaste kombiniert werden, tritt eine entsprechende Eigenschaftskombination auf. Es ist wie bereits erläutert bekannt, diese Eigenschaften hinsichtlich höherer Steifigkeit zu modifizieren und Füll- und Verstärkungsstoffe einzusetzen, was den Nachteil des höheren Gewichts mit sich bringt, da alle Füllstoffe eine höhere Dichte wie 1,45 g/cm3 aufweisen.

[0007] Weiters ist es ein gravierender Nachteil, dass Thermoplaste generell eine schlechte Wechselfestigkeit aufweisen und bei dynamischer Beanspruchung schnell versagen.

[0008] Es ist somit Ziel der Erfindung, die Thermoplaste derart zu modifizieren, dass die Wechselfestigkeit und die Schlagzähigkeit erhöht wird und dabei gleichzeitig das Gewicht der Thermoplaste nur unwesentlich verändert wird, bzw. zu bestehenden Produkten gesenkt werden kann.

[0009] Weiters soll für verschiedene Anwendungen im Wohnbau- und Industrieanlagenbereich auch die Schallabsorption der Produkte verbessert werden.

[0010] Gelöst wird diese Aufgabe durch einen erfindungsgemäßen Mehrschichtaufbau, bei dem in zumindest einer Schicht ein Elastomeranteil dem Thermoplast beigemengt wird und wie er in Anspruch 1 und den folgenden abhängigen Ansprüchen beschrieben wird.

[0011] In der folgenden Beschreibung der Erfindung werden folgende Begriffe als Bezeichnung für mehrere Möglichkeiten nur einmal erläutert, damit die Verständlichkeit der Erfindung erhalten bleibt.

[0012] Mehrschichtextrudat: Ein Mehrschichtextrudat ist ein durch Extrusion hergestelltes Pro- 1 /5 österreichisches Patentamt AT12 888U1 2013-01-15 dukt, welches zumindest 2, bevorzugt mindestens 3 Schichten, aufweist. Bei einem 3-Schichtaufbau werden 2 Schichten jeweils als Außen-, bzw. Innenschicht und eine als die Mittelschicht bezeichnet.

[0013] Die Herstellung erfolgt dabei durch mehrere Extruder, welche in einem Feedblock vor dem Werkzeug zusammengefasst werden, oder über ein Mehrkanalwerkzeug.

[0014] Produkte sind Rohre und Stäbe oder Platten, aber auch Voll- und Hohlkammerprofile beliebiger Größe. So können Produkte mit Durchmessern von wenigen Millimeter bis zu mehreren Metern hergestellt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine elastomermodifizierte Schicht von zumindest einer reinen Thermoplastschicht umgeben. So kann bei einem Rohr beispielsweise die Innen- und Außenschicht aus Thermoplast, welcher gegebenenfalls auch additiviert sein kann und die Mittelschicht aus zumindest elastomermodifiziertem Thermoplast bestehen. Selbstverständlich kann die elastomermodifizierte Schicht neben dem Elastomer auch andere Additive, insbesondere solche, die der besseren Haftung und Verträglichkeit von Elastomer und Thermoplast dienen, wie auch Verstärkungsstoffe in Faserform enthalten. THERMOPLAST: [0015] Als Thermoplaste sind alle Kunststoffe zusammengefasst, welche durch Erwärmen in den plastischen Zustand übergehen und beim Abkühlen wieder erstarren.

[0016] Die Thermoplaste können Neuware oder Recyclat sein und selbstverständlich auch beliebig additiviert sein. Als Additive sind insbesondere Farbpigmente oder Farbstoffe, aber auch andere Funktionsadditive wie Flammschutzmittel, UV-Stabilisatoren, Antioxidantien, Antistatika, Nuklierungsmittel, Treibmittel oder Laserpigmente zu verstehen.

[0017] Besonders bevorzugt werden Polyolefine, also Polyethylen, Polypropylen und deren Mischungen, sowie Polyvinylchlorid eingesetzt. ELASTOMER: [0018] Als Elastomere sind chemisch oder physikalisch vernetzte Kunststoffe zu verstehen, die durch die Vernetzung nicht wieder aufgeschmolzen werden können und bei Raumtemperatur ein elastisches Verhalten zeigen. Dazu zählen: Naturkautschuk (NR), Styrol Butadien Kautschuk (SBR), Isoprenkautschuk (IR), Chloroprenkautschuk (CR), Nitril Butadien Kautschuk (NBR), Polyurethan (PUR), Ethylen-Propylen-Terpolymer (EPDM), Butylkautschuk (IIR), Silikonkautschuk (VOM), Fluorelastomere (FKM), Thermoplastische Polyolefin Elastomere (EPR, EPM), Styrol Butadien Blockcopolymere (SBS), Thermoplastische Polyurethane (TPE U), Thermoplastische Polyetherester (TPE E), Thermoplastische Polyamid Elastomere (TPEA) um die gebräuchlichsten zu nennen. Die Elastomere können auch aus Mischungen oder Blends der erwähnten Elastomere bestehen und beliebig additiviert sein.

[0019] Die Elastomere können ebenso wie der Thermoplast Neuware und Recyclat sein. Besonders bevorzugt wird Recyclat aus Altreifen oder Produktionsabfälle, die zum Beispiel in der Dichtungsproduktion anfallen, eingesetzt. Die wichtigsten hier verwendeten Elastomere sind Naturkautschuk, NBR, SBR und EPDM.

[0020] Ein besonderer Vorteil bei der Verwendung von Recyclat ist, dass Elastomere sonst kaum werkstofflich verwertbar sind und somit auch ein wichtiger Beitrag zum Umweltschutz geleistet wird.

[0021] Die Erfindung wird anhand eines 3-Schichtrohrs beschrieben, dessen Mittelschicht elastomermodifiziert ist. Dabei werden die beiden Außenschichten, welche aus reinem Thermoplast bestehen entweder mit einem oder bei unterschiedlicher Formulierung der beiden Thermoplaste durch zwei Extruder aufbereitet und die elastomermodifizierte Innenschicht durch einen weiteren Extruder und die Schichten im Feedblock oder Werkzeug zusammen geführt, dass schließlich ein mehrschichtiges Extrudat aus dem Werkzeug austritt, welches kalibriert, abgekühlt, abgezogen und abgelängt oder aufgewickelt wird. 2/5 österreichisches Patentamt AT12 888U1 2013-01-15 [0022] Als Extruder sind hierfür sowohl Einschnecken-, wie auch Doppelschneckenextruder geeignet. Die elastomermodifizierte Schicht kann als Compound vorliegen, oder auch, dass die Mischung der einzelnen Komponenten unmittelbar bei der Extrusion in der Extruderschnecke erfolgt. Der Anteil der Elastomerkomponente liegt dabei bei 10 bis 90, bevorzugt bei 20 bis 80, noch bevorzugter bei 30 bis 70 Prozent im Verhältnis zur Thermoplastkomponente.

[0023] Bei mehreren Schichten, die elastomermodifiziert sind, können selbstverständlich die Mischungsverhältnisse, wie auch die Thermoplaste oder die Elastomere unterschiedlich sein.

[0024] Die Schichtenaufteilung der einzelnen Schichten ist prinzipiell frei wählbar. Es hat sich gezeigt, dass bei einem Dreischichtaufbau die Außen- und Innenkomponente vorteilhafterweise zwischen jeweils 10 bis 30% beträgt und die Mittelkomponente, welche elastomermodifiziert ist zwischen 80 und 40% bezogen auf die Gesamtwanddicke beträgt.

[0025] Da das Elastomer nicht aufschmilzt muss dieses relativ klein vorliegen, da im Fertigprodukt das Elastomermaterial quasi als funktioneller Füllstoff vorliegt, der die Eigenschaften des Produktes verbessert.

[0026] Es hat sich gezeigt, dass die Korngröße zwischen 0,01 und 1 mm liegen kann, wobei bevorzugt eine Korngröße von 0,3 bis 0,7mm eingesetzt wird. Ebenso kann zur besseren Verbindung von Thermoplast und Elastomer und ein geeigneter Flaftvermittler als Additiv eingesetzt werden.

[0027] Durch den Einsatz der elastomermodifizierten Mittelschicht können verschiedene Vorteile erzielt werden.

[0028] Durch die elastomermodifizierte Komponente wird die Schlagzähigkeit des Produktes um 10 bis 30% erhöht und dabei gleichzeitig insbesondere die Biegewechselfestigkeit erhöht. Die Biegewechselfestigkeit ist durch den physikalischen Aufbau der Thermoplaste bei dieser Materialgruppe generell niedrig und kann durch den Elastomeranteil, welcher physikalisch oder chemisch vernetzt ist, wesentlich verbessert werden.

[0029] Die Biegewechselfestigkeit spielt bei vielen Produkten im Einsatz eine wichtige Rolle. Bei Rohren, die im Erdreich verlegt sind, wirkt die Wechselbelastung durch Fahrzeuge, die über das im Erdreich verlegte Rohr fahren als dynamische Belastung, die für herkömmliche Rohre rasch zum Versagen, also zum Bruch führen können. Durch die Elastomerkomponente wird die Dämpfung und damit die Wechselfestigkeit und Schlagzähigkeit wesentlich erhöht.

[0030] Weiters kann durch die Dichte der Elastomerkomponente im Bereich von 1,1 g/cm3 die Dichte des Gesamtproduktes im Vergleich zu PVC gesenkt werden. Beim Einsatz von Polyolefinen wird die Dichte durch den Elastomeranteil nur unwesentlich erhöht. Ebenso sind mineralische Füllstoffe, wie sie bei konventionellen Rohren eingesetzt werden mit einer Dichte von ca. 2 g/cm3 deutlich schwerer, als die Elastomerkomponente.

[0031] Geringere Dichte des Gesamtproduktes ist ein Vorteil, der sich insbesondere bei größeren Dimensionen auswirkt und beispielsweise manuelle Verlegearbeiten vereinfacht.

[0032] Falls als Elastomerkomponente Recyclat, beispielsweise aus Autoaltreifen oder aus Produktionsabfällen, wie in der Dichtungsproduktion verwendet wird, kann einerseits das Material sinnvoll werkstofflich recycliert werden, andererseits auch ein Kostenvorteil gegenüber mineralischen Füllstoffen oder unmodifizierten Thermoplasten erzielt werden, da Elastomerre-cyclate kostengünstiger sind. Diese Einsparung kann je nach Rezeptur und Produkt zwischen 5 und 20% liegen.

[0033] Mit der Elastomerkomponente kann nicht nur die Dämpfung von stoß- oder schlagartigen Beanspruchungen verbessert werden, sondern auch die Dämpfung von Schallwellen. Eine bessere Dämpfung von Schallwellen ist bei Rohren im Wohnbau ein Vorteil, insbesondere wenn es sich um Abflussrohre im Mehrfamilienwohnbau handelt. Durch die Dämpfung wird der Schall nicht übertragen und ist somit für den Bewohner nicht oder nur wesentlich geringer wahrnehmbar. Der Schall entsteht durch abfließendes Wasser und soll möglichst nicht in die Wohn- und Schlafräume übertragen werden. Die Verbesserung der Schallabsorption liegt gegenüber her- 3/5

Claims (14)

1. österreichisches Patentamt AT12 888U1 2013-01-15 kömmlichen Rohren bei 15 bis 30%. [0034] Dieser Vorteil kann auch bei Abluft- und Belüftungsrohren im Hausbau und in der Industrie genutzt werden, da durch strömende Gase ebenfalls Schallwellen erzeugt werden, die störende Geräusche erzeugen. [0035] Durch den Einsatz von elastomermodifiziertem Material sinkt selbstverständlich die Steifigkeit des Materials und somit des Produktes. Wird vom Produkt eine hohe Steifigkeit gefordert, kann diese durch zusätzliche Faserverstärkung des Materials erfolgen. Die Faserverstärkung kann hier sowohl in den Thermoplastschichten, wie auch in den elastomermodifizierten Schichten zugegeben werden. Als Verstärkungsfasern eignen sich Glas, Aramid, Kohle, Basalt, Metallfasern und Naturfasern wie Holz, Flachs, Hanf, Kokos etc. [0036] Die Zugabemenge der Fasern liegt zwischen 5 und 80%, bevorzugt zwischen 15 und 70% bezogen auf die restlichen Anteile der jeweiligen Schicht. [0037] Die Zugabe der Fasern kann als Endlosfasern oder auch als geschnittene Faser erfolgen. Geschnittene Fasern können bereits im Material eincompoundiert sein, oder bei der Extrusion getrennt zugeführt und im Extruder vermischt werden. [0038] Es ist somit mit dem Mehrschichtextrudat, das mindestens eine elastomermodifizierte Schicht aufweist gelungen ein Produkt zu entwickeln, welches wesentlich bessere Schlagzähigkeit, Wechselfestigkeit, Schallabsorption und dabei ein geringeres Gewicht und einen niedrigeren Preis wie herkömmliche Produkte aufweist, was Aufgabe war. Ansprüche 1. Mehrschichtextrudat aus thermoplastischem Kunststoff, welcher additiviert, bzw. mineralisch gefüllt oder verstärkt sein kann und durch mehrere Extruder, welche in einem Feed-block oder einer Mehrkanaldüse zusammengeführt werden, hergestellt wird und aus zumindest zwei unterschiedlichen Schichten besteht dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Schicht einen Anteil an feinkörnigem Elastomer enthält.
2. 2. Mehrschichtextrudat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomeranteil in der jeweiligen Schicht zwischen 10 und 80% liegt.
3. 3. Mehrschichtextrudat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer ein Recyclat ist und aus Altreifen, insbesondere Autoaltreifen stammt.
4. 4. Mehrschichtextrudat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer ein Recyclat aus Produktionsabfällen, insbesondere der Dichtungsproduktion stammt.
5. 5. Mehrschichtextrudat nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer ein Naturkautschuk, Styrol Butadien Kautschuk, Isoprenkautschuk, Chloroprenkautschuk, Nitril Butadien Kautschuk, Ethylen-Propylen-Terpolymer, oder eine Mischung daraus ist.
6. 6. Mehrschichtextrudat nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße des Elastomers zwischen 0,3 und 0,7 mm liegt.
7. 7. Mehrschichtextrudat nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoplastmatrix aus Polyolefin, insbesondere aus Polyethylen oder Polypropylen, sowie deren Mischungen und Blends besteht.
8. 8. Mehrschichtextrudat nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoplastmatrix aus Polyvinylchlorid besteht.
9. 9. Mehrschichtextrudat nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen Dreischichtaufbau aus Außen-, Mittel- und Innenschicht aufweist und nur die Mittelschicht elastomermodifiziert ist. 4/5 österreichisches Patentamt AT 12 888 U1 2013-01-15
10. 10. Mehrschichtextrudat nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der elastomermodifizierten Schicht zwischen 40 und 80% bezogen auf die Gesamtdicke beträgt.
11. 11. Mehrschichtextrudat nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der elastomermodifizierten Schicht ein Haftvermittler eingesetzt wird.
12. 12. Mehrschichtextrudat nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich in mindestens einer Schicht ein faserförmiger Verstärkungsstoff eingesetzt wird.
13. 13. Mehrschichtextrudat nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Rohr, insbesondere ein Kanal-, Abfluss-, Abluft oder Belüftungsrohr ist.
14. 14. Mehrschichtextrudat nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Hohlkammerprofil, insbesondere ein Fensterprofil ist. Hierzu keine Zeichnungen 5/5