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Verfahren zur Herstellung eines Pulvers gleichmässiger
Korngrösse aus thermoplastischen Kunststoffen
Zahlreiche thermoplastische Kunststoffe, besonders solche mit relativ niedrigem Erweichungspunkt, lassen sich durch einfaches, trockenes Mahlen nicht in Pulverform überführen. Der Grund ist vor allem in der niedrigen Wärmeleitfähigkeit der thermoplastischen Kunststoffe zu suchen, die das ausreichende Abführen der Reibungswärme verhindert, so dass der Kunststoff während des Mahlens erweicht und verklebt. Zur Überführung solcher thermoplastischer Kunststoffe in Pulverform sind deshalb viele Verfahren ausgearbeitet worden, besonders da die Verarbeitung dieser Kunststoffe - hier sind vor allem Polyolefine, wie Polyäthylen, zu nennen-zu einem nicht geringen Anteil über den pulverförmigen Zustand erfolgt.
Die Anforderungen bezüglich Feinheit und Gleichmässigkeit der Korngrösse sind meist sehr gross, besonders wenn die Pulver zu Überzügen nach dem Flammspritz- oder Wirbelsinterverfahren verarbeitet werden sollen.
Das Pulverisieren von Polyäthylen gelingt durch einfaches Vermahlen, wenn der Kunststoff gleichzeitig durch Aufspritzen von flüssigem Stickstoff gekühlt wird. Man erhält dabei aber eine grobe Körnung und das Verfahren ist unwirtschaftlich. Pulverförmiges Polyäthylen erhält man auch, wenn bei höheren Temperaturen hergestellte Lösungen in Ligroin oder Xylol abgekühlt werden. Das Pulver enthält aber viel Lösungsmittel und die Trocknung bereitet Schwierigkeiten. Schliesslich erhält man auch durch Anwendung grosser Scherkräfte in Knetern bei gleichzeitiger Wasserkühlung der Knetapparatur ein pulverförmiges Polyäthylen, das aber faserige Struktur aufweist und deshalb zur Verarbeitung nach dem Flammspritzverfahren nur bedingt geeignet ist.
Ausserdem erfolgt durch die Einwirkung sehr starker mechanischer Kräfte ein Abbau des Kunststoffes, wodurch seine physikalischen Eigenschaften verschlechtert werden. Der Energieverbrauch ist bei diesem Verfahren auch sehr hoch und die Beanspruchung des Kneters und des Antriebsmechanismus sehr gross.
Es wurde nun gefunden, dass man nach einem einfachen und wirtschaftlich arbeitenden Verfahren thermoplastische Kunststoffe, die bei trockenem Vermahlen erweichen und verkleben, in Pulverform beliebig regelbarer Korngrösse überführen kann, wenn man das stückige Produkt unter fortwährendem Rühren schmilzt und die Schmelze unter weiterem Ruhren durch plötzliche Kühlung abschreckt. Die Pulverisierung erfolgt bei diesem Verfahren durch die schlagartige Überführung des Kunststoffes vom flUssigen in den festen Zustand bei gleichzeitiger Einwirkung mechanischer Kräfte.
Nach dem Verfahren können Polyäthylen und Polyäthylenwachse sowie Kunststoffe mit ähnlicher Schmelzviskosität wie Polyäthylen, z. B. auch Polyäthylen-Polyisobutylenmischungen, in Pulverform übergeführt werden.
Man bedient sich bei diesem Verfahren vorzugsweise der bekannten Kneter mit Druckstempel, Schneckenmaschinen oder ähnlicher Anlagen, die es gestatten, relativ hochviskose Schmelzen zu bewegen. Die Anlage muss abwechselnd geheizt und gekühlt werden können. Das Heizen kann beliebig mit Heissdampf, Öl oder elektrischem Strom erfolgen, jedoch genügt meist Heizen mit niedergespanntem Wasserdampf, da die zu pulverisierenden Kunststoffe einen niedrigen Erweichungspunkt besitzen. Ausserdem kann bei der Verwendung von Dampf das Heizen und Kühlen in einem Aggregat abwechselnd mit
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Dampf und kaltem Wasser erfolgen. Während des Schmelzens wird vorzugsweise ein geringer Innendruck von etwa 1 at angewendet. Beim Kühlen kann der Druck geringer, z. B. 0, 5 at, sein.
Nach dem Verfahren gemäss der Erfindung gelingt eine vollständige Überführung grober Kunststoffteilchen in einem Arbeitsgang in ein feines homogenes Pulver. Polyäthylen von beliebigem Molekulargewicht, z. B. Hochdruck-Polyäthylen vom Molgewicht 55000 oder Niederdruck-Polyäthylen vom Mol- gewicht 160000, kann durch Variieren der Temperatur der Schmelze oder des Kühlmittels, der Rührgeschwindigkeit oder des Stempeldruckes, in ein Pulver jeder gewünschten Beschaffenheit und Korngrösse übergeführt werden. Das Verfahren arbeitet äusserst schonend, da die Schmelze nur geringen Scherkräften ausgesetzt ist und die Überführung vom geschmolzenen in den pulverförmigen, festen Zustand sehr schnell erfolgt.
Infolgedessen ist auch kein Abbau des Kunststoffes zu beobachten wie bei Verfahren, bei denen der zähe, halb erweichte Kunststoff durch Anwendung grosser Scherkräfte zerrissen wird.
Polyäthylenpulver, das nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt wurde, ist homogen und von gleichmässiger Beschaffenheit und eignet sich vorzüglich zum Überziehen von Gegenständen nach dem Wirbelsinter- oder Flammenspritzverfahren. Aus nieder-und hochmolekularem Polyäthylen lassen sich gut homogene Mischungen herstellen. Ausserdem können Zusatzstoffe beliebiger Art gleichmässig ein- gearbeitet werden oder pulverförmige Zusatzstoffe können dem fertigen Pulver zur direkten Weiterverarbeitung zugegeben werden.
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Schaufel 25 Umdr/min und der Stempeldruck 0, 5 at beträgt. Die Schmelze wird innerhalb von 5 Minuten vollständig in ein homogenes Pulver übergeführt.
Der Schmelzindex des Pulvers beträgt unverändert 1,76. 80 gO des Pulvers gehen durch ein Sieb mit 200 Maschen pro cm2. Der gröbere Rückstand kann bei der nächsten Pulverherstellung ohne weiteres zugesetzt werden. Das Pulver kann vorzüglich nach dem Flammspritzverfahren verarbeitet werden. Durch Variieren der Umdrehungszahl und Kühlgeschwindig- keit kann die Kombeschaffenheit weitgehend reguliert werden.