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Verfahren zur Herstellung von Vliesen und Pressstoffen
Es ist bekannt, Presskörper, beispielsweise Pressplatten, aus faserigem Material, beispielsweise aus Holzfasern, Asbest u. dgl. unter Verwendung von thermoplastischen Kunstharzen als Bindemittel herzustellen. Hiezu wird das feinteilige Material mit einer wässerigen Dispersion des fertigen Kunstharzes vermengt und das erhaltene Produkt von Wasser befreit und dann durch Anwendung von Hitze und Druck in den endgültigen Presskörper überführt. Die Befreiung des Materials von Wasser geschieht im allgemeinen auf Filtervorrichtungen. Dabei tritt als Nachteil ein Verlust an Kunststoffpulver auf, weil die feinen Kunststoffteilchen meist von den Filtergeräten nicht vollständig zurückgehalten werden können.
Die erhältlichen Presskörper sind grösstenteils inhomogen, was eine geringe Festigkeit und eine grosse Neigung zu Verwerfungen verursacht.
Es wurde nun gefunden, dass man Vliese und Pressstoffe aus Fasermaterial und zu Kunststoffen polymerisierbaren organischen Verbindungen oder Gemischen solcher Verbindungen unter Vermeidung
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sators und vorzugsweise in Gegenwart eines Beschleunigers polymerisiert und unter Entfernung des Wassers ein Vlies bildet, dieses trocknet und gegebenenfalls unter Anwendung von Druck und Wärme verpresst.
Die monomeren, polymerisierbaren, organischen Verbindungen können vorzugsweise auch im Gemisch mit ihren Polymerisaten und/oder Mischpolymerisaten und/oder Polymerisatgemischen eingesetzt werden.
Derartige Monomere oder Gemische bzw. Lösungen von Polymeren in Monomeren erhärten bei dem erfindungsgemässen Verfahren durch Vinylpolymerisation. Die Polymerisationsprodukte werden dabei bevorzugt auf die Faserteilchen aufpolymerisiert und haften auf diesen ausserordentlich fest. Eine derartige feste Haftung kann beispielsweise durch eine Behandlung der Faserteilchen mit bereits fertigpolymerisierten Kunstharzen nicht erreicht werden.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann vorteilhaft so vorgegangen werden, dass man mit Hilfe von mechanischen Mitteln eine Aufschlämmung der Fasern in Wasser durchführt und die Emulsion der Kunstharz bildenden Bestandteile getrennt unter Verwendung eines Emulgators herstellt. Es können hiebei ionische und insbesondere nichtionische Emulgatoren verwendet werden. Auch Gemische dieser beiden Arten haben sich in manchen Fällen als zweckmässig erwiesen.
Diese beiden Ansätze werden sodann vorteilhaft unter kräftigem Rühren zusammengefügt, wobei zweckmässigerweise die Emulsion in die Aufschlämmung der Faserteilchen eingetragen wird. Ebenso ist es möglich, die Aufschlämmung in die Emulsion einzubringen. Nach dem Zusammenfügen der beiden Teile kann die Emulsion des polymerisationsfähigen Gemisches gebrochen werden.
Es ist aber auch möglich, die Aufschlämmung der Faserstoffe und die Emulsion der zu polymerisierenden Verbindungen gleichzeitig in einem Gefäss vorzunehmen. In diesem Fall würde man beispielsweise den mit dem Emulgator versetzten Polymerisationsansatz in das Wasser eingiessen und gleichzeitig oder vorher oder nachher den Faserbrei zugeben und gut durchmischen. In jedem Fall wird der Katalysator oder das Katalysatorsystem dem monomeren Bestandteil der Emulsion zugegeben. Beschleunigerkomponenten werden zweckmässigerweise erst nach Herstellung der Mischung aus Faseraufschlämmung und Monomer- bzw. Monomer-Polymer-Emulsion zugesetzt, um ein vorzeitigess Polymerisieren der Emulsion zu vermeiden. Je nach der Art des verwendeten Katalysators bzw.
Katalysatorsystems tritt die Polymerisation entweder bei Raumtemperatur selbständig ein oder sie erfolgt erst nach Erwärmung des Gemisches. Während der Polymerisation wird die Aufschlämmung zweckmässigerweise in ständiger Bewegung gehalten, um ein Absetzen und übermässiges Verkleben der Faserteile zu vermeiden. Nach Beendigung der Polymerisation wird der Feststoff vom Wasser nach an sich bekannten Methoden, beispielsweise durch Filtration, abgetrennt und der restliche Wassergehalt unter Erwärmung entfernt, was beispielsweise in einem Trockenkanal erfolgen kann. Bei dieser Trocknung sollten Temperaturen, die in den
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thermoplastischen Bereich des auf den Fasern vorhandenen Polymerisats hineinführen, vermieden werden, weil in diesem Fall durch das Zusammenfliessen des Polymerisats eine Trocknung erschwert oder sogar verhindert werden könnte.
Es ist auch vorteilhaft, die Vliesbildung bereits vor der Beendigung der Polymerisation vorzunehmen.
Das auspolymerisierte Vlies kann als solches weiterverwendet oder gleich anschliessend oder zu einem späteren Zeitpunkt der Verpressung, gegebenenfalls unter einer weiteren Verformung, zugeführt werden. Die Verpressung erfolgt bei erhöhten Temperaturen und kann beispielsweise in Etagenpressen oder auf einem Kalander erfolgen. In manchen Fällen ist aber auch die Anwendung von Strangpressen möglich.
Die beim Verpressen gewählten Temperaturen und Drucke hängen von dem jeweils vorhandenen Polymerisat ab. Hat man beispielsweise Methacrylsäuremethylester in dem Gemisch mit Polymethacrylsäure-
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Cformungsgrad des Materials ab. Er kann deshalb in weiten Grenzen schwanken. In den meisten Fällen kann aber diese Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens bei Temperaturen von etwa 120 bis etwa 1900 C und bei Drucken von 0, 1 bis etwa 150kg/cm2ausgeführtwerden. Es ist oft zweckmässig, die Abkühlung der Presskörper unter Druck durchzuführen, zumindest bis zu einer Temperatur, bei der der Pressteil eine genügend grosse Eigenfestigkeit besitzt.
Besondere Vorteile bieten sich, wenn man das erfindungsgemässe Verfahren kontinuierlich durchführt.
In diesem Fall können Vorrichtungen verwendet werden, die von der Papierherstellung her bekannt sind.
Sie bestehen im wesentlichen aus einem Stoffsuspensionsbehälter, in dem die Fasern aufgeschlämmt werden und die Polymerisation nach Zugabe der Monomer- bzw. Monomer-Polymer-Emulsion durchgeführt wird. Von diesem Behälter aus wird das Gemisch auf ein Langsieb gegeben und dort vom Wasser, gegebenenfalls mit Hilfe von Unterdruck, getrennt. Das erhaltene Vlies gelangt von dem Langsieb dann in einen Trockenkanal und wird dort von dem Restwasser befreit. Nach dem Trockenkanal ist bei diesen Vorrichtungen eine Presse oder ein Kalander angeordnet, die gegebenenfalls heizbar sind. Unter Anwendung solcher Vorrichtungen können Pressstoffe, insbesondere Pressstoffplatten, auf einfache Art mit einer besonders hohen Durchsatzgeschwindigkeit hergestellt werden. Die erhältlichen Platten können dann thermoplastisch weiterverformt werden.
Selbstverständlich kann auch das Vlies ohne Verpressung weiterverwendet werden.
Als Fasermaterial können bei dem erfindungsgemässen Verfahren alle diejenigen Stoffe eingesetzt werden, die für die Herstellung von Papier brauchbar sind, z. B. Graupapier, Holzschliff, Zellstoff, ferner Holzmehl, Holzfasern, Textilfasern pflanzlichen und tierischen Ursprungs sowie synthetische Fasern, zerfaserte Lederabfälle und auch Asbestmehl oder-fasern. Auch Glasfasern können verwendet werden.
Die Stärke der Fasern und ihre Länge können je nach den gewünschten Eigenschaften des Endproduktes ausgewählt werden. Es empfielt sich, die Fasern in einer möglichst feinen Verteilung einzusetzen ; gegebenenfalls können sie auch Vorbehandlungen unterworfen werden, die eine Erleichterung des Aufpolymerisierens zur Folge haben. Hiezu gehören neben rein mechanischen Aufbereitungen z. B. dieVerwendung eines Finish auf Glasfasern oder ein Anquellen von organischen, synthetischen Fasern vor dem Aufschliessen in Lösungsmitteln oder in Monomeren.
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setzt werden. Besonders geeignet sind die niedrigen Ester der Acrylsäure und Methacrylsäure. Bevorzugt wird der Methacrylsäuremethylester eingesetzt.
Diese monomeren Stoffe können nach einer bevorzugten Variante des Verfahrens auch ihre Polymerisate einzeln oder zu mehreren oder die entsprechenden Mischpolymerisate gelöst enthalten. Von den Polymerisaten wird wiederum der Polymethacrylsäuremethylester bevorzugt. Dabei können auf 100 Teile Monomeres bis zu etwa 150 Teile Polymeres kommen.
Sollte das Polymere im Monomeren nicht löslich sein, so kann man zur Erzielung eines Lösungsvorganges entsprechende Gemische verwenden.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn man die monomere und die polymere Verbindung in Form eines durch partielle Polymerisation in Gegenwart eines Radikale bildenden Katalysators, vorzugsweise von Azodiisobuttersäurenitril, und gegebenenfalls eines Reglers, vorzugsweise eines Merkaptans oder eines Esters der Merkaptoessigsäure, hergestellten sirupösen Vorpolymerisats verwendet. Die Herstellung solcher Vorpolymerisate ist an sich bekannt und in der deutschen Auslegeschrift Nr. 1 083 057 beschrieben.
Die Mengen des Polymerisationsgemisches können in sehr weiten Grenzen variiert werden. In Abhängigkeit von diesen Mengen kann man Vliese oder Presskörper herstellen, die einerseits vorwiegend den Charakter des verwendeten Faserstoffes und zum andern den Charakter des verwendeten Kunstharz bildenden Stoffes aufweisen. Es sind also Körper erhältlich, die, beispielsweise bei der Verwendung von Papierfasern, Papiercharakter aufweisen, zum andern sind solche Körper in diesem Fall erhältlich-näm- lich bei der Anwendung von grossen Mengen an Kunststoff bildenden Massen-die den Charakter des durch Papier verstärkten Kunststoffes zeigen. Im zuerst genannten Fall wird ein Papier erhalten, welches gute Zugfestigkeiten auch im nassen Zustand, gute Dehnungswerte, Berstfestigkeiten und Weiterreissfestigkeiten sowie niedrige Benetzbarkeit für Wasser aufweist.
Im andern Fall erhält man einen Kunst-
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stoff, dessen mechanische Daten denjenigen des reinen Kunststoffes nur wenig nachstehen und den Vorteil einer schnellen und preisgünstigen Herstellung haben. Die Menge des verwendeten Polymerisationsgemisches ist nur von dem Anwendungszweck der Endprodukte abhängig.
Wie bereits ausgeführt, wird die Polymerisation unter Mitverwendung eines Katalysators durchgeführt.
Dieser Katalysator kann aus einer peroxydischen Verbindung bestehen. In diesem Fall müssen zur Einleitung der Polymerisation erhöhte Temperaturen Anwendung finden, was im Rahmen dieser Erfindung als weniger vorteilhaft betrachtet wird. Immerhin können auch in diesem Fall durch eine fachmännische Auswahl der peroxydischen Verbindungen bei einer Temperatur von etwa 60 C Polymerisationszeiten von nur 2 h erreicht werden. Zu diesem Zweck wird die Polymerisation zweckmässigerweise in einem geschlossenen Behälter, der mit einem Rückflusskühler ausgestattet ist, durchgeführt. Vorteilhafter ist es jedoch, eine sogenannte Kalthärtung durchzuführen. Die für diese Kalthärtung erforderlichen Katalysatorsysteme sind von der Blockpolymerisation her bekannt.
Vorteilhaft ist die Anwendung sogenannter Redoxysysteme, die zweckmässigerweise aus einer peroxydischen Verbindung einerseits und einem tertiären Amin, welches zweckmässigerweise mindestens einen aromatischen Rest tragen soll, anderseits bestehen. Mit Hilfe solcher Systeme lassen sich die Polymerisationen in ausserordentlich kurzen Zeiten durchführen, was wiederum für die kontinuierliche Durchführung des Verfahrens von Vorteil ist. Die Katalysatoren bzw. die Katalysatorsysteme werden etwa in den von der Blockpolymerisation her bekannten Mengen eingesetzt.
Beispiele für die peroxydischen Verbindungen sind vor allem die Diacylperoxyde, wie Benzoylperoxyd, 4, 4- Parachlorbenzoylperoxyd, 2, 4- Dichlorbenzoylperoxyd, ferner Lauroylperoxyd, tert. Butylperbenzoat, tert. Butylperacetat usw.
Als Amine können mit Vorteil tertiäre Amine, insbesondere solche, die einen aromatischen Rest direkt am Stickstoffatom gebunden enthalten, eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind : Diäthylol-p-toluidin, Di-isopropylol-p-toluidin, Di-isopropylol-m-toluidin, Di-n-butylol-p-toluidin, Di-n-butylol-m-toluidin, Dimethylanilin, Dimethyl-p-toluidin.
Neben den oben genannten Bestandteilen können die Katalysatorsysteme noch weitere Komponenten enthalten, wie organische Kupferverbindungen oder Verbindungen, die ein labiles Halogen-, insbesondere Chloratom enthalten. Ferner können noch Alkohole und organische Schwefelverbindungen zugesetzt werden.
Es ist ferner möglich, bei der Herstellung der Gemische Farbstoffe, beispielsweise Farbpigmente, zuzugeben. Auch andere Zusätze, die beispielsweise die Entflammbarkeit herabsetzen oder den Insektenfrass bzw. Pilzbefall verhindern, können mitverwendet werden.
Die erfindungsgemässen Presskörper können thermoplastisch weiterverformt werden. Sie sind ferner durch Sägen, Hobeln, Polieren od. dgl. bearbeitbar. Auch ein Verschweissen ist in allen denjenigen Fällen möglich, in denen ein hiefür geeigneter, Kunststoff bildender Stoff verwendet worden ist. Man kann aber auch ein an sich nicht schweissbares Material durch ein- oder beidseitiges Aufbringen von Kunststoffplatten oder -folien verschweissbar machen. Zu diesem Zweck können auch Gewebe- oder Papierbahnen, die mit Kunstharzen imprägniert worden sind, verwendet werden. Dieser Schichtaufbau kann aber auch mit einem andern Ziel, beispielsweise zur Herstellung bestimmter Oberflächenbeschaffenheiten oder zum Erreichen optischer Effekte, erfolgen.
Das Aufbringen der weiteren Schichten kann bereits dann erfolgen, wenn sich das Produkt noch im Zustand eines Vlieses befindet. Die Verbindung der weiteren Schichten mit dem Vlies erfolgt in diesem Fall bei der Verpressung. Es ist aber auch möglich, die bereits verpressten Körper durch nochmalige Anwendung von Druck und Hitze mit den weiteren Schichten zu verbinden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Vliesen und Pressstoffen aus wässerigen Aufschlämmungen von Fasermaterial und zu Kunststoffen polymerisierbaren organischen Verbindungen oder Gemischen solcher
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endständige CH2=C (- GruppePolymerisats oder einss Mischpolymerisats bzw. rolymensatgemisches solcher Verbindungen, in Wasser aufschlämmt bzw. emulgiert, das Gemisch in Gegenwart eines peroxydischen Katalysators und vorzugsweise in Gegenwart eines Beschleunigers polymerisiert und in bekannter Weise unter Entfernung des Wassers ein Vlies bildet, dieses trocknet und gegebenenfalls unter Anwendung von Druck und Wärme verpresst.