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Starre faserverstärkte Platte aus thermoplastischem Kunststoff und Verfahren zu deren Herstellung
Flache, thermoplastische Platten finden weit verbreitete Anwendung als Formkörper und als Oberflächenbeläge, beispielsweise für Wände und Böden. Es herrscht auch Bedarf an starren, widerstandsfähigen Platten, die feuerfest sind und sich daher für Bauzwecke eignen. Dem thermoplastischen Kunststoff kann durch Armieren mit Fasern Festigkeit verliehen werden. Für die Feuerfestigkeit ist ein chlorhältiges Polymer erforderlich. Es ist wohlbekannt, dass Polyvinylchlorid eine sehr gute Feuerfestigkeit sowie den weiteren Vorteil hat, dass es billig und leicht erhältlich ist. Es ist jedoch nur starr, wenn es ganz frei oder doch im wesentlichen frei von Weichmachern ist.
Ein Verfahren zur Herstellung einer starren bewehrten thermoplastischen Platte besteht darin, dass ein Gemisch von in der Wärme erweichten thermoplastischem Material und Fasern in einem Mehrwalzen-Reduktionskalander zu einer Platte kalandriert wird, wobei die Dicke der Platten im Walzwerk fortschreitend vermindert wird. Dabei erhält man eine Platte, in welcher die Fasern gründlich verteilt und in der Ebene der Platte gut orientiert sind. Infolge der hohen Schmelzviskosität der geschmolzenen thermoplastischen Polymeren, die die Anwendung einer sehr grossen Arbeitsmenge auf das Gemisch erfordert, tritt dabei eine starke Beschädigung der Fasern auf.
Es ist daher nicht möglich, dieses Reduktionskalandrierverfahren für die Erzeugung einer faserverstärkten Platte aus Vinylchloridpolymer anzuwenden, sofern nicht das Polymer vorher erweicht wurde, doch ist die Platte dann nicht mehr starr.
Im Stammpatent Nr. 280615 ist eine starre faserverstärkte Platte aus thermoplastischem Kunststoff, die eine bei Raumtemperatur in nicht verstärktem Zustande starre Polymerkomponente enthält, die aus Monomeren mit überwiegendem Anteil an Vinylchlorid gebildet ist, sowie ein zur Herstellung dieser Platte besonders geeignetes Verfahren beschrieben.
Die Platte gemäss dem Stammpatent ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Polymerkomponente aus einem Copolymer von Vinylchlorid mit einem andern Monomer z. B. Vinylidenchlorid, gebildet ist und dass die Fasern durch die ganze Masse hindurch gleichförmig verteilt sind, wobei alle Fasern in der Ebene der Platte bzw. im wesentlichen parallel zur Ebene der Platte liegen, wobei die Fasern aus Asbestfasern und/oder Stapelglasfasern und/oder organischen Fasern bestehen, wobei die Glasfasern oder organischen Fasern eine Länge bis zu 51 mm, vorzugsweise von 2,6 bis 25,4 mm, und die Asbestfasern eine durchschnittliche Länge von 0,26 bis 12, 8 mm, vorzugsweise von 1, 5 bis 3,8 mm aufweisen.
Beim Verfahren nach dem Stammpatent werden die Probleme gelöst, die früher bei der Erzeugung von Platten aus Vinylchloridpolymer aufgetreten waren, indem eine in flüssiger Form vorliegende
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Polymerkomponente und Fasern, die aus Asbestfasern und/oder Stapelglasfasern und/oder organischen
Fasern bestehen, wobei die Glasfasern oder organischen Fasern eine Länge bis zu 51 mm und die Asbest- fasern eine durchschnittliche Länge von 0,26 bis 12, 8 mm aufweisen, zu einer im wesentlichen homo- genen teigartigen Masse verarbeitet werden, wobei eine aus Monomeren mit überwiegendem Anteil an
Vinylchlorid hergestellte Polymerkomponente eingesetzt wird, die bei Raumtemperatur starr oder im wesentlichen starr ist,
und indem die Masse auf einer heissen Kalanderwalze kontinuierlich in Einzelschichten aufgebracht und die auf diese Weise auf der Walze gebildete Platte aufgeschnitten und von der Walze abgenommen wird, worauf man sie zu einer starren Platte auskühlen lässt. Als Polymerkomponente wird dabei vorzugsweise eine Lösung eines Copolymers von Vinylchlorid mit einem andern
Monomer in einem flüchtigen, organischen Lösungsmittel verwendet, wobei dieses andere Monomer vorzugsweise Vinylidenchlorid ist. Das Copolymer von Vinylchlorid und Vinylidenchlorid ist jedoch nicht nur teuer, sondern es hat auch eine Platte mit einem Gehalt an diesemCopolymer einen eher niedrigen Wärmeverformungspunkt.
In weiterer Ausgestaltung des Stammpatentes wurde nun gefunden, dass bei Ersatz des Copolymers von Vinylchlorid mit einem andern Monomer durch ein niedrigmolekulares Homopolymer von Vinylchlorid mit einem K-Wert von 40 bis 45 besondere Vorteile eintreten.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine starre faserverstärkte Platte aus thermoplastischem Kunststoff, nach Patent Nr. 280615, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Polymerkomponente ganz oder zum überwiegenden Anteil aus einem Vinylchloridhomopolymer besteht, wobei insgesamt mindestens 5 Gew. -0/0 der Polymerkomponente aus einem Vinylchloridhomopolymer mit einem K-Wert von 40 bis 45 bestehen.
Ein Homopolymer von Polyvinylchlorid mit einem K-Wert in diesem Bereich ist bei Raumtemperatur starr, es ist jedoch auch teilweise oder ganz löslich in, oder zumindest aufhellbar durch organische Lösungsmittel wie Toluol, Aceton, Methyläthylketon, Benzol und andere aliphatische und aromaische Kohlenwasserstoffe und Ketone. Es kann daher in einem beliebigen flüchtigen, organischen Lösungsmittel verwendet werden, um die erforderliche Klebrigkeit der teigartigen Masse zu erzielen.
Polyvinylchlorid kann bekanntlich mit jedem gewünschten Molekulargewicht hergestellt werden.
Jedes Polyvinylchlorid kann dabei als Funktion eines K-Wertes definiert werden, der vom Molekular-
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mittels entspricht und C die Konzentration der Lösung in g des gelösten Stoffes pro 100 err Lösung ist, wobei alle Messungen in Nitrobenzollösung durchgeführt werden.
Der Gehalt an Polyvinylchlorid, Homopolymer in der erfindungsgemässen Platte mit einem K-Wert von 40 bis 45 kann, wie bereits erwähnt, auf Grund der Löslichkeit eines derartigen Polyvinylchlorids in Toluol bestimmt werden. PVC-Homopolymerisate mit einem höheren K-Wert sind in Toluol nichtlöslich. Zur Bestimmung des Polymeranteils mit niedrigem K-Wert kann so vorgegangen werden, dass die erfindungsgemässe Platte der Einwirkung von heissem Toluol ausgesetzt und der erhaltene Extrakt einer Infrarotanalyse unterzogen wird.
Die Erfindung betrifft auch ein zur Herstellung der starren thermoplastischen Platte besonders geeignetes Verfahren, wobei nach der im Stammpatent beschriebenen Art und Weise gearbeitet wird, wobei aber eine Polymerkomponente verwendet wird, die zur Gänze oder zum überwiegenden Anteil aus einem Vinylchloridhomopolymer besteht, wobei sie mindestens 5 Gew.-% eines Vinylchloridhomopolymers mit einem K-Wert von 40 bis 45 enthält.
Es ist somit nicht mehr erforderlich, aus zwei teigartigen Massen verschiedener Zusammensetzung eine Grundschicht und eine Körperschicht zu bilden, um eine gute Haftung der Schichten aneinander zu gewährleisten, jedoch auch eine leichte Abziehbarkeit der Platte vom Kalander zu erzielen, wie dies im Stammpatent beschrieben ist, Eine einzige teigartige Masse, deren Polymerkomponente einen geeigneten Anteil des Polyvinylchlorids von niedrigem K-Wert enthält, ergibt eine ausreichende Klebrigkeit, Haftung und Abziehbarkeit.
Mit Ausnahme dieses Punktes kann die Erfindung auf genau die gleiche Art und Weise durchgeführt werden, wie die imStammpatent beschriebene Erfindung. Es können dieselben Fasern und Vinylchloridhomopolymeren von hohem Molekulargewicht eingesetzt sowie ähnliche Verfahrensbedingungen angewendet werden.
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erfindungsgemässen PlattenVinylchloridhomopolymer mit einem K-Wert von 40 bis 45 ist, wie oben erwähnt, bei Raumtemperatur starr und kann daher die gesamte Polymerkomponente der Platte bilden. Die mechanischen Eigenschaften eines solchen Homopolymers sind jedoch nicht gut und es ist viel besser, wenn man als Hauptanteil ein
Vinylchloridhomopolymer mit einem höheren Molekulargewicht verwendet.
Normalerweise werden vorzugsweise 15 bis 25 Gew.-Teile des Vinylchloridhomopolymers mit einem K-Wert von 40 bis 45 mit 85 bis 75 Gew.-Teilen des Vinylchloridhomopolymers von höherem Molekulargewicht verwendet.
Die Produkte haben dann die beste Feuerbeständigkeit sowie gute Starrheit und Wetterfestigkeit. Man erzielt wesentliche Vorteile dadurch, dass man das Polyvinylchlorid von niedrigem K-Wert an Stelle des Vinylchlorid/Vinylidenchlorid, Copolymers verwendet, unter anderem leichtere Herstellbarkeit der Platte, weil die Klebrigkeit der teigartigen Masse nicht so kritisch ist, eine bessere Wärmebeständigkeit und einen höheren Hitzeverformungspunkt des Endproduktes.
Für einige Verwendungszwecke brauchen die faserverstärkten Platten nicht feuerbeständig sein. Es ist jedoch sehr erwünscht, die Platten aus einer Polymerkomponente herzustellen, die zu einem überwiegenden Anteil aus Polyvinylchlorid besteht, u. zw. wegen der dabei erzielbaren Wetterfestigkeit.
Eine derartige Platte kann beispielsweise als Strassentafel verwendet werden. Es ist dann möglich, einen
Teil des Vinylchloridhomopolymers von höherem Molekulargewicht durch ein Copolymer von Acrylnitril und Butadien zu'ersetzen, das dann gemeinsam mit dem Vinylchloridhomopolymer von niedrigem Molekulargewicht eingesetzt wird. Bei Verwendung dieses Copolymers erzielt man eine bessere Festigkeit und eine leichtere Handhabung der in Schichten aufgetragenen, teigartigen Masse auf dem Kalander. Man erzielt auch eine bessere Schlagfestigkeit und Formbarkeit des Endproduktes. Der Gesamtanteil dieses Copolymers in der Polymerkomponente beträgt normalerweise nicht mehr als ] 00/0.
In jedem Fall besteht die Polymerkomponente mindestens zu 5%, vorteilhafterweise jedoch mindestens zu 10%, aus Polyvinylchlorid mit niedrigem K-Wert.
Ist jedoch weder eine maximale Feuerbeständigkeit noch eine maximale Wetterbeständigkeit von besonderer Bedeutung, so kann die Polymerkomponente wohl noch immer zu einem überwiegenden Anteil aus Vinylchloridhomopolymer bestehen, jedoch auch bis zu 10 Gew.-% an Polymeren oder Copolymeren, die kein Polyvinylchlorid mit einem niedrigen K-Wert darstellen, mit oder ohne Acrylnitril/Butadien enthalten, so dass die Platten leichter verfestigt oder geformt werden können, bzw. deren Schlagfestigkeit oder Zähigkeit verbessert wird, während ihre Feuer- und Wetterfestigkeit nur geringfügig vermindert wird.
Beispiele solcher Polymere oder Copolymere, die den Platten einverleibt werden können, sind Copolymere von Acrylnitril, Butadien und Styrol, Copolymere von Äthylen und Vinylacetat, Copolymere von Vinylchlorid und Vinylfumarat, Polyacrylate und Polymethacrylate, chlorierte Polyäthylene und die Copolymeren von Styrol und dem Diester der Maleinsäure mit einem Alkoholgemisch mit 8 Kohlenstoffatomen. Diese Stoffe können in den meisten Fällen vorteilhafterweise als Feststoffe oder in Form von Latices zugesetzt werden.
Nachstehend werden Beispiele für die Herstellung von starren Platten angeführt, die zum Verformen in einer Presse oder als selbsttragende Platten geeignet sind.
Beispiel 1 : 145 Teile Toluol, 20 Teile eines Vinylchloridhomopolymers (K-Wert 40 bis 45), 20 Teile eines Vinylchloridhomopolymers (K-Wert 60 bis 70), 60 Teile eines pulverförmigen, pastenartigen Vinylchloridpolymers, 8,25 Teile eines Stabilisators für Polyvinylchlorid, der unter der Marken- bezeichnung"Ferroperm"D erhältlich ist, und 25 Teile pulverförmiger Talk als Füllmittel werden in einem geeigneten Mischer während etwa 45 min zusammengemischt.
Etwa ein Drittel des Gemisches wurde dann in einen geeigneten Mischer einer Type gegeben, der nur eine minimale Faserzerstörung verursacht. 105 Teile eines Gemisches von Asbestfasern der Sorten 3 und 4 wurden dann langsam während 20 min zugesetzt. Dann wurde der restliche Teil des Gemisches zugesetzt und das Mischen während 10 min fortgesetzt. 25 Teile eines wässerigen Latex von Polyvinylchlorid mit einem Feststoffgehalt von 5 o wurden dann zugesetzt und das Mischen während weiterer 5 min fortgesetzt. Schliesslich wurde ein Pigment einverleibt und die Masse während weiterer 20 min gemischt, nach welcher Zeit die teigartige Masse kalanderfertig war.
Die teigartige Masse wurde dem Walzenspalt eines Laminierungskalanders zugeführt und damit eine laminierte Platte von 0, 89 mm Dicke aufgebaut, wobei jede Beschichtung etwa 0, 01 mm dick ist.
Vier derartige Platten wurden dann in einer Presse unter Bildung einer 3,2 mm dicken Tafel laminiert, wobei die folgenden Eigenschaften festgestellt wurden :
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<tb> Zugfestigkeit <SEP> 1113 <SEP> kg/cmz <SEP> in <SEP> der <SEP> Maschinenrichtung
<tb> Young <SEP> Modul
<tb> (Elastizitätsmodul) <SEP> 150,5 <SEP> x <SEP> 103 <SEP> kg/cm2 <SEP> in <SEP> der <SEP> Maschinenrichtung
<tb> Biegefestigkeit <SEP> 1820 <SEP> kg/cmz <SEP> in <SEP> der <SEP> Maschinenrichtung
<tb> Biegemodul <SEP> 154 <SEP> x <SEP> 103 <SEP> kg/cmz <SEP> in <SEP> der <SEP> Maschinenrichtung
<tb> Izod-Kerbschlagfestigkeit
<tb> auf <SEP> der <SEP> Fläche <SEP> 0,271 <SEP> mkg/cm <SEP> Kerbe <SEP>
<tb> am <SEP> Rand <SEP> 0,152 <SEP> mkg/cm <SEP> Kerbe
<tb> Wärmeverformungspunkt <SEP> 1000C
<tb> (Faserbelastung <SEP> 18,5 <SEP> kg/cm)
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Beispiel 2 :
Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, wobei aber an Stelle von 25 Teilen des wässerigen Latex aus Polyvinylchlorid 31,25 Teile von einem Latex aus einem Acrylnitril-Butadien-Copolymer mit einem Feststoffgehalt von 400/0 verwendet wurden.
Die Platte hatte die folgenden Eigenschaften :
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<tb>
<tb> Zugfestigkeit <SEP> 1127 <SEP> kg/cm <SEP> in <SEP> der <SEP> Maschinenrichtung
<tb> Young <SEP> Modul
<tb> (Elastizitätsmodul) <SEP> 182 <SEP> x <SEP> 103 <SEP> kg/cm'in <SEP> der <SEP> Maschinenrichtung
<tb> Biegefestigkeit <SEP> 1680 <SEP> kg/cmz <SEP> in <SEP> der <SEP> Maschinenrichtung
<tb> Biegemodul <SEP> 126 <SEP> x <SEP> 103 <SEP> kg/cmz <SEP> in <SEP> der <SEP> Maschinenrichtung
<tb> Izod-Kerbschlagfestigkeit
<tb> auf <SEP> der <SEP> Fläche <SEP> 0, <SEP> 32 <SEP> rnkg/cm <SEP> Kerbe
<tb> am <SEP> Rand <SEP> 0, <SEP> 155 <SEP> mkg/cm <SEP> Kerbe
<tb> Wärmeverformungspunkt <SEP> 850C.
<tb>
Die Platte war zäher und elastischer als die in Beispiel 1 erhaltene Platte und hatte eine bessere Kerbschlagfestigkeit.
Beispiel 3 : Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde nochmals wiederholt, wobei aber an Stelle der 25 Teile des wässerigen Latex aus Polyvinylchlorid 25 Teile eines Polyacrylatlatex mit einem Gehalt von 50% Feststoffen verwendet wurden.
Die Platte hatte die folgenden Eigenschaften :
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<tb> Zugfestigkeit <SEP> 1050 <SEP> kg/cm <SEP> in <SEP> der <SEP> Maschinenrichtung
<tb> Young <SEP> Modul
<tb> (Elastizitätsmodul) <SEP> 161 <SEP> x <SEP> ] <SEP> 03 <SEP> kg/cm2 <SEP> in <SEP> der <SEP> Maschinenrichtung
<tb> Biegefestigkeit <SEP> 1540 <SEP> kg/cmz <SEP> in <SEP> der <SEP> Maschinenrichtung
<tb> Biegemodul <SEP> 119 <SEP> x <SEP> l <SEP> O* <SEP> kg/cm <SEP> in <SEP> der <SEP> Maschinenrichtung
<tb> Izod-Kerbschlagfestigkeit
<tb> auf <SEP> der <SEP> Fläche <SEP> 0,296 <SEP> mkg/cm <SEP> Kerbe
<tb> am <SEP> Rand <SEP> 0,155 <SEP> mkg/cm <SEP> Kerbe
<tb> Wärmeverformungspunkt <SEP> 88 C.
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Die Platte hatte eine bessere Verformbarkeit als die nach Beispiel 1 erhaltene.
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