BE1018452A3

BE1018452A3 - Werkwijze voor de vervaardiging van pre-versterkte en versterkte pvc polymeren en inrichtingen daarvan.

Info

Publication number: BE1018452A3
Application number: BE2008/0594A
Authority: BE
Inventors: Raf Bussels; Joseph Philip Gabriuls; Christianus Johannes Spijkerman
Original assignee: Tessenderlo Chemie N V S A
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2010-12-07
Also published as: EP2350172A1; EP2350172B1; BE1018319A3; WO2010049528A1

Abstract

De uitvinding betreft een werkwijze voor de vervaardiging van een versterkte polyvinychloride inrichting omvattende de stappen: a) bereiden van een pre-versterkt polymeer door het vermengen van polyvinychloride polymeer met een hoeveelheid A van een vulstof bij een temperatuur lager dan de smelttemperatuur van het polyvinychloride polymeer; en b) vermengen van het pre-versterkt polymeer verkregen onder a) met een hoeveelheid B van een vulstof bij een temperatuur hoger dan 180°C tot een versterkt polyvinylchloride polymeer.

Description

Werkwijze voor de vervaardiging van pre-versterkte en versterkte PVC

polymeren en inrichtingen daarvan

Technisch veld

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van een pre-versterkt en versterkt polymeer op basis van Polyvinylchloride polymeer. De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van een versterkte Polyvinylchloride inrichting.

Achtergrond

Polyvinylchloride polymeer (PVC) is een kunststof die omwille van zijn veelzijdige fysische en chemische eigenschappen toepassing vindt in allerlei takken van de industrie, bijvoorbeeld ter vervanging van hout en metaal. Met behulp van vulstoffen en eventueel andere hulpstoffen kan men de eigenschappen van PVC wijzigen zodat PVC inrichtingen met gewenste kenmerken worden bekomen. Het gebruik van PVC inrichtingen ter bekleding van buitengevels (siding) bijvoorbeeld, vereist een materiaal dat niet gevoelig is aan uitzetten, doorbuigen en kromtrekken onder invloed van warmte.

Om de lineaire thermische expansie coëfficiënt voldoende te kunnen verlagen dienen grote hoeveelheden vulstof te worden gebruikt. De bekende werkwijzen hebben echter het grote nadeel beperkt te zijn in de hoeveelheden die kunnen worden ingezet, bijvoorbeeld wegens mengproblemen. Om aan dit probleem te verhelpen werd het gebruik van versterkende vezels geïntroduceerd en opgedreven. In US 2007/0078181 werden verhoogde hoeveelheden glasvezel ingezet. De introductie van glasvezels leidt echter tot verhoogde productie uitval- en reparatiekosten omwille van de agressieve eigenschappen van de vezels op transportleidingen en apparatuur. Ook om gezondheidsreden dienen deze vulstoffen vermeden te worden, bijvoorbeeld omwille van het blootstellingsrisico verbonden aan het inademen van glasvezels.

Het gebruik van alternatieve versterkende vezels zoals organische (aramidevezels) .minerale (koolstofvezels) of natuurlijke vezels (vlas, houtvezels), leidt tot een aanzienlijke verhoging van de grondstofkosten. Een nadeel van natuurlijke vezels is hun variërende samenstelling en dus schommelende kwaliteit. Bovenzien zijn ze vochtgevoelig en kunnen ze beschimmelen.

In het licht van bovenstaande eigenschappen is er een nood aan nieuwe werkwijzen ter vervaardiging van versterkte Polyvinylchloride polymeren en Polyvinylchloride inrichtingen. De onderhavige uitvinding beoogt deze problemen althans gedeeltelijk op te lossen en verschaft daartoe een werkwijze waarbij grote hoeveelheden goedkope en niet-agressieve vulstoffen kunnen ingezet worden.

Samenvatting

Het doel van deze uitvinding is het voorstellen van een werkwijze ter vervaardiging van pre-versterkte en versterkte polymeren op basis van Polyvinylchloride, alsook van versterkte inrichtingen gemaakt uit pre-versterkte of versterkte PVC polymeren verkrijgbaar volgens een werkwijze van de uitvinding.

Meer bepaald, de uitvinding betreft een werkwijze voor de vervaardiging van een versterkte Polyvinylchloride inrichting omvattende de stappen : a) het bereiden van een pre-versterkt polymeer door het vermengen van Polyvinylchloride polymeer met een hoeveelheid A van een vulstof bij een temperatuur lager dan de smelttemperatuur van het Polyvinylchloride polymeer; en b) het vermengen van het pre-versterkt polymeer verkregen onder a) met een hoeveelheid B van een vulstof bij een temperatuur hoger dan 180 °C tot een versterkt Polyvinylchloride polymeer.

In een verder aspect voorziet de uitvinding een pre-versterkt polymeer verkrijgbaar door stap a) uit een werkwijze volgens de uitvinding. Nog in een verder aspect voorziet de uitvinding een versterkt polymeer verkrijgbaar door een werkwijze volgens de uitvinding.

Bovendien voorziet de uitvinding ook een versterkt Polyvinylchloride polymeer op basis van een formulatie die omvat : - Polyvinylchloride polymeer in een hoeveelheid die bij voorkeur ligt tussen 30 en 99, meer bij voorkeur tussen 35 en 99, meest bij voorkeur tussen 40 en 99 gewichts% van de formulatie - vulstof in een hoeveelheid die bij voorkeur ligt tussen 30 en 70 gewichts%, meer bij voorkeur tussen 35 en 70 gewichts% meest bij voorkeur tussen 40 en 70 gewichts% van de formulatie

Tenslotte voorziet de uitvinding ook een inrichting verkregen door extrusie van een pre-versterkt of versterkt polymeer volgens de uitvinding.

Een werkwijze volgens de uitvinding heeft als voordelen dat relatief grote hoeveelheden vulstof kunnen worden ingezet zonder dat daarbij meng- en/of segregatieproblemen optreden bij aanmaak of pneumatisch transport van pre-versterkte en/of versterkte polymeren. Bovendien zijn de vulstoffen goedkoop, ruim verkrijgbaar en zijn ze niet agressief. Een werkwijze volgens de uitvinding heeft als bijkomend voordeel dat het pre-versterkt en/of versterkt polymeer makkelijk verwerkbaar zijn en het verwerkingsproces minder uitvalproblemen vertoont. Een werkwijze volgens de uitvinding is minder gevoelig aan problemen van opsmelten van een extrudervoeding. Een werkwijze volgens de uitvinding resulteert in kwaliteitsvolle producten met glad uitzicht, homogene samenstelling, met verbeterde eigenschappen zoals thermische uitzetbaarheid, stijfheid, densiteit.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter te tonen, zijn hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen beschreven.

Beschrijving van de uitvinding

De uitvinding betreft een werkwijze voor de vervaardiging van pre-versterkte en versterkte polymeren op basis van Polyvinylchloride, alsook van versterkte Polyvinylchloride inrichtingen gemaakt uit pre-versterkte of versterkte PVC polymeren verkrijgbaar volgens een werkwijze van de uitvinding.

Met een werkwijze waarbij de totale hoeveelheid wordt verdeeld in twee delen en wordt verdeeld over de werkwijze stappen, is het mogelijk het vulstofgehalte op te drijven zonder dat daarbij de verwerkbaarheid in het gedrang komt. De vulstof die in stap a) wordt ingezet kan verschillen van de vulstof gebruikt in stap b).

In een geprefereerde uitvoeringsvorm bedraagt de totale hoeveelheid vulstof uitgedrukt in gewichts%, tot 70% van het versterkt Polyvinylchloride polymeer. De inzetbaarheid van grotere hoeveelheden vulstof biedt meer mogelijkheden tot het sturen van producteigenschappen, bijvoorbeeld de reductie van de lineaire thermische expansie coëfficiënt.

Polyvinylchloride heeft in tegenstelling tot andere kunststoffen, niet één welbepaalde smelttemperatuur maar eerder een smeltgebied dat gaat van 120 °C tot 240 °C. Met “temperatuur lager dan de smelttemperatuur” van een Polyvinylchloride polymeer, wordt een temperatuur lager dan 130 °C bedoeld.

In een geprefereerde werkwijze volgens de uitvinding is de temperatuur in stap b) bij voorkeur 185 °C, meer bij voorkeur 190 °C, meest bij voorkeur 200 °C.

Processen die een thermische behandeling omvatten en kunnen worden ingezet in een werkwijze volgens de uitvinding zijn processen zoals compounderen, granuleren, extruderen of spuitgieten.

Compounderen

In een eerste stap a) worden Polyvinylchloride polymeer en een hoeveelheid A van een vulstof vermengd tot vorming van een pre-versterkt polymeer. Als synoniem voor de term “pre-versterkt polymeer’’ zoals aangewend in onderhavige uitvinding kan de term compound worden gebruikt.

Polyvinylchloride polymeer, bijvoorbeeld onder de vorm van korrels, wordt bij kamertemperatuur in een warmmenger gebracht. Bij voorkeur worden ook één of meerdere hulpstoffen toegevoegd. Een warmmenger is van het tank-type, ook intensieve menger genoemd. Een warmmenger van het tank-type bestaat uit een verticale, cilindervormige tank, eventueel uitgerust met een dubbele wand waarin een opwarmvloeistof kan rondgepompt worden (om de mengcyclus te verkorten). Onderaan in de kuip, gemonteerd op een verticale as, bevindt zich een roerwerk. Het roerwerk wordt gestart. Dit roerwerk draait zeer snel, met een tipsnelheid van 20 - 50 m/s. De totale hoeveelheid die in een formulatie zal worden ingezet, wordt bij voorkeur opgesplitst in twee delen, een hoeveelheid A en een hoeveelheid B. Door de hoge tipsnelheid van het roerwerk wordt frictie opgewekt tussen de Polyvinylchloride polymeer korrels, waardoor deze opwarmen. Bij 80°C wordt een hoeveelheid A van een vulstof, toegevoegd. Er wordt doorgemengd tot het mengsel, een temperatuur van 120°C bereikt heeft.

Ondanks een beperkt volume van de mengkuip en het zeer lage Startgewicht (gewicht/volumeverhouding) en dus groot volume per kg vulstof, kan de hoeveelheid vulstof met een werkwijze volgens de uitvinding aanzienlijk worden opgevoerd.

De hoeveelheid A van een vulstof ligt bij voorkeur tussen 25-40 phr, meer bij voorkeur tussen 30-40 phr, meest bij voorkeur tussen 30-35 phr. Onder de term “phr” zoals aangewend in onderhavige uitvinding wordt verstaan “parts per hundred resin”. Bij het gebruik van deze eenheid wordt uitgegaan van 100 delen Polyvinylchloride polymeer en de hoeveelheid andere ingrediënten wordt uitgedrukt ten opzichte van deze 100 delen Polyvinylchloride polymeer. Vanaf 25 phr vulstof wordt een compound hooggevuld genoemd.

Een werkwijze volgens de uitvinding heeft niet het probleem dat bij het inzetten van een grotere hoeveelheid vulstof, de warmmenger hooggevuld wordt en nog maar een relatief kleine massa heeft, zodat in de warmmenger niet genoeg frictie kan worden ingebracht en geen intieme menging van de ingrediënten kan worden bekomen. Een werkwijze volgens de uitvinding heeft als effect dat een zeer intensieve menging optreedt tussen het Polyvinylchloride polymeer, vulstof en eventuele hulpstoffen. Het mengsel is homogeen.

Na het bereiken van een temperatuur van 120 °C wordt het mengsel overgestort in een koudmenger. Een koudmenger kan een verticale tank-type menger zijn, maar ook een horizontale ribbon blender, of een horizontale ploegschaarmenger. In het geval er een tank-type koudmenger gebruikt wordt, bestaat de menger uit een verticale, cilindervormige tank, uitgerust met een dubbele wand waarin een koelvloeistof kan rondgepompt worden. Een roerwerk is dan onderaan in de kuip gemonteerd op een verticale as. In het geval er gebruik gemaakt wordt van een horizontale koudmenger, bestaat de menger uit een horizontale, cilindervormige tank, uitgerust met een dubbele wand waarin een koelvloeistof kan rondgepompt worden. Een roerwerk is dan centraal in de kuip gemonteerd op een horizontale as. Het volume van de koudmenger is typisch 2-4 x het volume van de warmmenger. De wand van de koudmenger wordt gekoeld met koelwater (10-15°C), en het mengsel wordt langzaam omgeroerd. Het roerwerk van een koudmenger draait typisch traag, met een tipsnelheid van 4-8 m/s. Het mengsel wordt afgekoeld tot 40 °C.

Het pre-versterkt polymeer verkregen volgens bovenstaande werkwijze volgens de uitvinding, wordt overgestort in een geschikt opslagmedium en is klaar voor verder gebruik.

Met een werkwijze volgens de uitvinding worden problemen van segregatie, ontmengen van vulstof en PVC tijdens transport, vorming van afzettingen in transportbuizen, gereduceerd. Zelfs de samenstelling van hooggevulde compounds (> 25 phr vulstof) blijft nagenoeg homogeen bij hun transport naar een installatie voor verdere behandeling.

Extruderen

Het pre-versterkt polymeer ondergaat een verdere thermische behandeling waarbij de temperatuur verhoogd wordt tot boven de smelttemperatuur, bij voorbeeld met behulp van een extruder. In een geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding wordt een temperatuur hoger dan 180 °C bekomen door extrusie. Het inzetten van een extruder heeft als voordeel dat een mengsel verschillende temperatuurszones doorloopt en daarbij voortdurend wordt gemengd en gekneed. Het effect is een optimale warmte-opname, continue productie en verhoogde procesefficiëntie.

Een extruder bestaat uit een cilinder met daarin één of meerdere schroeven. De cilinder is vooraan voorzien van een vulopening. Gekoppeld aan de vulopening zijn er één of meerdere doseerstations. De voeding vanuit de doseerstations wordt op een schroef gebracht en in de cilinder verwarmd tot hoger dan 180 °C. De temperatuur van de cilinder van een extruder wordt typisch gezoneerd ingesteld. Zo kan de temperatuur in verschillende zones oplopen van 170 °C in een eerste zone tot 200 °C in een zone aan het uiteinde van de matrijs. Downstream ten opzichte van de vulopening is de extruder voorzien van een ontgassingzone (uitgerust met een vacuümpomp) om vocht en lucht te verwijderen. Voor de werkwijze van de uitvinding kan zowel een enkelschroefsextruder, een reciprocerende enkelschroefsextruder (kneder) als een tegendraaiende parallelle of conische dubbelschroefsextruder worden gebruikt.

Het pre-versterkt polymeer en de versterkende vulstof worden elk vanuit hun eigen opslagmedium naar een doseerstation op de extruder getransporteerd. Bij voorkeur wordt een extruder gebruikt die uitgerust is met een eerste doseerstation voor pre-versterkt polymeer en met een tweede doseerstation voor het toevoegen van een hoeveelheid vulstof B. In een geprefereerde werkwijze volgens de uitvinding, worden het pre-versterkt polymeer verkregen uit stap a) en een hoeveelheid B van een vulstof separaat toegevoerd aan een extruder.

Vanuit deze doseerstations vloeien het pre-versterkt polymeer en de vulstof via een vulopening op een schroef van de extruder. Het pre-versterkt polymeer en de vulstofstroom kunnen ofwel via eenzelfde vulopening op de schroeven van de extruder gebracht worden, ofwel kan de versterkende vulstof via een tweede vulopening, downstream ten opzichte van de vulopening voor het pre-versterkt polymeer, toegevoegd worden. Het is ook mogelijk een deel van het pre-versterkt polymeer te vervangen door regeneraat (scrap). Het regeneraat kan via een derde doseerstation op een schroef van de extruder worden gebracht.

In een geprefereerde uitvoeringsvorm ligt het totaal aantal delen vulstof (A+B) tegenover het aantal delen Polyvinylchloride polymeer, bij voorkeur tussen 0.4 en 2.5, meer bij voorkeur tussen 0.6 en 1.5, meest bij voorkeur tussen 0.8 en 1.2. Deze verhouding heeft als voordeel dat voldoende polymeer aanwezig is tegenover vulstof voor een goede opsmelting en vermenging in een extruder, met als gevolg een homogeen mengsel.

Het pre-versterkt polymeer ingebracht op een cilinderschroef wordt opgesmolten door verwarming boven de smelttemperatuur van het Polyvinylchloride polymeer. Het vermengt zich verder met de ingebrachte vulstof. Deze smeltstroom beweegt zich door de cilinder van de extruder.

In een geprefereerde uitvoeringsvorm is de ratio van de hoeveelheid A van een vulstof over de hoeveelheid B van een vulstof bij voorkeur minstens 0.2, meer bij voorkeur minstens 0.25, meest bij voorkeur minstens 0.3. Een voordeel van deze ratio is dat de extrudervoeding een nagenoeg optimale vloei en samendrukbaarheid vertoont. Dit is onverwacht daar bekend is dat hooggevulde compounds moeilijk door de vulopening in een cilinder van een extruder vloeien en niet snel genoeg vloeien om de eerste gangen van een schroef goed te vullen met compound, wat leidt tot onvolledige menging en een slechte kwaliteit van het eindproduct. Het is tevens bekend dat een hooggevuld compound een zeer hoge samendrukbaarheid heeft en zich gedraagt zoals drijfzand. Een schroef van een extruder kan het compound bijgevolg in slechts beperkte mate compacteren, onvoldoende om de vereiste frictie op te wekken om het materiaal te laten smelten. Hierdoor komt het compound als een poeder of als een product dat slecht gesinterd is, uit een extruder.

Een versterkt polymeer bekomen volgens bovenstaande werkwijze kan verder verwerkt worden zodat een gewenste vorm wordt verkregen, zoals bijvoorbeeld een granulaat of een profiel. Een profiel bekomen volgens een werkwijze van de uitvinding heeft een goede bewerkbaarheid. Het kan bewerkt worden met standaard schrijnwerkersgereedschap zoals een schaaf. Het kan worden gespijkerd of vernageld zonder dat daarbij het profiel gaat barsten. Het kan dienst doen als basis voor hang- en sluitwerk (het beslag).

Granuleren

Bij voorkeur omvat de werkwijze in stap b) een granulatie. In een geprefereerde werkwijze volgens de uitvinding wordt het pre-versterkt polymeer verkregen uit stap a) gegranuleerd. Hiertoe wordt het pre-versterkt Polyvinylchloride polymeer verkregen uit stap a) en een hoeveelheid B van een vulstof geëxtrudeerd met een extruder uitgerust met een granuleermatrijs.

Het granuleren kan zowel op een enkelschroefsextruder, een reciprocerende enkelschroefsextruder (kneder) als op een tegendraaiende parallelle of conische dubbelschroefsextruder uitgevoerd worden. De extruder is uitgerust met een doseerstation voor het compound, en met een tweede doseerstation voor het toevoegen van een hoeveelheid B van een vulstof. De smeltstroom uit een extrusieproces door een granuleermatrijs geperst. Bij een reciprocerende enkelschroefsextruder, wordt de smeltstroom die de cilinder van de extruder verlaat, via een tweede korte schroef (een compressieloze transportschroef) naar een granuleermatrijs gebracht. Bij andere type extruders is de cilinder van de extruder op het einde voorzien van een granuleermatrijs. De temperatuur van de granuleermatrijs bedraagt 180-190 °C. De smeltstroom vormt bij het verlaten van de granuleermatrijs dunne strengen (diameter 2-4 mm). De strengen worden door een roterend mes afgesneden tot stukjes met een lengte van 1 à 3 mm (eventueel onder water). Dit granulaat wordt naar een droog- en koeltoren geblazen, afgekoeld en overgestort in een geschikt opslagmedium. Het granulaat is klaar voor verder gebruik.

Granuleren heeft als voordeel dat problemen met segregatie, die kunnen optreden tijdens het transport van een hooggevuld compound, zijnde een pre-versterkt polymeer op basis van een grote hoeveelheid vulstof, worden vermeden. De keuze tussen het al of niet granuleren hangt voornamelijk af van de lay-out van een productieplant (transportafstand van het compound) en van economische factoren (financiële kost van het granuleren).

Aldus voorziet de uitvinding een werkwijze waarin het pre-versterkt polymeer verkregen uit stap a) wordt gegranuleerd in stap b).

Produceren van een versterkte Polyvinylchloride inrichting

In een geprefereerde werkwijze volgens de uitvinding wordt het versterkt Polyvinylchloride polymeer verkregen uit stap b) verwerkt tot een versterkte Polyvinylchloride inrichting, bijvoorbeeld door profiel extrusie. Door het toepassen van een werkwijze volgens de uitvinding kunnen hooggevulde grondstoffen worden ingezet bij de aanmaak van inrichtingen. Bovendien kan de aanmaak van inrichtingen in eenzelfde fabriek en/of zelfde apparatuur gebeuren, wat een economisch voordeel biedt. Door het weglaten van het gebruik van glasvezels, treedt minder abrasieve slijtage op van de extruder en matrijs. Dit heeft als effect dat profielen met een verbeterde maatvastheid kunnen worden geproduceerd alsook dat het afkeurpercentage tengevolge van afwijkende maatvoering van profielen wordt gereduceerd. Een bijkomend voordeel is het beschikbaar komen van hoogwaardige inrichtingen voor veeleisende toepassingen, zoals bijvoorbeeld raamprofielen (blootstelling aan warmte), precisie onderdelen (maatvastheid), wandbekleding (brandwerend).

Voor de productie van een versterkte Polyvinylchloride inrichting volgens de uitvinding kan zowel worden uitgegaan van pre-versterkt polymeer verkregen uit stap a) of granulaat.verkregen door in stap b) een granulatie uit te voeren.

Directe extrusie

In een direct extrusie proces, wordt een pre-versterkt polymeer verkregen onder a) met een hoeveelheid B van een vulstof vermengd bij een temperatuur hoger dan 180°C.

In een geprefereerde uitvoeringsvorm van de uitvinding worden het pre-versterkt polymeer verkregen uit stap a) en een hoeveelheid B van een vulstof, geëxtrudeerd. Dit gebeurt op de werkwijze zoals bovenaan beschreven onder extruderen. Voor de productie van een inrichting, is de extruder uitgerust met een matrijs met een opening in de vorm van het gewenste inrichting. De smeltstroom die de extruder verlaat wordt door de opening van de matrijs gevoerd om aldus een gewenste vorm te bekomen. Het afzagen van stukken met gewenste afmetingen levert Polyvinylchloride inrichtingen, klaar voor verder gebruik.

Extrusie van granulaat

Het granulaat verkregen door in stap b) een granulatie uit te voeren, wordt vanuit zijn opslagmedium naar een doseerstation op een extruder getransporteerd. Vanuit dit doseerstation vloeit het granulaat via een vulopening op de schroef of schroeven van een extruder. Hier wordt het granulaat opgewarmd, opgesmolten en daarna door de extruderschroef of schroeven naar de matrijs getransporteerd. In de matrijs, die een opening heeft in de vorm van een gewenste inrichting, wordt de smeltstroom in de gewenste vorm geperst. Het afzagen van stukken met gewenste afmetingen levert versterkte Polyvinylchloride inrichtingen, klaar voor verder gebruik.

In een verder aspect voorziet de uitvinding een pre-versterkt polymeer, versterkt polymeer en Polyvinylchloride element, verkrijgbaar met een werkwijze volgens de uitvinding. Een werkwijze volgens de uitvinding, omvat het aanmaken en thermisch behandelen van een formulatie die een Polyvinylchloride polymeer, vulstof en eventueel één of meerdere hulpstoffen omvat.

In een geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, wordt een Polyvinylchloride polymeer geselecteerd uit een groep omvattende S-PVC, M-PVC, E-PVC. Onder de termen “S-PVC”, “M-PVC”, “E-PVC” zoals aangewend in onderhavige uitvinding wordt respectievelijk verstaan Polyvinylchloride polymeer verkregen door suspensie polymerisatie van vinylchloride (S-PVC), Polyvinylchloride verkregen door bulk polymerisatie van vinylchloride (M-PVC, mass PVC), Polyvinylchloride verkregen door emulsiepolymerisatie van vinylchloride (E-PVC). In een meer geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, wordt S-PVC gebruikt. Het Polyvinylchloride polymeer zorgt voor sterkte, flexibiliteit, hardheid en duurzaamheid van het finale product. Het polymeer is commercieel verkrijgbaar als korrels of poeder. Het Polyvinylchloride polymeer kan industrieel product zijn of kan worden ingezet onder de vorm van regeneraat (scrap).

In een geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, wordt een Polyvinylchloride polymeer gebruikt met een K-waarde tussen 50 en 68. De K-waarde van een polymeer is een maat voor het moleculair gewicht en is gebaseerd op de inherente viscositeit. Een K-waarde tussen 50 en 68 komt overeen met een gewichtsgemiddeld moleculair gewicht van ongeveer 40.000-100.000 g/mol. Naargelang van de toepassing, kan een Polyvinylchloride polymeer met hogere of lager K-waarde worden geselecteerd. In een geprefereerde werkwijze volgens de uitvinding heeft het Polyvinylchloride polymeer bij voorkeur een K-waarde heeft tussen 50 en 68, meer bij voorkeur tussen 60 en 68, meest bij voorkeur tussen 64 en 68. Een Polyvinylchloride polymeer met lage K-waarde kan makkelijker opgeschuimd en verwerkt worden. Bij voorkeur heeft Polyvinylchloride polymeer een K-waarde van 57 voor geschuimde toepassingen, en een K-waarde van 65 voor niet-geschuimde toepassingen. Deze waardes hebben een goede verwerkbaarheid en mechanische eigenschappen als voordeel.

In een geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, wordt de vulstof geselecteerd uit een groep omvattende silica, wollastoniet, vermiculiet, talk, mica, glasvezels, aramidevezels, koolstofvezels en/of combinaties ervan. In geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding kan door het gebruik van een vulstof de modulus of stijfheid en de lineaire thermische expansiecoëfficiënt van een eindproduct worden verbeterd.

In een meer geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, is de vulstof talk en/of mica. Talk is een gehydrateerd magnesium silicaat, met als chemische structuurformule Mg3Si4Oio(OH)2. Voor toepassing wordt het gemalen tot poeder met een gemiddelde korrelgrootte tussen 0.5 pm en 20 pm welke commercieel verkrijgbaar zijn. Mica is bij voorkeur van het type muscoviet, dit is een phyllosilicaat mineraal, met als chemische structuurformule KAl2(AISi3O10)(OH,F)2. Voor toepassing wordt het gemalen tot poeder met een gemiddelde korrelgrootte tussen 0.5 pm en 20 pm. Het is commercieel verkrijgbaar. Het voordeel van deze vulstoffen is hun goede prijs-performantie balans. Zij hebben niet de hoge prijs die aramide- of koolstofvezels kenmerken. Bovendien bevatten ze niet de abrasieve en corrosieve eigenschappen die glasvezels bezitten, zodat machine onderdelen minder snel dienen te worden gerepareerd of vervangen.

Een formulatie kan naast Polyvinylchloride polymeer en vulstof, ook één of meerdere hulpstoffen bevatten. In een geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, wordt naast een hittestabilisator, glijmiddel en verwerkingshulpstof nog minstens één hulpstof gebruikt geselecteerd uit een groep omvattende slagvastmakers, schuimmiddelen, lichtstabilisatoren, kleurstoffen. In een meer geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding worden minstens een hittestabilisator, glijmiddel en verwerkingshulpstof gebruikt.

In een geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, wordt een hittestabilisator toegevoegd geselecteerd uit een groep stabilisatoren van het type CaZn, Ca-organisch, Sn, Pb. Met type CaZn worden calcium-zink systemen bedoeld gebaseerd op vetzuurzouten van calcium en zink in combinatie met costabilisatoren. Met type Ca-organisch worden stabilisatoren bedoeld gebaseerd op vetzuurzouten van calcium in combinatie met costabilisatoren. Met type Sn worden stabilisatoren gebaseerd op organische tinverbindingen bedoeld. Met type Pb worden stabilisatoren bedoeld gebaseerd op lood. Een hitte stabilisator zorgt ervoor dat het dehydrochloreringsproces van Polyvinylchloride wordt vertraagd en verhindert dat Polyvinylchloride verbrandt tijdens een thermische behandeling, zoals extruderen. Voor toepassing in Europa is er een voorkeur voor CaZn en Ca-organische stabilisatoren, terwijl er voor toepassing in Noord-Amerika een voorkeur is voor Sn stabilisatoren. De redenen hiervoor zijn historisch. Noord-Amerika heeft altijd de voorkeur gehad voor Sn, terwijl Europa steeds de voorkeur had voor Pb stabilisatoren. Aangezien Pb stabilisatoren zullen verdwijnen (ten laatste in 2015) gaat de voorkeur in Europa nu uit naar CaZn en Ca-organisch. In een geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, ligt de totale hoeveelheid stabilisatoren in een formulatie bij voorkeur tussen 1 tot 4 gewichts%, meer bij voorkeur tussen 2 en 4 gewichts%, meest bij voorkeur tussen 3 en 4 gewichts%. In een meer geprefereerde uitvoeringsvorm van de uitvinding, bedraagt de totale hoeveelheid stabilisatoren maximum 1.5% bij gebruik van stabilisatoren van het type Sn, 5% bij gebruik van stabilisatoren van het type Pb, 2-4% bij gebruik van stabilisatoren van het type Ca/Zn of Ca-organisch.

Een formulatie kan ook een glijmiddel bevatten om bijvoorbeeld de beweging van een polymeer door een verwerkingstoestel, zoals een extruder, te bevorderen. In een geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, wordt een glijmiddel geselecteerd uit een groep omvattende polyethyleen-wassen, geoxideerde polyethyleen-wassen, paraffinewassen, vetzuuresterwassen (bijvoorbeeld distearylftalaat), zouten van vetzuren (bijvoorbeeld calcium stearaat), vetzuren, vetzuuralcoholen, amine-wassen en/of combinaties ervan. In een geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, ligt de totale hoeveelheid glijmiddel bij voorkeur tussen 0 en 2 gewichts%, meer bij voorkeur tussen 1 en 2 gewichts%, meest bij voorkeur tussen 1.5 en 2 gewichts%.

Verder kan een verwerkingshulpstof worden gebruikt. In een geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, wordt een verwerkingshulpstof geselecteerd uit een groep omvattende methacrylaat Copolymeren, acrylaat copolymeren, methacrylaat terpolymeren, acrylaat terpolymeren en/of een combinatie ervan. In een geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, ligt de totale hoeveelheid verwerkingshulpstof in een formulatie bij voorkeur tussen 0 en 15 gewichts%, meer bij voorkeur tussen 5 en 15 gewichts%, meest bij voorkeur tussen 8 en 15 gewichts%. Dit gebruik ondersteunt bijvoorbeeld de verwerkbaarheid van een polymeer door fusie te promoten, verbetert de smeltsterkte, wijzigt oppervlakte eigenschappen, zorgt voor het beter loskomen van een formulatie van metalen onderdelen.

Om de slagvastheid van een eindproduct te verbeteren, kan een slagvastmaker worden toegevoegd aan een formulatie. In een geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, wordt een slagvastmaker geselecteerd uit een groep omvattende slagvastmakers volgens het type CPE (gechloreerd polyetheen), MBS (een kern-schil slagvastmaker met een rubberachtige kern gebaseerd op butadieen-styreen rubber, en een harde schil gebaseerd op methacrylaat polymeren), all acrylic (een kern-schil slagvastmaker met een rubberachtige kern gebaseerd op acrylaat polymeren, en een harde schil gebaseerd op methacrylaat polymeren) of synthetisch silica. In een geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, ligt de totale hoeveelheid slagvastmakers bij voorkeur tussen 0 en 5 gewichts%, meer bij voorkeur tussen 1 en 5 gewichts%, meest bij voorkeur tussen 2 en 5%. In een meer geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding wordt een slagvastmaker van het type all acrylic ingezet. Dit gebruik heeft als voordeel een uitstekende slagvastheid te geven gecombineerd met een goed verouderingsgedrag.

Indien een geschuimd eindproduct gewenst is, wordt een schuimmiddel ingezet. In een geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, wordt een schuimmiddel geselecteerd uit een groep omvattende schuimmiddelen volgens het type natrium (bi)carbonaat, azodicarbonamide, ρ,ρ’-oxybis (benzene sulfonyl) hydrazide (OBSH). In een meer geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding wordt een azodicarbonamide gebruikt. Door middel van een azodicarbonamide wordt een goede prijs-performantie balans bekomen. In een geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, ligt de totale hoeveelheid schuimmiddelen in een formulatie bij voorkeur tussen 0 en 5 gewichts%, meer bij voorkeur tussen 1 en 5 gewichts%, meest bij voorkeur tussen 2 en 5 gewichts%.

Om de degradatie van Polyvinylchloride polymeer door invloed van licht af te remmen, kan een lichtstabilisator worden toegevoegd aan een formulatie. In een geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, wordt een lichtstabilisator geselecteerd uit een groep omvattende een stabilisator van het type titaandioxide, 2-(2’-hydroxyphenhyl)benzotriazoles, 2-hydroxybenzophenones en/of combinaties ervan. In een meer geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding wordt titaandioxide gebruikt. In een meest geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, ligt de totale hoeveelheid lichtstabilisatoren in een formulatie bij voorkeur tussen 0 en 10, meer bij voorkeur tussen 2 en 8 meest bij voorkeur tussen 4 en 6 gewichts%.

Gekleurde versterkte Polyvinylchloride polymeren kunnen bekomen worden door het toevoegen van een kleurstof aan een formulatie. In een geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, wordt een kleurstof geselecteerd uit een groep omvattende een metaalzout, metaaloxide, gemengd metaaloxide en/of combinaties ervan. In een meer geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, wordt een gemengd metaaloxide gebruikt. Deze vertoont het beste verouderingsgedrag. In een geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, ligt de totale hoeveelheid kleurstoffen in een formulatie bij voorkeur tussen 0 en 5 gewichts%, meer bij voorkeur tussen 1 en 4 gewichts%, meest bij voorkeur tussen 2 en 3 gewichts%.

Een versterkte Polyvinylchloride inrichting volgens de uitvinding kan worden voorzien van een dekkende laag of cap. Een additief om een deklaag te bekomen, wordt geselecteerd uit een groep omvattende poly((meth)acrylaat), poly(butylacrylaat-styreen-acrylonitrile), polyvinylidenefluoride, polyvinylfluoride, styreen-acrylonitrile, een lichtbestendig Polyvinylchloride materiaal en/of een combinatie ervan. In een geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, ligt de totale hoeveelheid deklaag additief in een formulatie bij voorkeur tussen 0 en 6 gewichts%, meer bij voorkeur tussen 0 en 4 gewichts%, meest bij voorkeur tussen Oen 2 gewichts%.

In een bijkomend aspect voorziet de uitvinding een versterkt Polyvinylchloride polymeer op basis van een formulatie die omvat : - Polyvinylchloride polymeer in een hoeveelheid die bij voorkeur ligt tussen 30 en 99, meer bij voorkeur tussen 35 en 99, meest bij voorkeur tussen 40 en 99 gewichts% van de formulatie -vulstof in een hoeveelheid die bij voorkeur ligt tussen 30 en 70 gewichts%, meer bij voorkeur tussen 35 en 70 gewichts% meest bij voorkeur tussen 40 en 70 gewichts% van de formulatie

Een Polyvinylchloride polymeer op basis van een formulatie volgens een geprefereerde uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat verhoogde vulstof gehaltes. Deze hooggevulde Polyvinylchloride polymeren zijn zwaarder versterkt, hebben verhoogde brandvertragende eigenschappen, verhoogde taaiheid, verhoogde stijfheid.

In een bijkomend aspect voorziet de uitvinding een pre-versterkt polymeer verkrijgbaar door stap a) uit een werkwijze volgens de uitvinding. In een geprefereerde uitvoeringsvorm omvat een pre-versterkt polymeer, verkrijgbaar door een werkwijze volgens de uitvinding, minstens 25 phr vulstof. Hooggevulde compounds (> 25 phr vulstof), verkrijgbaar door een werkwijze volgens de uitvinding, hebben een stabielere, homogenere samenstelling. Dit geeft aanleiding tot uniformere vervolgproducten en gereduceerde uitvalpercentages.

In een bijkomend aspect voorziet de uitvinding een versterkt polymeer verkrijgbaar door een werkwijze volgens de uitvinding. Zwaarder versterkte polymeren komen ter beschikking.

Versterkte polymeren verkrijgbaar door een werkwijze volgens de uitvinding hebben een verhoogde taaiheid, verhoogde stijfheid.

In een verder aspect voorziet de uitvinding tenslotte een inrichting verkregen door extrusie van een pre-versterkt of versterkt polymeer bekomen met een werkwijze volgens de uitvinding. Deze inrichting kan zwaar versterkt zijn daar de werkwijze toelaat grote hoeveelheden vulstof in te zetten. Ondanks de grote hoeveelheden vulstof is de inrichting van hoge kwaliteit, met een oppervlak met homogeen uitzicht, zonder uitstekende vulstofdelen. Bovendien vertoont de inrichting een grote taaiheid en verhoogde stijfheid. Goede versterkingseigenschappen worden behaald, zelfs zonder de inzet van versterkende vezelmaterialen. Dit resulteert in een goede prijs/kwaliteitsverhouding. De inrichting kan ingezet worden in toepassingen waar vraag is naar verbeterde eigenschappen, zoals verhoogde stijfheid en/of verminderde uitzetting onder invloed van warmte.

Het is vanzelfsprekend dat de beschrijving van de onderhavige uitvinding binnen zijn draagwijdte betrekking kan hebben op alternatieve uitvoeringen van de uitvinding.

De uitvinding wordt geïllustreerd aan hand van de volgende niet-limitatieve voorbeelden.

Formuleren en compounderen Voorbeeld 1

Voor de aanmaak van een batchhoeveelheid van 100 kg, werden in een warmmenger van het merk Periplast, met een kuipvolume van 250 liter, volgende hoeveelheden ingebracht : 100 delen Polyvinylchloride polymeer, 3.5 delen CaZn stabilisator, 1.9 delen glijmiddelen, 8 delen verwerkingshulpstof, 6 delen slagvastmaker en 25 delen talk. De ingrediënten werden gemengd doormiddel van een roerder met tipsnelheid 38 m/s. De manteltemperatuur bedroeg 80 °C. Bij het bereiken van een temperatuur van 120 °C werd het mengsel overgestort. Het mengsel werd in een koudmenger gebracht van het merk Periplast met een kuipvolume van 800 liter. Het mengsel werd geroerd met een tipsnelheid van 6 m/s. Om het mengsel te koelen werd de manteltemperatuur op 10 °C ingesteld. Het mengsel werd gekoeld tot een overstorttemperatuur van 40 °C werd bereikt.

Voorbeeld 2

In de werkwijze volgens voorbeeld 1, werden de 25 delen talk vervangen door 25 delen mica.

Voorbeeld 3

In de werkwijze volgens voorbeeld 1, werden de 3.5 delen CaZn stabilisator vervangen door 1.5 delen Sn stabilisator.

Voorbeeld 4

In de werkwijze volgens voorbeeld 1, werden de 3.5 delen CaZn stabilisator vervangen door 1.5 delen Sn stabilisator en werden de 25 delen talk vervangen door 25 delen mica.

Tabel 1 : voorbeelden van typische formulaties volgens de uitvinding

Granuleren Voorbeeld 5

Pre-versterkt polymeren (compound) verkregen uit voorbeelden 1 tot 4, werden gegranuleerd volgens de werkwijze weergegeven in Tabel 2. In totaal werden 100 phr vulstof ingezet; 25 phr in een eerste en 75 phr in een tweede werkwijze stap. Uit een eerste doseereenheid gevuld met een compound die 25 phr vulstof bevat en een tweede doseereenheid gevuld met vulstof werden productstromen naar een reciprocerende enkelschroefsextruder van het merk Buss PR-46 gevoerd, met een debiet van respectievelijk 26 en 14 kg per uur. Elke productstroom werd via een aparte vulopening op de schroef van de extruder gebracht. De kneder en extruder hadden de eigenschappen zoals weergegeven in Tabel 2.

Tabel 2 : voorbeeld van een typische granulatie werkwijze

Produceren van een versterkte Polyvinylchloride inrichting Voorbeelden 6-7

Versterkte polymeren in granulaatvorm uit voorbeeld 5 (voorbeeld 6) of pre-versterkte polymeren uit voorbeelden 1 tot 4 (voorbeeld 7) werden in de doseereenheid van een tegendraaiende parallelle dubbelschroefsextruder van het merk Bandera gebracht. Uit dit granulaat werden profielen geëxtrudeerd volgens de werkwijze weergegeven in Tabel 3.

Tabel 3 : Typisch voorbeeld van een profielextrusie vanuit granulaat en een directe profiel extrusie

Producteigenschappen

Eigenschappen verkregen in producten bekomen met een werkwijze volgens de uitvinding, worden weergegeven in Tabel 4. PVC zonder versterkende vulstof heeft een buigmodulus van 2.7 GPa.

Claims

1. Werkwijze voor de vervaardiging van een versterkte Polyvinylchloride inrichting omvattende de stappen : a) bereiden van een pre-versterkt polymeer door het vermengen van Polyvinylchloride polymeer met een hoeveelheid A van een vulstof bij een temperatuur lager dan de smelttemperatuur van het Polyvinylchloride polymeer; en b) vermengen van het pre-versterkt polymeer verkregen onder a) met een hoeveelheid B van een vulstof bij een temperatuur hoger dan 180 °C tot een versterkt Polyvinylchloride polymeer.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de totale hoeveelheid (A+B) uitgedrukt in gewichts% tot 70% van het versterkt Polyvinylchloride polymeer bedraagt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat een temperatuur hoger dan 180°C wordt bekomen door extrusie.

4. Werkwijze volgens één van bovenstaande conclusies 1-3, met het kenmerk, dat het totaal aantal delen vulstof (A+B) tegenover het aantal delen Polyvinylchloride polymeer, bij voorkeur ligt tussen 0.4 en 2.5, meer bij voorkeur tussen 0.6 en 1.5, meest bij voorkeur tussen 0.8 en 1.2

5. Werkwijze volgens één van bovenstaande conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de ratio van de hoeveelheid A over de hoeveelheid B bij voorkeur minstens 0.2, meer bij voorkeur minstens 0.25, meest bij voorkeur minstens 0.3 is.

6. Werkwijze volgens één van bovenstaande conclusies 1-5, met het kenmerk, dat het pre-versterkt polymeer verkregen uit stap a) wordt gegranuleerd in stap b).

7. Werkwijze volgens één van bovenstaande conclusies 1-6, met het kenmerk, dat het versterkt Polyvinylchloride polymeer verkregen uit stap b) verwerkt wordt tot een versterkte Polyvinylchloride inrichting, bijvoorbeeld door profiel extrusie.

8. Werkwijze volgens één van bovenstaande conclusies 1-7, met het kenmerk, dat de vulstof wordt geselecteerd uit een groep omvattende silica, wollastoniet, vermiculiet, talk, micä, glasvezels, aramidevezels, koolstofvezels en/of combinaties ervan.

9. Werkwijze volgens conclusies 8, met het kenmerk, dat de vulstof talk en/of mica is.

10. Werkwijze volgens één van bovenstaande conclusies 1-9, met het kenmerk, dat het pre-versterkt polymeer verkregen uit stap a) en de hoeveelheid B van een vulstof separaat worden toegevoerd aan een extruder.

11. Werkwijze volgens één van bovenstaande conclusies 1-10, met het kenmerk, dat het Polyvinylchloride polymeer bij voorkeur een K-waarde heeft tussen 50 en 68, meer bij voorkeur tussen 60 en 68, meest bij voorkeur tussen 64 en 68.

12. Werkwijze volgens één van bovenstaande conclusies 1-11, met het kenmerk, dat naast een hittestabilisator, glijmiddel en verwerkingshulpstof nog minstens één hulpstof wordt gebruikt geselecteerd uit een groep omvattende slagvastmakers, schuimmiddelen, lichtstabilisatoren, kleurstoffen, weekmakers.

13. Pre-versterkt polymeer verkrijgbaar door stap a) van conclusie 1, met het kenmerk, dat het minstens 25 phr vulstof omvat.

14. Versterkt polymeer verkrijgbaar door een werkwijze volgens één van bovenstaande conclusies 1-12.

15. Versterkt Polyvinylchloride polymeer op basis van een formulatie die omvat : - Polyvinylchloride polymeer in een hoeveelheid die bij voorkeur ligt tussen 30 en 99, meer bij voorkeur tussen 35 en 99, meest bij voorkeur tussen 40 en 99 gewichts% van de formulatie -vulstof in een hoeveelheid die bij voorkeur ligt tussen 30 en 70 gewichts%, meer bij voorkeur tussen 35 en 70 gewichts% meest bij voorkeur tussen 40 en 70 gewichts% van de formulatie

16. Inrichting verkregen door extrusie van een polymeer volgens één van bovenstaande conclusies 13-15.