Verfahren zur Erhöhung des Klebepunktes erstarrter thermoplastischer Kunststoffe
Thermoplastische Kunststoffe, Polykondensate mehrwertiger Säuren mit Alkoholen oder Aminen, wie Polyester, Polyamide und Copolykondensate, Polymerisate ungesättigter Verbindungen oder dergleichen werden üblicherweise so hergestellt, dass das flüssige Polymerisat zu einem Strang, Band oder Kabel gepresst und meist in Wasser abgekühlt wird. Vor der weiteren Verarbeitung, z. B. durch Spinnen, muss das so erhaltene feuchte Produkt getrocknet werden. Diese Trocknung bereitet erhebliche technische Schwierigkeiten, weil die meisten Polymerisate schon bei Temperaturen von etwa 80-150 C zum Kleben neigen, weshalb die Temperatur des Trocknungsmediums den Klebepunkt nicht überschreiten darf.
Auch für die bekannte Nachpolymerisation, insbesondere von Polyamiden, z. B. durch Erhitzen im Wirbelbett mit heissen inerten Gasen, ist eine Erhöhung des Klebepunktes wünschenswert. Ebenso ist ein möglichst hoher Klebepunkt für das als Wirbelsinterung bekannte Verfahren der Beschichtung von Werkstücken mit Kunststoff durch Eintauchen der erhitzten Werkstücke in eine Wirbelschicht aus Kunststoffgranalien vorteilhaft.
Es ist bekannt, dass der Klebepunkt von Polyester dadurch erhöht werden kann, dass Schnitzel des Polyesters einer thermischen Behandlung mit heissem Wasser oder Dampf bei Temperaturen von 80-100"C unterworfen werden. Durch diese Behandlung wird eine Kristallisation des Materials bewirkt, die den Klebepunkt heraufsetzt, für die Weiterverarbeitung aber völlig unschädlich ist, weil sie keine irreversible Molekülumwandlung in sich schliesst. Eine ausreichende Erhöhung des Klebepunktes soll bereits mit einer Behandlung von 5 bis 15 Minuten erzielt werden können.
Bei einer Nachprüfung dieser Angaben mit einem Copolyätherester aus Glykol mit 1 Mol p-Hydroxybenzoesäure und 9 Molen Terephthalsäure wurde nun gefunden, dass zur Erhöhung des Klebepunktes von ursprünglich 800 C auf 1800 C eine Behandlungszeit von 30 Minuten und nicht von 5 bis 15 Minuten erforderlich war. Eine höhere Behandlungstemperatur als 80" C konnte nicht angewendet werden, weil das Material schon bei 800 C erheblich zusammenklebte. Eine höhere Temperatur hätte die notwendige Behandlungszeit verkürzt.
Es wurde nun gefunden, dass der Klebepunkt solcher thermoplastischer Kunststoffe durch eine mechanische Behandlung in verhältnismässig kurzer Zeit sehr erhöht werden kann. Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, den zu behandelnden Kunststoff einer mechanischen Beanspruchung auszusetzen, welche die Dicke des Materials einer Dimension auf mindestens 2/3 seiner ursprünglichen Dicke reduziert, wobei die mechanische Beanspruchung zweckmässig wenigstens teilweise in einer Quetschung besteht. Dies kann z. B. in der Weise bewirkt werden, dass der Kunststoffstrang direkt nach seiner Herstellung abgekühlt, durch einen Walzenstuhl geführt und anschliessend zerkleinert wird.
Im Walzenstuhl wird das Kunststoffband zweckmässig auf 2/3 bis t/so, vorzugsweise etwa 1/3 bis t/tO, seiner ursprünglichen Stärke ausgewalzt.
In vielen Fällen ist es zweckmässig, die mechanische Behandlung bei erhöhter Temperatur, etwa zwischen 70" C und einige Grade unter dem Schmelzpunkt, vorteilhaft bei 800 C bis 1800 C, durchzuführen. Die Abkühlung des mit etwa 2000 C bis 300 C anfallenden Stranges kann z. B. durch entsprechende Anordnung und Dimensionierung der Kühlwalze oder durch Abkühlung in einem Flüssigkeits-, z. B. Wasserbad, erfolgen. Es ist aber auch möglich, den Strang bis auf etwa Umgebungstemperatur abzukühlen und anschliessend wieder auf die Behandlungstemperatur aufzuheizen. In letzterem Fall kann es zweckmässig sein, einen Walzenstuhl mit heizbaren Walzen zu verwenden.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die mechanische Beanspruchung des Materials durch eine Streckung desselben erzielt oder vergrössert. Dies kann z. B. durch Verstreckung zwischen zwei hintereinander angeordneten Walzenstühlen erfolgen.
Sollte aber in bestimmten Anwendungsfällen das Material nicht in Strang- oder Bandform zur Verfügung stehen, sondern in Form von Folien oder Schnitzeln, so ist es auch möglich, diese z. B. durch Walzen und gegebenenfalls Strecken zwischen zwei Walzen auf die gleiche Weise zu behandeln.
Wie gefunden wurde, ist es auf diese Weise in jedem Fall möglich, den Klebepunkt innerhalb von 2 bis 3 Minuten erheblich, und zwar im allgemeinen um etwa 70" C bis 100" C zu erhöhen.
Die erfindungsgemäss erzielbare Erhöhung des Klebepunktes ermöglicht nicht nur eine vereinfachte Trocknung, sondern ebenfalls auch ein wirkungsvolleres Austreiben organischer Lösungsmittelreste und Wasser aus dem Material.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist nachstehend anhand der Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Als Mass für den Klebepunkt wurde für alle Versuche die Temperatur verwendet, bei der Schnitzel des zu untersuchenden Materials in einem Wirbelbett beim Anströmen mit erhitzter Luft oder Inertgas zu kleben anfingen.
Versuch 1 Bandgranulat aus Polyäthylenterephthalat (Homopolyester), das durch Umesterung und Polykondensation aus Dimethylterephthalat gewonnen wurde, verklebte im Wirbelbettbei 117 C.
Von dem gleichen Material wurde eine Probe mit einer Geschwindigkeit von 30 cm/min in einen Walzenstuhl gegeben. Die zwei Walzen hatten einen Durchmesser von 12 cm und eine Oberflächentemperatur von 100" C. Die Schnitzel von ca. 2 mm Stärke wurden erst zu Plättchen von 0,2 mm und dann ein zweitesmal auf 0,1 mm Dicke gewalzt.
Dieses Material wirbelte noch bei 1800 C einwandfrei. Für die folgenden Versuche 2 bis 5 wurde ein Copolyätherester mit 1 Mol p-Hydroxybenzoesäure auf 9 Mole Terephthalsäure und Glykol verwendet, der im unbehandelten Zustand bereits bei 80" C so stark klebte, dass keine Durchwirbelung möglich war.
Versuch 2
Das Material wurde in Wasser von 30 C extrudiert, dadurch abgekühlt und als Strang von ca. 1 mm Stärke aufgewickelt. Dieses Material wurde durch eine Wanne mit kochendem Wasser geleitet, in der die A > ufenthalts- dauer 2 Minuten betrug, und anschliessend mit einer Geschwindigkeit von 28 cmímin durch einen Walzenstuhl geschickt. Die Walzen hatten einen Durchmesser von 12 cm und eine Oberflächentemperatur von 100" C.
Die zwei Walzen waren so eingestellt, dass das gewalzte Band eine Stärke von 0,2 mm erhielt. Das gewalzte Band wurde zu Granulat zerschnitten und einem Wirbeltest bei 150-180 C unterworfen. Während das nicht behandelte Material schon bei 103 C und noch stärker bei 1200 C zusammenklebte, wirbelte das gewalzte Material bei 1500 C noch einwandfrei. Erst bei 1800 C trat ein leichtes Kleben auf, das aber weit weniger ausgeprägt war als das Kleben des unbehandelten Materials bei 1200 C.
Versuch 3
Ein Teil des aus Versuch 2 erhaltenen Bandes wurde vor dem Zerschneiden noch einmal bei einer Temperatur von 1000 C gewalzt und dadurch auf eine Stärke von 0,1 mm gebracht. Das erhaltene Material wurde ebenfalls zerschnitzelt und dem Wirbeltest unterworfen. Dabei zeigte sich, dass es auch bei 1800 C noch einwandfrei wirbelte und nicht klebte.
Versuch 4
Um den Einfluss des Verstreckens für sich allein zu überprüfen, wurden aus dem gleichen Material, wie dem in den vorstehend beschriebenen Versuchen verwendeten, Fäden mit einem Durchmesser von ca. 0,2 mm durch freien Fall aus einer Düse erzeugt, noch flüssig auf 0,04 mm verstreckt, im erstarrten Zustand aufgespult und auf einer Streck-Zwirn-Maschine im Verhältnis 1:4, d. h. auf einen Durchmesser von 0,01 mm bei 1300 C verstreckt. Das Material wurde nun in Schnitzel von 3 mm Länge zerschnitten und im Wirbelbett geprüft. Während der nicht verstreckte Faden genau wie das Ausgangsmaterial bei 1200 C stark zusammenklebte, wirbelte das verstreckte Material bei 1500 C noch einwandfrei.
Versuch 5
Der nach Versuch 2 hergestellte Copolyesterstrang wurde kalt (ohne Vorwärmung in Wasser) direkt in den auf 100" C erwärmten Walzenstuhl gegeben und zweimal gewalzt. Das erhaltene Material wirbelte ebenfalls bei 1500 C einwandfrei.
Versuch 6
Eine andere Probe Copolyätherester wurde als Stranggranulat mit etwa 2 mm Länge und ca. 1,6 mm Mcke in der kleinsten Dimension von einem auf 800 C vorgewärmten Blech (Anwärmedauer ca. 3 Minuten) zwischen die Walzen eines Walzenstuhles geschoben und auf etwa 0,5 mm, d. h. auf etwa 1/9 der ursprünglichen Dicke gewalzt. Die Walzen waren auf ca. 80" C vorgeheizt.
Während das unbehandelte Material schon bei 80" C klebte, wirbelte das behandelte Material noch bei 150"C einwandfrei.
Versuch 7
Wirbelsinterpulver aus Nylon 11 ( Rilsan ) wurde bei 1000 C zweimal gewalzt. Der Klebepunkt des Materials wurde dadurch von ursprünglich 1530 C auf 1700 C erhöht.