CH683997A5 - Verfahren zur Herstellung einer Polyolefin-Formmasse, gemäss diesem Verfahren hergestellte Formmasse sowie deren Verwendung. - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer holzmehlgefüilten thermoplastischen Po-lyolefin-Formmasse, eine gemäss diesem Verfahren hergestellte Formmasse sowie deren Verwendung.

Es sind bereits Verfahren zur Herstellung von holzmehlgefüllten Formmassen bekannt, die jedoch den Nachteil aufweisen, dass mit ihnen keine blasenfreien, massgenauen Strangprofilteile auf wirtschaftliche Weise hergestellt werden können, und die dazu verwendeten Knetanlagen sehr teuer in der Anschaffung sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist insbesondere die Schaffung eines Verfahrens, welches die obgenannten Nachteile nicht aufweist, d.h. die wirtschaftliche Herstellung blasenfreier, massgenauer Strangprofilteile ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäss nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Zweckmässige Weiterausgestaltungen des erfin-dungsgemässen Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 7.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Formmasse hergestellt gemäss dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

Gegenstand der Erfindung ist ausserdem die Verwendung dieser Formmasse zur Herstellung geformter Strangprofilteile.

Vorteilhafte weitere Verwendungen sind Gegenstand der Ansprüche 10 bis 14.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine erste beispielsweise Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens;

Fig. 2 eine zweite beispielsweise Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens; und

Fig. 3 eine dritte beispielsweise Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, werden zur Herstellung der holzmehlgefüllten Formmasse einerseits aus einem Silo 1 ein Gleitmittel und aus einem Silo 2 Holzpulver und/oder Sägespäne über eine volu-metrische oder gravimetrische Dosiereinrichtung 5 einem Heizkühlmischer 6, wo eine Vermengung bei etwa 100°C erfolgt, und danach einem Mischer 7 zugeführt, und anderseits aus einem Silo 3 ein Po-lyolefin-Bindemittel sowie aus den Silos 4 Zusätze wie CaO, MgO, Verarbeitungs- und Produktstabilisatoren, Gleit- und Schutzmittel, Lichtschutz- und feuerhemmende Mittel, Farbstoffe sowie gegebenenfalls Armierungsmittel wie Glasfasern etc. über eine Dosiereinheit 5' ebenfalls dem Mischer 7 zugeführt.

Mittels dem Mischer 7 wird je nach dem herzustellenden Endprodukt ein homogenes Gemisch aus 30 bis 80 Gew.-% gemahlener Holzteilchen mit einer Länge von höchstens 4 mm und einer Dicke von höchstens 1 mm, 15 bis 70 Gew.-% Polyolefin-Formmasse und 5 bis 30 Gew.-% üblichen Zusätzen hergestellt und anschliessend einer Vakuumschleuse 8 zugeführt, und dort die Holzteilchen sowie gegebenenfalls (bei eventuell höherem Feuchtigkeitsgehalt) auch die anderen Mischungskomponenten auf einen Restfeuchtgehalt von höchstens 0,3 Gew.-% hinunter getrocknet. Selbstverständlich ist es auch möglich, ein fertig angeliefertes Gemisch, hergestellt nach oben beschriebener Formulierung, direkt in die Vakuumschieuse 8 einzugeben.

Die Vakuumschleuse 8 besteht dabei aus einem Trichtersystem, zweckmässigerweise beheizt und mit einem Rührwerk versehen. Dieses Trichtersystem besteht dabei aus zwei übereinanderliegenden Trichtern, die unter Vakuum gesetzt werden, um das zugeführte Gemisch auf den erwünschten Restfeuchtegehalt zu trocknen und nach dem Prinzip einer Schleuse das getrocknete Material in trockenem Zustand derart gesteuert dem oberen Schneckenpaar 10 des Kaskadendoppelschnecken-Extruders zuzuführen, dass dieser bei kontinuierlicher Materialzufuhr unter Vakuum arbeiten kann. Hauptaufgabe dieses Extruders 10, 11, 12 ist neben der Verknetung der verschiedenen Gemischkomponenten gleichzeitig eine gute Entgasung des Materials. Bewährt hat sich hierfür ein Kaskadendoppelschnek-ken-Extruder, bei dem das Material mit Hilfe des oberen Schneckenpaars 10 vorgeknetet, dann im eventuell mit einer Stopfschnecke versehenen, mit einer Vakuumpumpe 9 verbundenen Fallschacht 11 unter Vakuum weiter entgast, und erneut dem mit Hilfe des zweiten Schneckenpaars 12 durchgeführten eigentlichen Extrusionsvorgang zugeführt wird.

Am Materialaustritt kann die äusserst homogen extrudierte Masse entweder durch eine Lochplatte gedrückt und im Heissabschlagverfahren mittels rotierender Messer zu Granulat verarbeitet oder es können mit Hilfe entsprechender Formwerkzeuge 13 Strangprofile im Durchlaufverfahren hergestellt werden. Ebenfalls können mittels Breitschlitzdüse (Formwerkzeug 13) und anschliessender Durchlaufpresse Platten extrudiert werden.

Bei der Herstellung von Strangprofilen wird wie üblich verfahren, d.h. unmittelbar am Materialaustritt aus dem Extruder erfolgt eine Kalibrierung und anschliessend längs einer Kühistrecke 14 eine Kühlung, zweckmässigerweise in einem Sprühbecken. Der kontinuierlich austretende Strang wird in erhärtetem Zustand von einem gängigen Abzugswerk kontinuierlich abgezogen. Das Ablängen kann z.B. mittels einer mitlaufenden Säge erfolgen, die während des Trennvorgangs den kontinuierlichen Materialvorschub nicht staut.

Bei den zwei nachfolgend anhand der Fig. 2 und 3 beschriebenen weiteren Ausführungsbeispielen von Anlagen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens sind zueinander analoge Anlageteile mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass sich eine nochmalige Beschreibung dieser Teile erübrigt.

Bei diesen beiden Anlagebeispielen ist die technisch aufwendigere Vakuumschleuse 8 des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles durch einen einfacheren aber mehr Energie benötigenden Trockenluft-Trockner 8' ersetzt, welcher effizienter und unabhängiger von Witterungseinflüssen ist als

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andere Trocknertypen. Das Prinzip der Trockenluft-Trocknung beruht darauf, dass der Wassergehalt der Trockenluft weit unterhalb der gewünschten Restfeuchte des zu trocknenden Materials liegt. Durch das dabei entstehende Wasserdampfpartial-druckgefälle wird der Wassergehalt des Materials an die Trockenluft abgegeben. Die so befeuchtete Trockenluft wird dann wieder zu Trockenluft aufbereitet.

Zur Erwärmung der Trockenluft wird im induktiven Verfahren die Abwärme des von der Kühlstrek-ke 14 anfallenden Kühlwassers verwendet und auf dem Prinzip der Wärmerückgewinnung mittels der Wärmerückgewinnungseinheit 14' Energie eingespart.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird unter Verwendung einer dazu erforderlichen speziellen Schneckengeometrie vor dem Extruderaustritt zur Erzielung eines homogenen Austrittsmaterials noch eine zusätzliche Entgasung 9 der zu verarbeitenden Masse durchgeführt.

Die dargestellten Anlagen können mittels zerspannender Bearbeitung des fertig extrudierten Materials in direkter Linie, vor der Ablängerung mittels einer Säge, ergänzt werden. Dies gibt die Möglichkeit, bei gleichbleibender Formgebung durch das Extrusionswerkzeug variable Formen, beispielsweise durch Längssägen, Hobeln oder Fräsen direkt in Linie der Extrusion zu erhalten. Den dabei anfallende Verschnitt kann durch Absaugung direkt wieder dem Extrusionsvorgang ausgeführt werden.

Hergestellt wird mittels dieser Anlagen ein Werkstoff, in dem Holz zu kleinen Teilen gemahlen, mit einem Bindemittel plastifiziert und damit in nahezu beliebige Formen gebracht werden kann. Durch dieses Verfahren werden Hölzer, vor allen welche minderer Qualität, durch Modifizierung qualitativ verbesserte Werkstoffe umgewandelt. Ziel ist dabei nicht, mit der natürlichen Schönheit des Holzes in Konkurrenz zu treten, sondern vielmehr, Hölzer und Holzreste dem holzverarbeitenden Handwerk wieder nutzbar zu machen. Zielgruppe sind bisher aus Holz hergestellte Produkte, bei denen die Textur keine entscheidende Rolle spielt, Langlebigkeit erwünscht ist oder besondere technische Ansprüche gefordert werden. Die Verwendung von Holz für solche Fälle kann durch den Einsatz der Holzformmasse erheblich reduziert werden. Das in diesem Verfahren modifizierte Holz hat gegenüber dem Massivholz einige Vorteile. Durch die geringe Quellung bei Feuchtigkeit oder Wasserlagerung (0,5-3,28) ist eine grössere Formstabilität gegeben. Die Härte ist relativ hoch (Brinellhärte 60-80 n/mm2), der Abrieb geringer als bei den meisten Massivhölzern. Farbbeschichtungen halten wegen des geringen Quellverhaltens wesentlich länger. Durch Einwirkung von Hitze kann das Material anschliessend verformt werden. Durch Zugabe bestimmter Additive kann das Material wetter- oder feuerbeständig gemacht und es kann völlig homogen eingefärbt werden.

Nachstehend werden einige vorteilhafte Verwendungen der erfindungsgemäss hergestellten Formmasse als Beispiele näher erläutert:

Beispiele

Produkt: Fensterbasisprofile aus Holzformmasse

Entwickelt wurden Fensterbasisprofile, die aus der beschriebenen Holzformmasse extruhiert wurden. Grundlage für die Profilausarbeitung waren gängige Profilquerschnitte von Holzfenstern. Daraus ergeben sich Fertigprofile oder Basisprofile, aus denen sich durch Abfräsen oder Trennen eine Vielzahl unterschiedlicher Profiltypen herstellen lassen. In der Zusammensetzung der Komponenten hat sich ein Holzpulveranteil von 50-60% als günstig erwiesen. Sollten die Profile ohne Anstrich im Aussenbereich Verwendung finden, ist die Zugabe eines Stabilisators notwendig. Die auf diese Art hergestellten Baisprofile erlauben dem Holzfensterhersteller mit gleichbleibender Technologie zu verfahren, wie er es bei der Holzfensterherstellung gewohnt ist. Eckverbindungen, Dichtungen etc. finden weiterhin Verwendung. Montage- und Nachpassarbeiten können ebenfalls mit herkömmlichen holzbearbeitenden Werkzeugen verrichtet werden. Anstriche haften auf den Fenstern aus Holzformmasse wesentlich länger, da ein Arbeiten und Atmen des Materials nahezu unterbleibt. Das relativ hohe Gewicht - Rohdichte um 900 kg/m3 (Eiche=700-900) - wirkt sich günstig auf den Schalldämmwert aus, ist allerdings bei der Auswahl von Beschlägen für grosse Elemente zu berücksichtigen.

Produkt: Fussbodenbelag aus Holzformmasse

Hier wurde ein parkettähnlicher Belag entwickelt ab einer Materialstärke von 3 mm. Vorzugsweise wird die Formgebung des aus der Holzformmasse hergestellten Halbzeugs den Weiterverarbeitungsmöglichkeiten der Parkettindustrie angepasst. Beispielsweise wurde Stangenmaterial mit einem Querübliche Länge von 120 mm geschnitten. Ebenso kann auch der einzelne Stab im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Der fertig produzierte Parkettstab kann von dem Parketthersteller wie ein vergleichbarer Holzstab weiter verarbeitet werden. Es könnten aber auch Kantein mit den üblichen Massen 1300 x 106 x 24 mm hergestellt werden, die dann im herkömmlichen vollautomatischen Verfahren vom Parketthersteller aufgetrennt und auf das Mass vom Parkettstab gebracht werden. Aber auch jede andere Formgebung ist je nach Angaben eines Parkettherstellers möglich. Entscheidend hierbei ist, ein Ersatzmaterial für das verhältnismässig teure Holzparkett gefunden zu haben, dass die günstigen Eigenschaften des Holzfussbodens, wie Isolation, ausgewogenes Verhältnis von Härte und Nachgiebigkeit sowie Trittfreundlichkeit besitzt und ausserdem grosse Formstabilität und Abriebbeständigkeit aufweist. Die Bearbeitung ist nahezu identisch wie beim Holz, lediglich beim Schleifen ist eine angepasste Technologie nötig, wie z.B. die Absaugung des Schleifmittels während des Schleifvorgangs. Eine Oberflächenbehandlung ist nicht nötig, eine Farbgebung kann durch vorheriges Einfärben der Holzformmasse erfolgen oder aber auch durch nachträglichen Anstrich. Da diese Art Fuss-

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bodenbelag bei der Herstellung den heute so grossen Anteil von minderwertigem Holz oder Restholz verarbeitet, selbst im Herstellungsverfahren wenig Verschnitt produziert und der Abfall voll recycelfähig ist, entspricht diese Art von «Parkett» den heutigen ökologischen Ansprüchen. Es kann überall dort Verwendung finden, wo die Schönheit eines Holzbodens weniger erforderlich ist, als seine anderen Eigenschaften.

Produkt: Schreibstift aus Holzformmasse

Entwickelt wurden Schreibgeräte und Kosmetikstifte, die aus einer Graphit- oder Farbmine bestehen, die ummantelt ist mit der vorher beschriebenen Holzformmasse. Die Herstellung erfolgt zweckmässiger im Spritzgussverfahren, kann aber auch im Coextrusionsverfahren erfolgen. Die Herstellung im Spritzgussverfahren zeigte sich als wirtschaftlicher, dabei erfolgt die Herstellung in einem Mehrfachwerkzeug mit automatischer Zuführung und Positionierung der Minen. Die Werkzeugform ist dabei so ausgearbeitet, dass der fertig gespitzte Schreibstift entsteht. Auch hierbei kann durch Zugabe von Farbstoffen der Mantel des Schreibers durchgefärbt werden. Bei der Auswahl der Komponenten, vorallem der Bindemittel und Additive, ist auf die toxikologische, ökologische und lebensmittelrechtliche Zulässigkeit zu achten. Der so hergestellte Schreibstift kann wie jeder herkömmliche Blei- oder Farbstift mit allen handelsüblichen Anspitzern gespitzt werden, durch die Homogenität des Mantels ist immer ein einwandfreier Spitzvorgang gewährleistet, was bei herkömmlichen Stiften mit Holzmantel nicht immer gesichert ist. Das Herstellungsverfahren ist gegenüber dem des Holzstiftes in einem Arbeitsgang möglich, anschliessende Farbgebung und Anspitzung entfällt. Ebenso entsteht bei der Herstellung mit der Holzformmasse kein Abfall bzw. Verschnitt, die beim Spritzvorgang entstehenden Angüsse können gemahlen und wieder verwendet werden.

Produkt: Rundprofile aus Holzformmasse

Entwickelt wurden Rundstäbe von 20 bis 40 mm Durchmesser vorallem für die Verwendung als Gardinenstange. Das herkömmliche Verfahren der Herstellung dieser Stangen aus Holz erfordert durch Holzauswahl und Verschnitt viel Rohmaterial Holz, auch spielt der Ausschuss durch nachträgliches Verziehen eine nicht unerhebliche Rolle. In den meisten Fällen werden Gardinenstangen durch Farbüberzüge oder Beizung einheitlich gefärbt, so dass vom eigentlichen Holzcharakter nicht viel zu sehen ist. Die Eignung der Holzformmasse scheint daher für diesen Bereich sehr geeignet. Auch die passenden Drehteile, wie Ringe, Abschlüsse und Aufhängungen können passend im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Die Durchfärbung der Holzformmasse und seine hohe Abriebfestigkeit machen einen dauerhaften Einsatz in diesem Bereich möglich.

Weiterhin lassen sich die unterschiedlichsten Profile und Stäbe für die Bau- und Möbelindustrie herstellen, ebenso Latten und Formteile für den Frei-zeit- und Gartenbereich, wo die problematische Imprägnierung völlig entfällt, oder Dachziegel.

Claims (14)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer holzmehlgefüllten thermoplastischen Polyolefin-Formmasse, dadurch gekennzeichnet, dass man ein homogenes Gemisch aus 30 bis 80 Gew.-% gemahlener Holzteilchen mit einer Länge von höchstens 12 mm und einer Dicke von höchstens 2 mm, 15 bis 70 Gew.-% Polyolefin-Formmasse und 5 bis 30 Gew.-% Zusätzen herstellt, die Holzteilchen und gegebenenfalls auch die anderen Mischungskomponenten auf einen Restfeuchtegehalt von höchstens 1 Gew.-% hinuntertrocknet, dieses derart getrocknete Gemisch unmittelbar danach einem Doppelschnecken-Extruder zuführt und vor Austritt aus diesem entgast.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Gemisch auf einen Restfeuchtegehalt von höchstens 0,3 Gew.-% hinuntertrocknet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man Holzteilchen mit einer Länge von höchstens 6 mm, vorzugsweise von höchstens 4 mm, und einer Dicke von höchstens 1 mm verwendet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man das Gemisch zu seiner Trocknung einer vakuumdicht mit dem Einlass des Extruders verbundenen Vakuumschieu-se zuführt, in dieser auf die vorgesehene Restfeuchte hinunter vakuumtrocknet, und unter Aufrechterhaltung eines Vakuums kontinuierlich in das Innere des Extruders einführt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man das Gemisch zu seiner Trocknung einem Trockenluft-Trockner zuführt, in diesem auf die vorgesehene Restfeuchte hinunter trocknet, und danach kontinuierlich in das Innere des Extruders einführt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man das getrocknete Gemisch einem Kaskadendoppelschnecken-Extru-der zuführt und dieses nach einer ersten Extru-sionsstufe einer Entgasung aussetzt und danach unter Vakuum mindestens einer zweiten Extrusions-stufe zuführt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man das extrudierte und kalibrierte Material unmittelbar nach dem Austritt aus dem Extruder längs einer Kühlstrecke abkühlt, und die Abwärme dieser Kühlstrecke zur Trocknung des Materialgemisches vor dessen Einleitung in den Extruder ausnützt.

8. Formmasse hergestellt gemäss dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

9. Verwendung der Formmasse nach Anspruch 8 zur Herstellung geformter Strangprofilteile.

10. Verwendung nach Anspruch 9 zur Herstellung von Fenster- und/oder Türprofilen.

11. Verwendung nach Anspruch 9 zur Herstellung von Parkettstäben und/oder Dachlatten.

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12. Verwendung der Formmasse nach Anspruch 8 zur Herstellung von Dachziegeln.

13. Verwendung der Formmasse nach Anspruch 8 zur Herstellung von Bunt-, Blei- oder Kosmetikstiften im Spritzgussverfahren.

14. Verwendung der Formmasse nach Anspruch 8 in Granulatform zur Herstellung von Formteilen im Spritzgussverfahren.

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