CH685437A5

CH685437A5 - Flächiger Verbundwerkstoff.

Info

Publication number: CH685437A5
Application number: CH2217/93A
Authority: CH
Inventors: Peter Dr Ittemann; Horst Dr Baumgartl; Ludwig Wahl; Alois Dr Schlarb; Karl-Ludwig Brentrup
Original assignee: Basf Ag
Priority date: 1992-08-11
Filing date: 1993-07-22
Publication date: 1995-07-14
Also published as: NL9301388A; DE4226516A1

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

CH 685 437 A5

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen flächigen Verbundwerkstoff aus einer Polypropylen aufweisenden Matrix und Verstärkungsfasermatten.

Verbundwerkstoffe aus glasmattenverstärktem Polypropylen (GMPP) werden in zunehmendem Mass im Automobilsektor als Bauteile im nichtsichtbaren Bereich verwendet. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, bei der GMPP-Herstellung Rezyklat aus Abfällen der GMPP-Verarbeitung zuzusetzen, um diese einer Wiederverwendung zuzuführen.

Es wurde nun gefunden, dass auch Getränkeflaschendeckel-Rezyklat auf Basis von Polypropylen ganz oder teilweise als Thermoplast-Matrix bei der GMPP-Herstellung verwendet werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist demzufolge ein flächiger Verbundwerkstoff aus einer Polypropylen aufweisenden Matrix und Verstärkungsfasermatten, bei dem mindestens 5 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 20 Gew.-% der Matrix aus Getränkeflaschendeckel-Rezyklat auf Basis von Polypropylen besteht.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die Getränkeflaschendeckel ohne aufwendige Vorbehandlung direkt als Matrix bei der GMPP-Herstellung eingesetzt werden können, und dass Formteile, die aus dem erfindungsgemässen Verbundwerkstoff hergestellt wurden, nur unwesentlich schlechtere Eigenschaften haben als solche aus Verbundwerkstoffen mit frischer Polypropylenmatrix.

Ein Beispiel für Getränkeflaschendeckel sind Deckel von Coca-Cola-Flaschen. Es handelt sich um Schraubverschlüsse, die mit dem Leergut zusammen zurückgegeben und gesammelt werden. Sie bestehen aus Polypropylen, welches zur Elastifizierung 4-15 Gew.-% Ethylen in Form von Polymerblök-ken einpolymerisiert enthält. Zur Erhöhung der Gasundurchlässigkeit enthält der Deckel im allgemeinen eine Schicht aus einem EthylenA/inylacetat-Copolymerem mit einem Vinylacetat-Gehalt von 4-15 Gew.-%, die bis zu 20% seines Gewichts ausmachen kann.

Die Getränkeflaschendeckel können grundsätzlich ohne Vorbehandlung direkt als Matrixmaterial zur Herstellung des Verbundwerkstoffs eingesetzt werden; es ist jedoch zweckmässig, sie vorher durch einfaches Waschen zu reinigen und auf eine optimale Teilchengrösse von etwa 1-10 mm zu zerkleinern. Dies kann in einfachen Hammermühlen oder Schneidmühlen geschehen, wobei das Schüttvolumen von etwa 150 kg/m3 auf etwa 400 kg/m3 zunimmt.

Während des Aufschmelzens im Extruder kann - falls erforderlich - die Viskosität des Rezyklat-Polypropylens verringert werden, indem man es einem peroxidischem Abbau in der Schmelze unterwirft, wobei der Schmelzindex MFI beispielsweise von etwa 7 auf 10 bis 500 (230°C, 2,16 kg) erhöht wird.

Grundsätzlich ist es möglich, die ganze Polypropylen-Matrix aus dem Rezyklat herzustellen, es ist jedoch in vielen Fällen zweckmässig, frisches Polypropylen zuzumischen. Vorzugsweise hat die Matrix dann folgende Zusammensetzung:

A. 5-100 Gew.-% Getränkeflaschendeckel-Rezyklat,

B. 0-95 Gew.-% frisches Polypropylen,

C. 0-80 Gew.-% eines von B verschiedenen Thermoplasten,

D. 0-70 Gew.-% Rezyklat eines faserverstärkten Polypropylens.

Als frisches Polypropylen B kommt nicht nur Homopolymerisat in Frage, sondern auch Copolymerisa-te oder Propfpolymerisate des Propylens.

Bevorzugte Thermoplasten C sind Polyamid, Polyethylen, Poiycarbonat und Polybutylenterephthalat.

Das Rezyklat D kann aus Abfällen bei der GMPP-Verarbeitung bestehen oder aus wiederaufgearbeiteten Spritzgussteilen.

Die Matrix für den erfindungsgemässen Verbundwerkstoff wird je nach Zusammensetzung bei Temperaturen zwischen 180 und 260°C aufgeschmolzen. Dabei können die üblichen Zusatzstoffe, wie Stabilisatoren, Fliesshilfsmittel und Farbstoffe zugesetzt werden.

Die Schmelze wird dann mit Verstärkungsfasermatten zusammengeführt, vorzugsweise auf einer Doppelbandpresse, wie in DE-B 2 948 235 beschrieben. Als Verstärkungsfasern werden vorzugsweise Glasfasern eingesetzt, man kann jedoch auch Kohlenstoff-Fasern und Naturfasern, z.B. aus Sisal oder Jute verwenden. Glasfasermatten weisen gewöhnlich eine Flächenmasse von 200 bis 1200 g • rrr2 auf; der Glasfasergehalt des Verbundwerkstoffs beträgt vorzugsweise 20 bis 60 Gew.-%. Die Fasermatten können in genadelter Form und/oder durch Kunstharz gebunden eingesetzt werden.

Die erfindungsgemässen Verbundwerkstoffe können zugeschnitten und nach üblichen Methoden durch Pressen oder Tiefziehen bei Temperaturen oberhalb des Erweichungsbereichs des Thermoplasten zu Formteilen verarbeitet werden, die z.B. in der Automobilindustrie, im Maschinenbau und für Haushaltsgeräte Anwendung finden.

Die in den Beispielen genannten Teile und Prozente beziehen sich auf das Gewicht.

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

CH 685 437 A5

Beispiel 1

a) Zwei Verstärkungsfasermatten mit einem Flächengewicht von jeweils 340 g • rrr2, bestehend aus harzgebundenen, endlosverlegten Glasfasern wurden mit einem Schmelzefilm, bestehend aus

50 Teile zerkleinertem Rezyklat (aus 90% Polypropylen mit 7% Ethyleneinheiten und 10% Ethylenvinylacetat-Copolymer mit 8% Vinylacetateinheiten)

50 Teile frischem Polypropylen (MFI 70, 230°C; 2,16 kg)

2 Teile eines Stabilisatorbatches auf Basis eines Gemisches aus sterisch gehindertem Phe nolderivat, sterisch gehindertem Triarylphosphat und Dialkylester der Thiopropionsäure in Polypropylen.

1,5 Teile Russbatch (30% Russ)

auf einer Doppelbandpresse zu einem Formpress-Halbzeug mit einem Glasgehalt von 30% und einer Dicke von 2,0 mm verarbeitet. Die Schmelzetemperatur an der Extruderdüse betrug 220°C, die Temperatur der Heisspresszone 230°C, die Kühlpresszone wurde mit Wasser gekühlt. Das so hergestellte Halbzeug wurde in einem Kontaktofen über die Schmelztemperatur der Matrix erhitzt, in eine auf 40°C temperierte Pressform überführt und dort verdichtet.

b) Versuch a wurde wiederholt, wobei aber 100 Teile frisches Polypropylen ohne Rezyklat eingesetzt wurde.

c) Die mechanischen Eigenschaften der verdichteten Formteile wurden gemessen:

Formteii

Zugfestigkeit

E-Modul

Schlagzähigkeit

(nach EN 61)

(nach ISO 179)

a

51 MPa

4860 MPa

55 kJ . rrr2

b

51 MPa

4540 MPa

52 kJ . nr2

Beispiel 2

Zwei Verstärkungsfasermatten, bestehend aus genadelten Schnittglasfasermatten mit einem Flächengewicht von 660 g • m-2 wurden mit drei Schmelzefilmen aus dem zerkleinerten Rezyklat des Beispiels 1 auf einer Doppelbandpresse zu einem Fliesspresshalbzeug verarbeitet. Beim Aufschmelzen des Re-zyklats wurde dieses durch Peroxid-Zusatz von einem Schmelzindex von 7,8 auf 70 (230°C, 2,16 kg) abgebaut: es wurden die gleichen Mengen Stabilisator und Russ wie in Beispiel 1 zugesetzt.

Die Schmelzetemperatur an der Extruderdüse betrug 220°C, die Temperatur der Heizpresszone der Doppelbandpresse betrug 230°C, die Kühlpresszone wurde mit Wasser von Raumtemperatur gekühlt.

Die Abzugsgeschwindigkeit wurde zwischen 0,5 m/min und 4 m/min variiert. Die Dicke des entstandenen Halbzeugs liegt bei 3,8 mm bei einem Glasgehalt von 30 Gew.-%.

Mechanische Eigenschaften des umgepressten Halbzeugs (Aufheiztemperatur 210°C, Halbzeug von 3,8 mm auf 2 mm zusammengepresst unter gleichzeitigem Fliessen):

Zugfestigkeit (geprüft nach EN 61) 52 MPa

Elastizitätsmodul (EN 61 0,05-0,5% Dehnung) 4200 MPa

Claims

Patentansprüche

1. Flächiger Verbundwerkstoff aus einer Polypropylen aufweisenden Matrix und Verstärkungsfasermatten, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 5 Gew.-% der Matrix aus Getränkeflaschendeckel-Rezyklat auf Basis von Polypropylen bestehen.

2. Flächiger Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix folgende Zusammensetzung hat:

A. 5-100 Gew.-% Getränkeflaschendeckel-Rezyklat

B. 0-95 Gew.-% frisches Polypropylen

C. 0-80 Gew.-% eines von B verschiedenen Thermoplasten,

D. 0-70 Gew.-% Rezyklat eines faserverstärkten Polypropylens.

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

CH 685 437 A5

3. Flächiger Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rezyklat folgende Zusammensetzung hat:

80-100 Gew.-% eines heterophasigen Polypropylen/Poiyethylen-Copolymeren mit 4-15 Gew.-% Ethyleneinheiten

20- 0 Gew.-% eines Ethylen/Vinylacetat-Copolymeren mit 4-15 Gew.-% Vinylacetateinheiten.

4. Flächiger Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern Glasfasern sind oder solche enthalten und der Glasfasergehalt dann 20-60 Gew.-% beträgt.

5. Verfahren zur Herstellung des flächigen Verbundwerkstoffs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getränkeflaschendeckel in einem Extruder aufgeschmolzen und die Schmelze mit Verstärkungsfasermatten zusammen verpresst wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Getränkeflaschendeckel vor dem Aufschmelzen gereinigt und zerkleinert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Getränkeflaschendeckel mit weiteren Matrixbestandteilen B, C und D nach Anspruch 2 versehen werden.

4