CN117264344A - 组合物、成型部件和成型部件的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种组合物，其相关于该组合物的总量包括30至65重量百分比的聚氯乙烯树脂和10至35重量百分比的谷壳粉末，其中谷壳粉末中的40至70重量百分比的谷壳粉末具有在小于150μm(>100目)的范围中的颗粒大小，并且谷壳粉末中的30至60重量百分比的谷壳粉末具有在249μm至150μm(100目)的范围中的颗粒大小。此外，本发明还涉及一种成型部件，其能够经由造型方法通过对组合物的成型来制造，该造型方法优选包括发泡、(共)挤出、压延、注塑或3D打印。本发明还涉及一种这样的成型部件的应用。
Description
本申请是申请号为201810001626.2、申请日为2018年01月02日、发明名称为“组合物、成型部件和成型部件的应用”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种组合物，其包括聚氯乙烯(PVC)树脂和谷壳粉末(Reisschalenpulver)，其中谷壳粉末具有特定的颗粒大小分布。此外，本发明涉及一种成型部件，其经由造型方法通过对组合物的成型来获得。
背景技术
在现有技术中已知如下组合物，该组合物包括PVC树脂和谷壳粉末，并且该组合物例如可用于制造仿木。这些组合物特别是作为常规的木-塑料复合材料(即wood-plastic-composite，“WPC”)或HPL材料(“高压层压物(high pressure laminate)”)的替代物来研发。已知的PVC树脂/谷壳粉末的组合物使用具有例如0.42mm至0.25mm的、相对大的颗粒大小的谷壳粉末(例如参见WO2011/100995A1)。此外，例如在DE 20 2013 007232U1、DE 202013 007 233 U1、DE 20 2013 007 234 U1、DE 20 20013 007235U1和DE 20 2015 003154 U1中描述如下组合物，所述组合物能够具有PVC树脂和谷壳粉末，其中谷壳粉末具有在0.42mm至0.1mm的宽的范围中的颗粒大小。在WO 2016/192846 A1中也描述由如下材料构成的薄膜，所述材料包括PVC和例如谷壳粉末，其中谷壳粉具有10μm至250μm的颗粒大小。
由于对木材替代材料的提高的要求和对新型材料的期望而存在对如下组合物的需求，所述组合物能够在大量应用中使用并且尤其也具有相对小的密度。借助在现有技术中描述的、由PVC和谷壳粉末构成的组合物，例如不能够或仅能够极其耗费地制造密度为1g/cm3的材料。通常也仅能够耗费地制造薄的成型部件。此外，主要在应用具有150μm或更小的颗粒大小的常规的谷壳粉末时，其在造型工艺中的可加工性不足。这能够通过每面积单位相对大的表面来解释，所述每单位面积相对大的表面引起更大的附着力并因此产生更小的可流动性。
发明内容
出于上述理由还存在对如下组合物的需求，所述组合物实现了尤其对具有小密度的发泡的成型部件的制造，同样还实现了对薄的成型部件的制造。
因此，本发明所基于的目的是提出一种组合物，其尤其适合于制造发泡板或层厚度为3mm或更小的薄膜、以及由其制成的成型部件。
所述目的通过根据本发明的组合物来实现。此外，所述目的通过根据本发明的成型部件实现。此外，所述目的通过根据本发明的应用实现。附加的设计方案从下面的详细的描述中得出。所述设计方案尤其结合根据本发明的上下文来描述本发明。但是，在那里作为优选描述的实施方式也适用于根据本发明的方法、根据本发明的成型部件、还有所要求保护的应用。
根据本发明的组合物相关于该组合物的总量包括30至65重量百分比的PVC树脂和10至35重量百分比的谷壳粉末。
在优选的实施方式中，组合物包括38至60重量百分比、优选40至58重量百分比、更优选49至55重量百分比的PVC树脂。
对于PVC树脂不存在特别的限制。特别地，能够应用PVC新型材料或PVC循环材料或它们的混合物。例如适合的是具有50至70的K值的PVC树脂悬浮液。将K值理解为如下数，该数从聚合物的稀释的溶液的粘性测量中计算得出，并且该数是聚合度或分子大小的度量。
K值用作为树脂规格。术语PVC树脂涉及氯乙烯的均聚物并且涉及共聚物，该共聚物通过氯乙烯与一种或多种共聚单体、例如乙烯、丙烯或乙酸乙烯酯的聚合来形成。
在实施方式中，组合物能够包括15至32重量百分比、优选17至30重量百分比、更优选20至25重量百分比的谷壳粉末。
上面针对这两个成分PVC和谷壳粉末所提出的数量范围能够根据期望的使用目的或性能特征彼此组合，即例如30至65重量百分比的PVC和20至25重量百分比的谷壳粉末等。
在实施方式中，组合物中的PVC树脂与谷壳粉末的重量比例为1:1至3.5:1、优选1.5:1至3:1.5、更优选2:1至2.5:1。通过该重量比例能够确保单独成分(还有与下面描述的附加成分)的良好的可混合性，即合成物/组合物/成型部件的尤其良好的均匀性。
可根据本发明使用的谷壳粉末具有如下颗粒大小分布：谷壳粉末中的40至70重量百分比的谷壳粉末具有在小于150μm(>100目(mesh))的范围中的颗粒大小，并且谷壳粉末中的30至60重量百分比的谷壳粉末具有在249μm至150μm(100目)的范围中的颗粒大小。在此，之前提出的颗粒大小以及下面描述的优选的颗粒大小和颗粒大小分布表示：能够通过筛选工艺确定以及离析所提出的分量。具有249μm至150μm(100目)的颗粒大小的分量表示：颗粒不穿过筛选宽度为100目的筛网(见下文)。
颗粒大小和颗粒大小分布通过筛选方法确定，其中应用Filtra公司的型号为“Iris FTL-0200”的筛选装置(设备设置：功率：5；周期：0；计时器：10分钟)。试样量为100g，采用距容器表面至少大约20cm的距离。测量重复3次。该结果对应于三次测量的值的算术平均值。所应用的筛网如下：40目(>425μm)、45目(355μm至425μm)、60目(250μm至354μm)、100目(150μm至249μm)，余留的剩余物限定为大于100目(<150μm)的颗粒大小。术语“目”表示根据“美国标准筛网(US Standard Sieve)”的筛网的网眼宽度。目值越小，颗粒大小就越大。
在一个优选的设计方案中，谷壳粉末的组成如下，即使得谷壳粉末中的40至60重量百分比的谷壳粉末具有在小于150μm(>100目)的范围中的颗粒大小，并且谷壳粉末中的40至60重量百分比的谷壳粉末具有在249μm至150μm(100目)的范围中的颗粒大小。同样优选的是：谷壳粉末中的20重量百分比或更少的、优选10重量百分比或更少的谷壳粉末具有在250μm或更大(<100目)的范围中的颗粒大小。
在实施方式中，谷壳粉末的组成如下地选择，即使得谷壳粉末中的40至50重量百分比的谷壳粉末具有在小于150μm(>100目)的范围中的颗粒大小，谷壳粉末中的40至50重量百分比的谷壳粉末具有在249μm至150μm(100目)的范围中的颗粒大小，谷壳粉末中的小于15重量百分比的谷壳粉末具有在354μm至250μm(60目)的范围中的颗粒大小，谷壳粉末中的小于3重量百分比的谷壳粉末具有在424μm至355μm(45目)的范围中的颗粒大小，并且谷壳粉末中的小于1重量百分比的谷壳粉末具有在大于425μm(40目)的范围中的颗粒大小。
通过具有这种特定的颗粒大小分布的谷壳粉末能以令人惊讶的方式实现的是：尽管颗粒大小相对小，但在造型工艺中能确保良好的可加工性。同时，能够实现材料的高的均匀性。由此，尤其也在制造具有3mm或更小的小的层厚度的板或薄膜时，或者在制造已发泡的成型部件时，能够实现良好的美学的表面特性、如光学和触觉的外观，并且实现机械特性。改进的美学的表面特性例如是类似木质的观感和触感。改进的美学的表面特性通过减小的析出倾向(Segregationsneigung)实现，并且例如表现在改进的机械特性中，即例如用于抗拉强度、抗拉弹性模量、抗弯强度、抗弯弹性模量的参数的突出的数值、改进的旋拧值(Schraubenabzugswert)和改进的IZOD(悬臂梁)冲击韧性(有凹口的(gekerbt))。此外实现了突出的热学纵向伸展、高的水蒸气扩散阻力值和小的水吸收值。在此尤其要强调的是：根据上面描述的现有技术的成型部件包括如下的谷壳粉末，该谷壳粉末不具有根据本发明的组合物的特定的颗粒大小分布，并因此尤其在具有小的层厚度的已发泡的成型部件或薄膜、或板状的成型部件中得出更差的特性。
所应用的谷壳不受特别的限制，尤其不在特定的谷物类型方面受特别的限制。在一个优选的实施方式中，谷壳材料经由常规的研磨方法粉末化，随后，只要必要的用于获取各个分量的颗粒大小的筛分方法以使得随后例如通过将各个分量混合实现上面提出的需要的颗粒大小分布(当研磨过程本身已经得到期望的分布时)，就能够取消筛选步骤。谷壳粉末的颗粒能够是球形的或非球形的。谷壳粉末能够在使用在根据本发明的组合物中之前进行表面处理，以便确保与PVC树脂的良好的可混合性。尤其优选的是：利用硅烷或硅氧烷基团(Silan-oder Siloxangruppen)对谷壳粉末进行表面官能化借此确保与PVC树脂的尤其良好的附着。
在实施方式中，组合物包括一种或多种无机填料。所述无机填料优选选自一个组，该组包括：碳酸钙、滑石、云母、矾土、高岭土、硅酸盐或氧化钛、或者它们的混合物。特别地，碳酸钙是优选的。优选地，在组合物中相关于该组合物的总量包含0至30重量百分比、更优选5至25重量百分比、还更优选10至20重量百分比的无机填料。
在实施方式中，除了无机填料之外，组合物必要时还包括一种或多种添加剂。所述添加剂优选选自一个组，该组包括：聚合物接合剂、优选基于热塑性塑料的聚合物接合剂、染料和/或颜料、助滑/润滑剂、PVC加工助剂、如增塑剂、发泡剂、紫外(UV)稳定剂、热稳定剂、防火剂、或它们的混合物。优选相关于组合的总量包含0至30重量百分比、更优选5至25重量百分比、再更优选10至20重量百分比的添加剂。
聚合物接合剂例如具有接合湿气或溶剂的功能。优选地，应用由丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯构成的聚合物。彩色颜料例如是白垩、二氧化钛、炭黑、氧化铁红或赭石。助滑/润滑剂例如是脂肪酸盐、如硬脂酸钙、脂肪酸酯、脂肪酸酰胺、石蜡、聚乙烯蜡或微晶石蜡。PVC加工剂(如热和耐候稳定剂、抗氧化剂、抗老化剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、抗静电剂)对于本领域技术人员是已知的并且在市场上提供有大量选择。特别地，例如将聚乙烯或氯化聚乙烯用作为PVC增塑剂。能够将常规的发泡剂作为发泡剂(或起泡剂)使用，其不受特别的限制。特别地，可以使用化学的或物理的发泡剂。物理的发泡剂例如是表面活性剂或其它的界面活性的、除了界面活性也具有一定的成膜能力的物质，并因此通过吹入气体来促进泡沫液体的形成。在化学发泡剂中，泡沫形成基于在形成气体的情况下进行的化学反应。实例是基于聚氨酯的发泡剂或基于氮的发泡剂。要添加的量从制造商说明中得出，并由本领域技术人员通过简单的常规实验确定。通过发泡剂的量，能够设定发泡材料的得出的密度。
基于热塑性塑料的化学接合剂例如具有如下功能，即强烈地利用“非织物网”或由天然材料纤维构成的网来从天然材料纤维中移除和结合或交联湿气或溶剂。PVC加工助剂(“PVC processing aids”)能够加速熔化(“Fusion”)，其改进熔化物的熔化强度或韧性(“melt strength”)，消除表面缺陷并且减少析出(“place out”)。此外，所述PVC加工助剂在生产工艺中能够加强金属分离特性。对于本领域技术人员而言，合适的接合剂和加工助剂在PVC加工领域是常见的并且在市场上提供有大量选择。
在优选的实施方式中，对于防火的组合物而言，例如添加10至20重量百分比的氧化铝(Al2O3)、5至10重量百分比的三氧化二锑(Sb2O3)和0.1至5百分比的硼酸锌作为添加剂。
在优选的实施方式中，对于发泡的板或型材例如添加0.1至5重量百分比的发泡剂、5至10重量百分比的助滑剂和5至15百分比的丙烯酸酯作为添加剂。用于抗冲改性(Impact-modifiziert)的并且经由共挤出或注塑制造的板、型材的优选的实施方式还能够包含1至10重量百分比的助滑剂和5至15重量百分比的丙烯酸酯。
在一个实施方式中，组合物包括聚合物成分，仅仅将PVC树脂作为该聚合物成分，即在PVC树脂之外不存在其它的聚合物成分、例如聚合物接合剂。这还引起得出的成型部件的高的机械强度。
优选地，组合物相关于该组合物的总重量包括35至50重量百分比的PVC树脂和15至35重量百分比的谷壳粉末、以及10至25重量百分比的无机填料和10至25重量百分比的添加剂。
本发明还包括一种成型部件，其经由造型方法由上面描述的组合物制成。造型方法不受特别的限制并且优选包括发泡、(共)挤出、压延、注塑、或3D(三维)打印。
设定适当的方法条件对于本领域技术人员是熟知的。此外，能够将任意市场通用的机器用于造型方法。根据制造商说明来执行操作。对于本领域技术人员清楚的是：根据本发明的组合物必须在加工条件(例如温度和压力)下被充分均匀化和液化，从而使其能够利用相应的机器进行加工。合适的加工条件或者由制造商来规定，或者由本领域技术人员通过简单的常规实验来确定。
在一个优选的实施方式中，成型部件具有板的或薄膜的形式、或型材的形式。在此，板或薄膜或型材优选具有3mm或更小的、优选2mm或更小的、优选1mm或更小的厚度。通过根据本发明的特定的组合物和尤其通过谷壳粉末的特定的颗粒大小分布，能够实现具有这种小的层厚度的成型部件。
相应的板/薄膜或型材通常通过压延或(共)挤出进行制造。用于具有180μm至1000μm的厚度的薄膜的、适当的压延方法例如在WO 2016/192846A1中描述。
此外，成型部件优选被发泡并且具有小于1g/cm3的密度，在实施方式中，密度为0.7g/cm3或更小、优选0.5g/cm3或更小，例如为大约0.4g/cm3或0.3g/cm3(根据标准ISO1183)。
在执行造型方法之前，例如将PVC粉末在混合器中与谷壳粉末和可选的填料/添加剂(必要时在例如125℃至140℃的更高的温度下)进行混合。在冷却之后，混合物在例如150℃至210℃或160℃至175℃的范围中的温度下成型。在此，必要时在造型期间或之后通过添加发泡剂来制造发泡的产品。
在一个实施方式中，在组合物成型之后进行表面处理，该表面处理优选通过刷除、打磨、粗化、喷砂、喷漆、上油、上釉、压印、或它们的混合实现。
在此，通过刷除、打磨、粗化或喷砂特别移除了在成型部件的表面上形成的塑料皮，由此形成良好的美学的表面特性，即例如类似木质的触感和观感。通过移除塑料皮，根据本发明的成型部件也具有良好的抓牢特性或防滑性能。
例如，塑料皮能够通过打磨移除。打磨例如能够利用磨削材料、如粒度在24至60的范围中的砂纸或打磨纸来执行，例如利用电动运行的手工研磨机来执行。在该粒度的情况下，较小的数值对应于较粗的粒度并且较高的数值对应于较细的粒度。为24的粒度更确切地说是粗的并且例如适合于移除胶水层或漆层，而为60的粒度更确切地说是中等的并且例如用于粗磨原木面。本领域技术人员按照实际条件或要实现的效果来选择适当的粒度。
在相应的预处理(例如涂底漆)之后，尤其由于所应用的PVC树脂的极性特性，根据本发明的成型部件必要时在其表面上进行压印、上漆、上釉或上油。极性特性也允许容易的可粘贴性并且带来抗静电特性。与此相反，常规的木材/PE(聚乙烯)复合物(WPC)由于PE的非极性特性而不能或仅能极其困难地被上漆，不能粘贴并且是不抗静电的。
通过根据本发明的成型部件的稳固性、形状稳定性和对于例如雨的湿气影响的绝对抵抗力，根据本发明的成型部件优于木材/PE复合物(WPC)以及多种木材类型。根据本发明的成型部件几乎是不透水的。所应用的PVC不是吸湿性的并且不吸收水，从而防止水由于表面受损侵入，以便不出现对涂覆的漆层的渗透，并且不出现漆剥落。因此，根据本发明的成型部件也是尺寸稳定的(dimensionsstabil)，从而不能以自然的方式(例如通过膨胀或收缩)产生变形。相反，常规的木材/PE复合物在湿气影响下膨胀。漆不再粘附，因为进入的水渗透该漆并且由此剥落该漆。
根据本发明的成型部件的色调能够通过上油、压印、上漆或上釉来设定。根据色素沉淀和表面着色，能够实现不同的木材观感和触感，例如实现如缅甸柚木、暹罗柚木、爪哇柚木或老柚木的热带木的观感和触感。
本发明的成型部件能够优选地应用为：仿木，用于层板的发泡基底，建筑材料，地面材料，墙壁材料，用于门槛、贴面板、窗扉、栅栏、家具、车辆的覆盖材料，或用于电设备的壳体。
特别地，具有或没有上面描述的表面处理的、根据本发明的发泡的成型部件能够作为用于常规的HPL成型部件(“高压层压物”成型部件)的替代物使用。
成型部件尤其具有在5.0N/mm2或更高的、优选8.0N/mm2或更高的范围中的抗拉强度(利用标准ISO 527测量)。抗拉弹性模量优选在500N/mm2或更高的、更优选在700N/mm2或更高的范围中(利用标准EN 789测量)。此外，成型部件优选具有10N/mm2或更高的、更优选15N/mm2或更高的抗弯强度。抗弯弹性模量优选为500N/mm2或更高，更优选为600N/mm2或更高(根据标准EN 310测量)。旋拧值优选为4000N或更高，更优选为5000N或更高(利用标准EN320:2.011-07测量)。IZOD冲击韧性(有凹口的)优选为2.0kJ/m2或更高，更优选为2.5kJ/m2或更高(利用标准ISO 180/1eA测量)。热学纵向伸展系数优选处于10×10-5k-1的范围中(利用标准ISO 11359-2/DIN 53852测量)。此外，成型部件具有利用标准DIN EN ISO 125752测量的高的水蒸气扩散阻力值、以及根据标准IN 317测量的最高小于1％(24小时)的小的水蒸气吸收值。此外，成型部件具有防止破坏木材的真菌的高抵抗性、高抗腐烂性、以及防止地下蚁类的高抵抗性，并且因此适用于户外应用。
Claims (15)
1.一种组合物，所述组合物相关于所述组合物的总量包括30至65重量百分比的聚氯乙烯树脂和10至35重量百分比的谷壳粉末，其中，所述谷壳粉末中的40至70重量百分比的谷壳粉末具有在小于150μm的范围中的颗粒大小，并且所述谷壳粉末中的30至60重量百分比的谷壳粉末具有在249μm至150μm的范围中的颗粒大小。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述谷壳粉末中的20重量百分比或更少的谷壳粉末具有在250μm或更大的范围中的颗粒大小，并且所述谷壳粉末中的40至50重量百分比的谷壳粉末具有在小于150μm的范围中的颗粒大小，所述谷壳粉末中的40至50重量百分比的谷壳粉末具有在249μm至150μm的范围中的颗粒大小，所述谷壳粉末中的小于15重量百分比的谷壳粉末具有在354μm至250μm的范围中的颗粒大小，所述谷壳粉末中的小于3重量百分比的谷壳粉末具有在424μm至355μm的范围中的颗粒大小，并且所述谷壳粉末中的小于1重量百分比的谷壳粉末具有在大于425μm的范围中的颗粒大小。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述组合物包括35至60重量百分比的聚氯乙烯树脂。
4.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中，所述组合物包括15至32重量百分比的谷壳粉末。
5.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中，所述谷壳粉末利用硅烷或硅氧烷基团进行表面官能化。
6.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中，所述组合物中的所述聚氯乙烯树脂与所述谷壳粉末的重量比例为1:1至3.5:1。
7.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，还包括一种或多种无机填料，所述无机填料选自一个组，该组包括：碳酸钙、滑石、云母、矾土、高岭土、硅酸盐或氧化钛，所述无机填料相关于所述组合物的总量占0至30重量百分比。
8.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，还包括一种或多种添加剂，所述添加剂选自一个组，该组包括：聚合物接合剂、染料和/或颜料、助滑/润滑剂、聚氯乙烯加工助剂，所述添加剂相关于所述组合的总量占0至30重量百分比。
9.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，所述组合物相关于所述组合的总量包括35至50重量百分比的聚氯乙烯树脂和15至30重量百分比的谷壳粉末、以及10至25重量百分比的无机填料和10至25重量百分比的添加剂。
10.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中，所述组合物包括聚合物成分，仅仅将聚氯乙烯树脂作为该聚合物成分。
11.一种成型部件，经由造型方法通过对根据前述权利要求中任一项所述的组合物的成型能够制造所述成型部件，所述造型方法包括发泡、挤出、压延、注塑、或3D打印。
12.根据权利要求11所述的成型部件，其中，所述成型部件包括板的或薄膜的或型材的形式，其中，所述板或所述薄膜或所述型材具有3mm或更小的厚度。
13.根据权利要求11或12所述的成型部件，其中，所述成型部件被发泡并且具有小于1g/cm3的密度。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的成型部件，其中，在所述成型之后进行表面处理，所述表面处理是刷除、打磨、粗化、喷砂、喷漆、上油、上釉、压印。
15.一种根据权利要求11至14中任一项所述的成型部件的应用，所述应用为：仿木，用于层板的发泡基底，板原料，建筑材料，地面材料，墙壁材料，用于门槛、贴面板、窗扉、门、木瓦、护板、房屋立面、栅栏、家具、车辆的覆盖材料，或用于电设备的壳体。
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