DD253788A5

DD253788A5 - Thermoplastische stoffzusammensetzung und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DD253788A5
Application number: DD86294058A
Authority: DD
Inventors: Herbert J Wagner; Adolf Wyler
Original assignee: Adolf Wyler,Nl; Wagner,Herbert J.,Us
Priority date: 1986-09-01
Filing date: 1986-09-01
Publication date: 1988-02-03

Abstract

Die Aufgabe besteht darin, eine Stoffzusammenstellung herzustellen, die im starren Zustand maschinell bearbeitbar ist, gute Widerstandsfaehigkeit gegenueber UV-Licht aufweist, einem verhaeltnismaessig hohen Druck standhaelt und thermisch oder elektrisch leitend gemacht werden kann. Dazu werden erfindungsgemaess die Ausgangsstoffe bei einem Druck von ungefaehr 20 bis ungefaehr 90 M Pa bei einer Temperatur von ungefaehr 50C bis ungefaehr 250C in einer geschlossenen Matrize in eine feste thermoplastische Masse umgewandelt, wobei wahlweise Zusatzstoffe und/oder Fuellstoffe beigemischt werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine thermoplastische Stoffzusammensetzung, im wesentlichen aus Leder bestehend, die aus Plastizierabfall von Leder gewonnen wird und ein Verfahren zur Herstellung der thermoplastischen Stoffzusammensetzung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Der Ausdruck „Leder", wie er in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist so zu verstehen, daß er sich sowohl auf gegerbtes als auch ungegerbtes Naturleder, Fell oder Häute sämtlicher Arten tierischen Ursprungs bezieht.

Lederabfall ist in verschiedenen Formen verfügbar, beispielsweise flachen Stücken unterschiedlicher Formen, schmaler Streifen, Narben und Pulver. Trotz des vergleichsweise hohen Preises des Naturleders sind kaum bedeutsame Versuche bisher unternommen worden, um diese Lederabfälle auszunutzen, sogar nur wenige, um sie in industriell verwertbare Materialien umzuwandeln.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, vergleichsweise große Mengen Lederabfälle, die unvermeidliche Nebenprodukte der Lederwarenindustrie, insbesondere der Schuhindustrie sind, wirtschaftlich zu verwerten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine thermoplastische Stoffzusammensetzung aus Lederabfall herzustellen, die im starren Zustand maschinell bearbeitbar ist, gute Widerstandsfähigkeit gegenüber UV-Licht aufweist, einem verhältnismäßig hohen Druck standhält und thermisch oder elektrisch leitend gemacht werden kann.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Stoffzusammensetzung bei einem Druck von ungefähr 20 bis ungefähr 9OM Pa bei einer Temperatur von ungefähr 50 bis ungefähr 250⁰C in einer geschlossenen Matrize in eine feste thermoplastische Masse umgewandelt worden ist, wobei die Stoffzusammensetzung wahlweise Zusätze upd/oder Füllstoffe enthält.

Das Verfahren zur Herstellung der Stoffzusammensetzung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einzelnen Lederteilchen hergestellt wird, denen wahlweise ein oder mehrere Zusatzstoffe und/oder Füllstoffe beigemischt werden, wobei diese der Einwirkung eines Druckes von ungefähr 20 bis ungefähr 90 M Pa bei einer Temperatur von ungefähr 50 bis ungefähr 250⁰C in einer geschlossenen Matrize während einer Zeitdauer von mindestens ungefähr 30 s ausgesetzt werden.

Das aus Teilchen bestehende Lederausgangsmaterial wird der Wirkung eines Anfangsdruckes von über 5OM Pa in einer geschlossenen Matrize bei Raumtemperatur während einer Zeit von mindestens 5min ausgesetzt und danach in einer zweiten Stufe auf eine Temperatur von ungefähr 50 bis ungefähr 250°C in der geschlossenen Matrize unter dem selben Anfangsdruck odat einem niedrigeren Druck erwärmt, wobei der Druck ungefähr 20 bis ungefähr 9OM Pa beträgt.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß dann, wenn Lederabfall der Einwirkung eines hohen Druckes und mäßig erhöhter Temperaturen in einer geschlossenen Matrize in vergleichsweise kurzen Zeitabschnitten ausgesetzt wird, eine neuartige und brauchbare Stoffzusammensetzung mit vorteilhaften physikalischen Eigenschaften erhalten wird, die sie für verschiedene technische und industrielle Anwendungen nutzbar macht.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist Lederabfall als Ausgangsmaterial, vorzugsweise in Teilchenform geeignet, und kann in Form von Pulvern, Körnchen, Fasern oder dergleichen vorliegen. Diese werden entweder beispielsweise aus der Lederwarenindustrie oder durch Zerkleinerung großer Stücke gewonnen. Die Größe der Lederabfallteilchen ist nicht kritisch und kann sich von einem feinen Pulver bis zu vergleichsweise groben Körnern, Schnitzeln oder Fasern erstrecken, selbst große Stücke können verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in geeigneter Weise in einer herkömmlichen Matrize, die mit Heizvorrichtungen versehen ist, ausgeführt. Das sich dabei ergebende Material kann auf diese Weise direkt in die Form des endgültigen, gewünschten Gegenstandes gepreßt werden. In alternativer Weise kann das Verfahren durch ein erstes Herstellen eines sogenannten „grünen Teils" ausgeführt werden, d. h. ein teilweise zusammengepreßtes Material, in irgendeiner Form, beispielsweise Pellets oder Preßkörper. Dieses halbfertiggestellte Material kann gespeichert und, falls gewünscht, zu einem anderen Platz transportiert werden. Anschließend erfolgt das Formpressen in die gewünschte Endform in einer zweiten Matrize. Nach dem Zusammendrücken des Abfall-Leder-Ausgangsmaterials bei Raumtemperatur unter der Wirkung des erhöhten Druckes (um 7OM Pa) und allmählicher Erwärmung danach in der Matrize und zwar bei konstantem Volumen und unter dem selben oder irgendeinem niedrigeren Anfangsdruck verringerte sich der Innendruck des Materials in der Matrize zuerst gleichmäßig, bis ein Plateaubereich erreicht war. Es wird angenommen, daß oberhalb dieses Druckplateaus eine stufenweise Plastizierung des Materials stattfindet, bis eine maximale Plastizierung bei einer bestimmten charakteristischen Temperatur Tc erreicht ist, bei der die Plateauenden, und, nach einem fortgesetzten Anstieg der Temperatur, der Innendruck als eine im wesentlichen lineare Funktion der Temperatur ansteigt. Diese Temperatur Tc kann für jede Art des Ausgangsmaterials experimentell bestimmt werden, und es wurde ermittelt, daß sie von dem Druck und der Länge der Dauer des Anfangsdruckes des Ausgangsmaterials bei Raumtemperatur abhängig ist, von dem Anfangsdruck, der angewendet wird, wenn die Erwärmung einsetzt, und von der Erwärmungsgeschwindigkeit. Wird das Material so schnell wie möglich abgekühlt, so erreicht es die charakteristische Temperatur Tc, wobei das Produkt als ein braunes, plastiziertes Material erscheint. Die Eigenschaften des Produkts können durch Ändern der Zeitdauer modifiziert werden; das Ausgangsprodukt wird unter Druck bei der Temperatur Tc oder irgendeiner höheren oder niedrigeren Temperatur erwärmt. Je länger diese-Erwärmung andauert, desto stärker plastiziert und desto dunkelbrauner ist das Produkt. Das Produkt stellte sich nach dem Wiedererwärmen als thermoplastisch dar. Die erfindungsgemäße Stoffzusammensetzung ist grundsätzlich ein festes, starres und vergleichsweise hartes Material, das sich farblich von einem leichten Grau bis bräunlich erstreckt und in seiner Darstellung einem synthetischen Harz ähnelt. Dieses neue Material ist vollkommen thermoplastisch, und wird bei einer Temperatur von ungefähr 35-50°C weich. In seinem starren Zustand ist die neue Zusammensetzung maschinell bearbeitbar. Das neue Material besitzt eine gute Widerstandsfähigkeit gegenüber UV-Licht; dabei führte eine dreitägige Belichtung an der Sonne zu keiner wahrnehmbaren Veränderung des Materials. Bei Härteprüfungen wurde festgestellt, daß die neue Stoffzusammensetzung einem Druck von 50M Pa widersteht. Die oben beschriebenen physikalischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Stoffzusammensetzung können durch die Beimischung geeigneter Zusatzstoffe und/oder Füllstoffe modifiziert werden. Auf diese Weise kann sich die Festigkeit des Materials durch die Zugabe von Fasern hoher Festigkeit (beispielsweise Glas, Graphit, Metall) oder Teilchen oder Flocken als Verstärkung erhöhen. Die neue Stoffzusammensetzung kann thermisch und elektrisch leitend gemacht werden, und zwar durch Zugabe von pulverisiertem Kohlenstoff oder Metalldrahtösen, insbesondere Kupfer. Andere mögliche Zusatzstoffe, die sich dafür eignen, sind beispielsweise Pigmente, Stabilisatoren, Antioxidationsmittel, Plastifizierungsmittel und/oder wasserabstoßende Mittel.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand mehrerer Beispiele näher erläutert werden.

Beispiel 1

Feingeschnitzeltes, gegerbtes Kuhleder wird in dem zylindrischen Werkzeughohlraum (Durchmesser 25 mm; Tiefe 75 mm) einer Matrize, die aus H3-Matrizenstahl besteht, verdichtet und mit elektrischer Heizung und Wasserkühlung ausgerüstet, und zwar nach der vorbereiteten Schmierung des Matrizenhohlraumes mit einem Silikonformtrennmittel. Anschließend wird auf das Ausgangsmaterial in dem Matrizenhohlraum durch einen Kolben Druck ausgeübt. Hat der Druck in dem Matrizenhohlraum ungefähr 70 M Pa erreicht, wird die Heizvorrichtung eingeschaltet und die Temperatur steigt bis auf 140°C, während dieselbe Kraft (etwa 29 kN) auf dem Hauptkolben gehalten wird. Bei einer Temperatur von ungefähr 100⁰C erweicht das Material, wird plastisch und wird verdichtet, was durch eine allmähliche Abwärtsbewegung des Kolbens geschieht, bis die vollständige Kompression des Materials erreicht ist. Während weiterer 8 min wird derselbe Druck und dieselbe Temperatur aufrechterhalten, wonach die Heizeinrichtung abgeschaltet und die Matrize durch Zirkulation des Kühlwassers gekühlt wird. Während der Kühlperiode wird der Druck auf seinem vorherigen Pegel aufrechterhalten, bis die Temperatur auf ungefähr 40⁰C abgefallen ist. Nach weiterer Abkühlung auf ungefähr 3O⁰C wird die Matrize geöffnet und das geformte zylindrische Stück daraus entfernt. Das Material ist hart und glatt, seine Oberflächenbeschaffenheit entspricht derjenigen der Matrize. Das Material wird braun gebeizt, es weist eine Dichte von 1,1-1,2g/cm³ (als Vergleich zur Dichte des Leders von 0,86-1,02g/cm³) und eine Härte von H₀ = 85 bei dem Shore-D-Test (ASTM) auf.

Beispiel 2 Herstellung eines geformten Gegenstandes durch ein Zweischritt-Verfahren

In einem ersten Schritt wird dasselbe Ausgangsmaterial wie im Beispiel 1 verwendet, und es folgt derselbe Ablauf, außer, daß das vollständig zusammengepreßte plastizierte Material während nur einer Minute bei der hohen Temperatur gehalten und die Matrize sofort auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Damit wurde ein sogenanntes „grünes Teil" gewonnen, das noch nicht vollständig verdichtet ist; es ist in seiner Farbe noch gräuchlich-weiß und nicht glänzend, aber zur Handhabung ist es fest genug.

In einem zweiten Schritt wird das oben gewonnene grüne Teil im Hohlraum einer anderen Matrize plaziert, die eine von dem grünen Teil abweichende Form aufweist. Diese zweite Matrize wird dann allmählich bis auf 14O⁰C erwärmt und durch den Kolben wird ein Druck von 3OM Pa auf das Teil ausgeübt. Die Temperatur und der Druck werden ungefähr 3 bis 5 min aufrechterhalten. Dann, wenn die Temperatur ungefähr 120⁰C erreicht hat, beginnt das Material zu fließen und der Matrizenhohlraum wird vollständig ausgefüllt. Die Matrize wird dann unter dem selben Druck abgekühlt, bis eine Temperatur von ungefähr 30°C erreicht ist. Anschließend wird das geformte Produkt aus der Matrize entfernt. Es ist glatt und glänzend, in dsr Farbe braun und weist dieselben physikalischen Eigenschaften auf wie das im Beispiel 1 gewonnene Produkt.

Beispiel 3

Flocken zerkleinerter enthaarter Haut (mittlere Korngröße ungefähr4 χ 1,5 χ 0,75 mm) werden im Hohlraum des Druckzylinders angeordnet, in welchem das Material bei Raumtemperatur unter einem Anfangsdruck Po (im allgemeinen 690 bar) während einer Dauer von 20min gepreßt wird. Der Anfangsdruck Po wird dann aufrechterhalten oder bis auf einen geringeren Druck P1 (siehe Tabelle 1 unten) reduziert, und die Temperatur wird allmählich mit einer Geschwindigkeit von 5°C/min bei einem konstanten Volumen des Matrizenhohlraums (feste Position des Matrizenkolbens) erhöht. Die Veränderung des Druckes innerhalb des Matrizenhohlraumes wird gegen die Temperaturerhöhung aufgetragen. Es kann beobachtet werden, daß der Felldruck in einer ersten Stufe in gleichmäßiger Form ein Plateau (die zweite Stufe) erreicht, wobei der Druck bis zu einer charakteristischen Temperatur Tc konstant bleibt, bei der der Druck beginnt anzusteigen, und zwar nach einer im wesentlichen linearen Funktion der Temperatur. Die Temperatur ist von der Art und physikalischen Form des Ausgangsmaterials, vom Anfangsdruck Po und der Zeitdauer, wobei das Material dem Druck bei Raumtemperatur ausgesetzt wird, von dem Druck P1 und, möglicherweise von der Geschwindigkeit der Erwärmung abhängig. Die Ergebnisse sind in derfolgenden Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1

Po (bar) P1(bar) Tc(⁰C)

(für20Min.)

920 920 67

690 690 81

690 554 81

690 462 83

690 373 87

690 318 88

690 288 91,5

690 272 92

690 231 96,5

690(für2Std.) 690 76

690(für6Std.) 690 72

Als die Matrize abgekühlt war und geöffnet wurde, unmittelbar nachdem die Temperatur Tc erreicht war (bei einer gegebenen Erwärmungsgeschwindigkeit und einem Anfangsdruck P1), war eine bestimmte Menge des braunen, plastizierten Materials geformt. Je länger das Material unter Druck bei der Temperatur Tc gehalten wird, desto mehr wird das Produktmaterial plastifiziert und desto dunkelbrauner wird seine Farbe. Die gewünschten Eigenschaften des Produkts können daher durch Regulierung der Zeitdauer erreicht werden, während der das Material unter dem Druck P1, bei der Temperatur Tc oder einer höheren Temperatur, gehalten wird.

Bei einem anderen Experiment wurde das Ausgangsmaterial zuerst bei Po = 69 M Pa zusammengepreßt und danach in dem Matrizenhohlraum bei Atmosphärendruck und einer Temperatur von 145°C 10min lang belassen und anschließend schnell auf Raumtemperatur abgekühlt. Dabei war ein hartes braunes Material mit einer porösen Struktur entstanden.

Einfluß der Korngröße des Ausgangsmaterials

Dieselbe weiße Haut wurde als Ausgangsmaterial bis zu einer feineren Korngröße zerkleinert, die dem Schrotmehl ähnelt und, wie oben beschrieben, mit Po = P1 = 69 M Pa verarbeitet. Die Temperatur Tc betrug dabei 67⁰C im Vergleich zu 81 °C in Tabelle 1.

Einfluß der Art des Ausgangsmaterials

Enthaarte Ziegenhaut in feines Pulver zermahlen, wurde wie oben (Po = P1 = 69 M Pa) bei einer Temperatur Tc von 55⁰C verarbeitet, wobei als Ausgangsmaterial grobes braunes Pulver aus gegerbtem Schuhleder, das eine Temperatur Tc = 100⁰C aufweist, verwendet wurde.

Beispiel 4 Erweichung des vollständig verarbeiteten Materials

In einem zylindrischen Hohlraum einer Matrize wird Hautflockenmaterial durch Erwärmung auf 150⁰C für die Dauer einer halben Stunde bei einem Druck von 69 M Pa verarbeitet. Werden dabei zylindrisch geformte Produkte gewonnen, werden sie wieder unter Drücken P1, die sich von 23 bis 92,5 MPa erstrecken, erwärmt; es wurde festgestellt, daß sich die Temperatur auf 42 ⁰C +5⁰C verändert hatte.

Claims

V. Thermoplastische Stoffzusammensetzung, im wesentlichen aus Leder bestehend, gekennzeichnet dadurch, daß sie bei einem Druck von ungefähr 20 bis ungefähr 90 M Pa bei einer Temperatur von ungefähr 5O⁰C bis ungefähr 250⁰C in einer geschlossenen Matrize in eine feste thermoplastische Masse umgewandelt worden ist, wobei die Stoffzusammensetzung wahlweise Zusatzstoffe und/ oder Füllstoffe enthält.
2. Verfahren zur Herstellung der thermoplastischen Stoffzusammensetzung, gekennzeichnet dadurch, daß sie aus einzelnen Lederteilchen hergestellt wird, denen wahlweise ein oder mehrere Zusatzstoffe und/oder Füllstoffe beigemischt werden, wobei diese der Entwicklung eines Druckes von ungefähr 20 bis ungefähr 90 M Pa bei einer Temperatur von ungefähr 5O⁰C bis ungefähr 250⁰C in einer geschlossenen Matrize während einer Zeitdauer von mindestens 30 sausgesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß das aus Teilchen bestehende Lederausgangsmaterial der Wirkung eines Anfangsdruckes von über 50M Pa in einer geschlossenen Matrize bei Raumtemperatur während einer Zeit von mindestens 5 min ausgesetzt und danach in einer zweiten Stufe auf eine Temperatur von ungefähr 50⁰C bis ungefähr 250⁰C in der geschlossenen Matrize unter dem selben Anfangsdruck oder einem niedrigeren Druck erwärmt wird, wobei der Druck ungefähr 20 bis ungefähr 90 M Pa beträgt.