DE102006014099A1 - Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs aus einem partikelförmigen thermoplastischen Naturstoff - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs aus einem partikelförmigen thermoplastischen Naturstoff, insbesondere Naturharz, und/oder dessen Derivaten, Naturfasern und gegebenenfalls geringen Mengen an Zusatzstoffen für eine thermoplastische Weiterverarbeitung, wobei der partikelförmige thermoplastische Naturstoff und/oder dessen Derivate sowie gegebenenfalls geringe Mengen an Zusatzstoffen gemischt werden und wobei die Mischung in Wasser suspendiert oder gelöst wird und danach die Suspension oder Lösung auf die Naturfasern aufgesprüht wird und anschließend der Wasseranteil durch Trocknen reduziert wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs aus einem partikelförmigen thermoplastischen Naturstoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Verfahren ist bereits aus der
DE 101 51 386 A1 bekannt. - Anlass der Erfindung ist das Bestreben nach nachhaltiger Nutzung der natürlichen Rohstoffe. Die bisher vorwiegende Nutzung von Mineralölen zur Energiegewinnung und zur Synthese von Kunststoffen verbraucht einerseits diese Rohstoffe unwiederbringlich und steigert dabei den Kohlendioxidgehalt (CO2) der Erdatmosphäre. Dies trägt zu dem sogenannten Treibhauseffekt bei. Durch die nachhaltige Nutzung von Rohstoffen können diese Effekte vermindert werden. Dies kann z.B. durch einen geschlossenen CO2-Kreislauf geschehen, bei dem nur soviel CO2 in die Atmosphäre abgegeben wird, wie die Natur in der Lage ist, CO2 durch Photosynthese wieder neu in organische Rohstoffe zu überführen. Dies ist bei Verwendung natürlicher Rohstoffe möglich, nicht aber bei Werkstoffen aus synthetischen Kunststoffen, welche nicht CO2-neutral entsorgt werden können.
- Zudem sind thermoplastische Naturstoffe als Matrix gegenüber beispielsweise Phenolen als Matrix gesundheitlich unbedenklich.
- Den größten Anteil an den industriell erzeugten Kunststoffen haben die Thermoplaste. Thermoplaste kommen auch in natürlicher Form vor. Sie werden zur Erreichung notwendiger Materialeigenschaften häufig verstärkt, z.B. durch Fasereinschlüsse. Aus ökonomischer und ökologischer Sicht ist es vorteilhaft, ein Halbzeug ausschließlich aus nachwachsenden Rohstoffen herzustellen und mit üblichen thermoplastischen Verarbeitungsmaschinen zu verarbeiten.
- Eine Möglichkeit dazu wird in der eingangs erwähnten
DE 101 51 386 A1 offenbart. Dort werden der partikelförmige natürliche Thermoplast Lignin und Naturfasern gemischt und anschließend mit Wasser befeuchtet. Danach wird die Mischung unter mechanischem Druck zu einem Halbzeug bzw. Granulat verdichtet. - Aus der
DE 102 48 381 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines lederartigen Halbzeugs bekannt. Dort werden Latexpartikeln mit Lederfasern gemischt und in Wasser suspendiert. - Die so erhaltene Pulpe wird in einem porösen Saugwerkzeug zu einem Halbzeug verpresst.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein alternatives Verfahren für ein ausschließlich aus nachwachsenden Rohstoffen herzustellendes Halbzeug anzugeben.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs aus einem partikelförmigen thermoplastischen Naturstoff, insbesondere Naturharz, und/oder dessen Derivaten, Naturfasern und gegebenenfalls geringen Mengen an Zusatzstoffen für eine thermoplastische Weiterverarbeitung, wobei der partikelförmige thermoplastische Naturstoff und/oder dessen Derivate sowie gegebenenfalls geringe Mengen an Zusatzstoffen gemischt werden, und wobei die Mischung in Wasser suspendiert oder gelöst wird und danach die Suspension oder Lösung auf die Naturfasern aufgesprüht wird und anschließend der Wasseranteil durch Trocknen reduziert wird.
- Nach der Reduktion des Wasseranteils auf 1 bis 30 Massenprozent (vorzugsweise 2 bis 15 Massenprozent) bezogen auf die Trockenmasse der Gesamtmischung bleiben die thermoplastischen Partikeln auf den Fasern haften und das so erhaltene Halbzeug (oder Prepreg) kann z.B. in einer üblichen Thermoplastpresse zu Formteilen verpresst werden.
- Als geeignete thermoplastische Naturstoffe seien beispielhaft die Baumharze, z.B. Lignin, Schellack, Guttapercha, Mastix, Kolophonium oder Kopal genannt, aber auch thermoplastische Stärke. Vorzugsweise werden Partikel mit Durchmessern im Mikrometerbereich und beliebiger Form (z.B. kugelig, flake- oder faser-artig) verwendet.
- Als geeignete Naturfasern seien beispielhaft pflanzliche Fasern genannt, insbesondere Samen-(z.B. Baumwolle, Kapok, Pappelflaum), Bast-(z.B. Hanf, Jute, Leinen, Ramie, Brennnessel, Bambus), Hart-(z.B. Holz, Sisal, Manilla) oder Fruchtfasern (z.B. Kokos), und/oder tierische Naturfasern insbesondere Wolle oder andere Tierhaare (z.B. Schaf, Kamel, Lama, Pferd, Rind, Ziege), Seide (Maulbeer, Tussah, Muschel) oder Lederfasern. Auch mineralische Naturfasern können geeignet sein. Allerdings sind bisher nur Asbestfasern in industriellen Mengen verfügbar und aus gesundheitlichen Gründen für viele Anwendungen nicht geeignet.
- Zusatzstoffe für eine thermoplastische Weiterverarbeitung können insbesondere übliche Antioxidantien, Weichmacher, Farbstoffe und/oder Pigmente sein. Außerdem auch vorzugsweise natürliche Füllstoffe mineralischen Ursprungs, z.B. Gesteinsmehl, Talkum, Kalk oder dergleichen – oder organischen Ursprungs, z.B. Reishülsen, Chitin (z.B. aus Fischereiabfällen). Die Füllstoffe dienen vornehmlich der Kostensenkung der Zusammensetzung, aber im Falle organischen Ursprungs auch dem sinnvollen Recycling organischer Abfälle.
- Die Trocknung erfolgt zur Beschleunigung vorzugsweise durch einen warmen Luftstrom oder auch durch Infrarot-Bestrahlung.
- In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Dichte des Wassers derart eingestellt, dass die Suspension über einen Zeitraum von mindestens 1 Stunde, vorzugsweise mindestens 12 Stunden im Wesentlichen stabil bleibt. Dazu werden dem Wasser natürlicher Quell- und/oder Klebstoffe zugegeben, welche seine Dichte auf einen geeigneten Wert (in Abhängigkeit des Naturstoffes) einstellt. Dies gewährt für die meisten Verwendungen eine ausreichende Verarbeitungszeit. Sollte im Einzelfall eine längere Verarbeitungszeit erforderlich sein, so können geeignete Thixotropiermittel zugesetzt werden, um ein vorzeitiges Sedimentieren der Suspension zu verhindern. „Im Wesentlichen stabil" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass in den genannten Zeiträumen weniger als 10 Massenprozent des Thermoplasten sedimentieren.
- Vorzugsweise wird die Suspension auf Naturfasern aufgesprüht, die in Form einer unidirektionale Schicht, als Gewebe oder als Gelege vorliegen. Letztere können zwei- oder dreidimensional ausgestaltet sein und z.B. durch Nadelungen verstärkt werden.
- Mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Halbzeuge eignen sich besonders vorteilhaft zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils, insbesondere eines Innenraumbauteils.
- Nachfolgend wird anhand zweier Ausführungsbeispiele das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.
- Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird aus einem pulverförmigen thermoplastischen Ligninderivat und Holzmehl als Füllstoff eine homogene Mischung hergestellt mit jeweiligen Massenanteilen von 50 Massenprozent hergestellt. Die Mischung wird in Wasser suspendiert (Massenanteile je 50 Prozent) und auf ein Naturfasergelege aus einem genadelten Reisbaumwollfließ gesprüht. Anschließend wird der Wasseranteil durch einen auf 40°C erwärmten Luftstrom auf circa 10 Massenprozent (bezogen auf die Trockenmasse der Gesamtmischung) reduziert, wobei die Lignin- und Holzmehlpartikeln auf den Fasern haften bleiben. Das so erhaltene Halbzeug oder Prepreg kann anschließend auf einer üblichen Thermoplastpresse zu einem Bauteil, z.B. einer Fahrzeuginnenverkleidung, verpresst werden.
- Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird aus einem partikelförmigen thermoplastischen Kolophoniumharz, Quellmitteln und Wasser eine sprühfähige Suspension hergestellt und auf ein Naturfasergewebe gesprüht. Anschließend wird der Wasseranteil durch einen auf 60°C erwärmten Luftstrom auf circa 5 Massenprozent (bezogen auf die Trockenmasse der Gesamtmischung) reduziert, wobei die Feststoffe auf den Fasern haften bleiben. Das so erhaltene Halbzeug oder Prepreg kann anschließend auf einer üblichen Thermoplastpresse zu einem Bauteil, z.B. einer Gehäuseabdeckung, verpresst werden.
Claims (5)
- Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs aus einem partikelförmigen thermoplastischen Naturstoff, insbesondere Naturharz, und/oder dessen Derivaten, Naturfasern und gegebenenfalls geringen Mengen an Zusatzstoffen für eine thermoplastische Weiterverarbeitung, wobei der partikelförmige thermoplastische Naturstoff und/oder dessen Derivate sowie gegebenenfalls geringe Mengen an Zusatzstoffen gemischt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung in Wasser suspendiert oder gelöst wird, dass die Suspension oder Lösung auf die Naturfasern aufgesprüht wird und anschließend der Wasseranteil durch Trocknen reduziert wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Wassers derart eingestellt wird, dass die Suspension über einen Zeitraum von mindestens 1 Stunde, vorzugsweise mindestens 12 Stunden im Wesentlichen stabil bleibt. Zugabe natürlicher Quell- und/oder Klebstoffe
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Naturfasern in Form einer unidirektionale Schicht, als Gewebe oder als Gelege vorliegen.
- Verfahren nach einem der vorher stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Naturfasern pflanzlichen Ursprungs sind, insbesondere Samen-, Bast-, Hart- oder Fruchtfasern, und/oder dass die Naturfasern tierischen Ursprungs sind, insbesondere Wolle oder andere Tierhaare, Seide oder Lederfasern.
- Verwendung eines mit einem Verfahren nach einem der vorher stehenden Ansprüche hergestellten Halbzeuges zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils, insbesondere eines Innenraumbauteils.
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| EP0337261A2 (de) * | 1988-04-14 | 1989-10-18 | BASF Aktiengesellschaft | Faserverbundwerkstoffe |
| DE10027862A1 (de) * | 2000-06-06 | 2001-12-20 | Tecnaro Ges Zur Ind Anwendung | Zusammensetzung zur Herstellung von Formkörpern, Verfahren zur Herstellung derselben und Formkörper aus einer solchen Zusammensetzung |
| DE10151386C2 (de) * | 2001-10-18 | 2003-10-16 | Tecnaro Ges Zur Ind Anwendung | Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung für die thermoplastische Verarbeitung zu Formkörpern |
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2006
- 2006-03-24 DE DE200610014099 patent/DE102006014099A1/de not_active Ceased
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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