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Diese
Erfindung betrifft neue Kompositwerkstoffe aus mehreren festen Basisstoffen
und festen Bindemitteln auf Basis hochschmelzender Polyester mit
hohen mechanischen Eigenschaften und einer hohen Flammfestigkeit,
die in Form von Blöcken
oder Platten mittels eines neuartigen Verfahrens hergestellt werden.
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Die
Herstellung von Kompositwerkstoffen aus verschiedenen Materialien
ist bekannt. Viele Komposite aus Polymeren werden z. B. mit Glasfasern,
Kunststofffasern, Naturfasern hergestellt, weiterhin mit Holz oder anderen
Naturstoffen, darüber
hinaus aus anorganischen partikulären Materialien wie Asche,
Sand, Beton, Hafenschlick etc. Komposite werden auch aus gemischten
Kunststoffabfällen
und polymeren Bindemitteln beschrieben.
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Beispiele
für derartige
Komposite werden z. B. in der
DE-OS
40 07 301 beschrieben, nach deren Lehre Formkörper hoher
mechanischer Festigkeit aus körnigen
Zuschlagstoffen natürlicher
oder künstlicher
Art durch punktförmige
Verbindung mit reaktiven Harzen hergestellt werden. Nach der Lehre
der
DE-OS 195 28 938 wird
ein Chemiewerkstoff aus einem Reaktionsharz und Füllstoffen
in Form von Streifen, Schnitzeln, Granulaten, zerkleinerten Reststoff-
und Abfallfraktionen oder biologisch nicht abbaubarer Materialien
in Gegenwart von Additiven und Treibmitteln hergestellt. Nach der
DE-OS 28 41 172 kann eine
organische Vielzweckplatte aus Holz, organischen Abfallstoffen,
Wasser, Mineralisierungsmitteln und einem pflanzlichen Bindemittel hergestellt
werden. Die
DE-OS 195 35 715 lehrt
die Herstellung eines biologisch abbaubaren Kompositmaterials aus
Holzmehl und Polyurethanen auf der Basis aliphatischer Polyester
und Diisocyanate. Nach der
DE-OS
195 30 200 können
thermoplastische Formmassen durch feinstteilige anorganische Pulver
flammschützend
eingerichtet werden. Nach der
DE-OS
39 16 137 erhält
man hochtemperaturbeständige
Gleitlager aus hochschmelzenden Polyestern und Endlosfasern. In
der
DE-OS 41 27 158 werden
Formteile aus Abfallstoffen, Polyesterfasern und Polyepoxyden beschrieben.
Nach der
DE-OS 196 25 800 erhält man Fa ser-Kunststoff-Verbundwerkstoffe
aus Hybridfasern, von denen mindestens eine, in der Regel eine Polyesterfaser schmelzbar
ist. In der
DE-OS 44 09 314 wird
die Herstellung von langfaserverstärkten (Faserlänge über 3 mm, Faseranteil
10 – 45%)
thermoplastischen Kunststoffen durch Strangpressen beschrieben.
Nach der
DE-OS 101 34 995 wird
ein spezieller Füllstoff
auf Holzfaserbasis mit einem thermoplastischen Harz mit einem Schmelzpunkt
unterhalb 200°C
und einem Mfi größer als
50 und mindestens 70 % Holzfasern hergestellt.
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Bei
der Verbindung der festen Füllstoffe
wird in fast allen Fällen
(mit der Ausnahme der
DE-OS
101 34 995 ) mit einer oder mehreren flüssigen Komponenten gearbeitet.
Dieses erfordert aufwendige Anlagen zur Herstellung der Komposite
oder Verbunde. Wie am Beispiel der Hybridfasern dargestellt, könnte die
ausschließliche
Verwendung von Feststoffen unterschiedlicher Eigenschaften bei der
Herstellung von Kompositen und Verbunden daher verfahrens-, anlagentechnische
und ökonomische
Vorteile bieten.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, Kompositwerkstoffe oder Verbundmaterialien
ausschließlich
aus Feststoffen, von denen mindestens eine Komponente thermoplastisch
schmelzbar ist, und Verfahren zu ihrer Herstellung zur Verfügung zu
stellen.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt mit Kompositwerkstoffen aus mindestens einem
anorganischen oder organischen Basismaterial und aus mindestens
einem thermoplastischen Kondensationspolymeren als Bindemittel,
dadurch gekennzeichnet, dass sie
- a) anorganisches
Basismaterial zu zwischen 1 und 50 Gew.-% und aus Silikaten, gemahlenen
Gesteinen, gemahlenen Zeolithen, Vulkanasche, Kraftwerksasche, Flugasche,
Erdalkalioxiden oder -hydroxiden, Erdmetalloxiden oder -hydroxiden
oder Kreide gebildet wird,
- b) organisches Basismaterial zu 45 und 95 Gew.-% und aus zerkleinerten
vernetzten oder unvernetzten Kunststoffen, zerkleinerten Kunststoffabfällen, zerkleinerten
nachwachsenden Rohstoffen, cellulosischen Materialien oder Reststoffen
aus der Nahrungsmittelindustrie besteht,
- c) Bindemittel zu zwischen 54 und 1 Gew.-% und ein schmelzbares,
bei Zimmertemperatur festes Oligomeres oder Polymeres mit einer
Molmasse zwischen etwa 3000 g/Mol und 65.000 g/Mol
enthalten.
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Darüber hinaus
erfolgt die Lösung
der Aufgabe mit einem Verfahren zur Herstellung der Kompositwerkstoffe,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass Gemische der Basismaterialien,
der Bindemittel und ggf. von Zusatzstoffen mittels eines Pflugscharmischers,
eines Taumelmischers, eines Tumblers oder eines anderen geeigneten
Mischers homogenisiert und anschließend unter Formgebung einem
Druck von 0,5 bis 15 bar bei Temperaturen zwischen 100 und 200°C ausgesetzt
werden.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Kompositwerkstoffe dadurch
gekennzeichnet, dass sie
- a) Basismaterialien
aus der Gruppe der partikulären
vernetzten oder unvernetzten Kunststoffe, der nachwachsenden Rohstoffe,
vor allem cellulosischer Materialien, anorganischer pulverförmiger oder
granulierter Stoffe, vor allem silikatischer Verbindungen oder von
Verbindungen der Erdalkali- oder
Erdmetalle, Gemischen verschiedener dieser Stoffe, gemischter zerkleinerter
Abfallströme,
granulierter oder pulverisierter Reststoffe der Nahrungsmittelherstellung
usw. bis zu einer Gesamtmenge von 97,5 Gew.-%,
- b) Bindemittel auf der Basis von thermoplastischen Polyestern
unterschiedlicher Molmassen, schmelzbarer Polyepoxyde, schmelzbarer,
isocyanatgruppenhaltiger Polyurethane, thermoplastischer Polyurethane, schmelzbarer
Polyamide bis zu einer Gesamtmenge von 54 Gew.-%,
- c) Zusatzstoffe mit speziellen Eigenschaftsveränderungen
bei den Kompositwerkstoffen, z. B. Flammschutzmittel, Füllstoffe,
Pigmente, Verstärkungsmaterialien,
Gleitmittel, Vernetzer, Trennmittel usw. bis zu einer Gesamtmenge
von 25 Gew.-% sowie
- d) gegebenenfalls oberflächlich
aufgebrachte Folien, Filme oder Deckschichten, insbesondere aus
Polyestern, Polyamiden, Cellulosematerialien einschließlich beschichteter
Papiere
enthalten.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist das Bindemittel ein thermoplastischer
Polyester aus aromatischen und/oder aliphatischen Dicarbonsäuren und
mindestens einem Glykol, der eine mittlere Molmasse zwischen 3.000
und 25.000 g/Mol mit einem Schmelzpunkt (Peakmaximum der DSC) zwischen
90 und 180°C
aufweist.
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In
einer Weiterbildung besteht das Bindemittel aus einem thermoplastischen
Polyester aus aromatischen und/oder aliphatischen Dicarbonsäuren und
mindestens einem Glykol der mittleren Molmasse 3.000 bis 25.000
g/Mol mit einem Schmelzpunkt (Peakmaximum der DSC) zwischen 90 und
180°C mit
einer Carboxylsäurezahl
zwischen 2,5 und 50 mg KOH/g und einem oder mehreren Di- und/oder
Polyepoxyden mit einem Epoxydäquivalent
von 180 bis 1200 g/Val in einer Menge zwischen 1 und 25 Gew.-%.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist das Bindemittel ein thermoplastischer
Polyester aus aromatischen und/oder aliphatischen Dicarbonsäuren und
mindestens einem Glykol der mittleren Molmasse 3000 bis 25.000 g/Mol
mit einem Schmelzpunkt (Peakmaximum der DSC) zwischen 90 und 180°C und 1 bis
12,5 Gew.-% einer Di- und/oder Polycarbonsäure bzw. eines Di- und/oder
Polycarbonsäureanhydrids.
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In
einer Ausgestaltung ist das Bindemittel ein thermoplastischer Polyester
aus aromatischen und/oder aliphatischen Dicarbonsäuren und
mindestens einem Glykol der mittleren Molmasse 3000 bis 25.000 g/Mol
mit einem Schmelzpunkt (Peakmaximum der DSC) zwischen 90 und 180°C mit einer
Carboxylsäurezahl
zwischen 2,5 und 50 mg KOH/g und einem oder mehreren Di- und/oder
Polyepoxyden mit einem Epoxydäquivalent
von 180 bis 1200 g/Val in einer Menge zwischen 1 und 25 Gew.-% sowie
0,5 bis 12,5 Gew.-% einer Di- und/oder Polycarbonsäure bzw.
eines Di- und/oder
Polycarbonsäureanhydrids.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist das Bindemittel ein thermoplastischer
Polyester aus aromatischen und/oder aliphati schen Dicarbonsäuren und
mindestens einem Glykol der mittleren Molmasse 3.000 bis 25.000
g/Mol mit einem Schmelzpunkt (Peakmaximum der DSC) zwischen 90 und
180°C und
zwischen 1 und 35 Gew.-% eines schmelzbaren Di- und/oder Polyacrylats
mit einem Schmelzpunkt (Peakmaximum der DSC) zwischen 45 und 170°C.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Bindemittel ein Oligourethan
aus einem oder mehreren Polyetheralkoholen und/oder Glykolen sowie
einem oder mehreren Di- und/oder Polyisocyanaten mit einem Restisocyanatgehalt
von 0,5 bis 15 Gew.-% und einem Schmelzpeak zwischen 45 und 120°C.
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Eine
weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Bindemittel ein Oligourethan
aus einem oder mehreren Solvolyseprodukten von Polyurethanen mit
einer Hydroxylzahl zwischen 150 und 500 mg KOH/g sowie einem oder
mehreren Di- und/oder Polyisocyanaten mit einem Restisocyanatgehalt
von 1,5 bis 15 Gew.-% und einem Schmelzpeak zwischen 50 und 120°C ist.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Kompositwerkstoffe dadurch
gekennzeichnet, dass als Basismaterial Holzsägemehl und pulverisierter Polyisocyanurat-Hartschaumstoff,
die im Verhältnis
von 25 : 75 bis 95 : 5 gemischt werden, und als Bindemittel eine
Zusammensetzung eingesetzt sind.
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In
einer Ausgestaltung sind als Basismaterial Holzfasern und natürliches,
pulverisiertes Zeolith im Verhältnis
zwischen 65 : 35 und 95 : 5 gemischt und als Bindemittel eine Zusammensetzung
eingesetzt.
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In
einer Weiterbildung sind als Basismaterial Strohhäcksel, geschrotete Ölsaatenschalen
und Aluminiumoxidhydrat zwischen 35 : 55 : 10 und 75 : 24 : 1 und
als Bindemittel eine Zusammensetzung eingesetzt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung sind als Basismaterial Granulierter
Polyurethan-Hartschaumstoff und ein homogenisiertes Gemisch von
ungebleichten Flachs- und Hanffasern im Verhältnis zwischen 55 : 45 und 5
: 95, dem ggf. noch bis zu 7,5 gew.-% Melamincyanurat zugesetzt
werden, und als Bindemittel eine Zusammensetzung nach Anspruch 3,
4, 8 oder 9 eingesetzt.
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In
einer Weiterbildung sind als Basismaterial getrocknete, extrahierte
Arzneipflanzen und pulverisierter Polyisocyanurat-Hartschaumstoff im
Verhältnis
zwischen 40 : 60 und 2,5 : 97,5, ggf. unter Zusatz weiterer anorganischer
Stoffe wie Aluminiumoxydhydrat, Magnesiumhydroxid, Vulkanasche oder
Zeolithpulver, homogenisiert und als Bindemittel eine Zusammensetzung
eingesetzt.
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Eine
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, dass die diskontinuierliche Herstellung
in beheizbaren Pressen, bei denen die einzusetzenden Basismaterialien,
Bindemittel und Zusatzstoffe vor dem Formgebungsprozess miteinander
innig vermischt werden, z. B. mittels eines Pflugscharmischers,
eines Taumelmischers, eines Tumblers oder eines anderen geeigneten
Mischers, und das homogenisierte Gemisch mit der berechneten Menge
in die Form gegeben, auf das Gemisch in der Form unter Erwärmung eine
bestimmte Zeit ein Druck ausgeübt
und der geformte Kompositwerkstoff anschließend entweder noch warm oder
nach dem Abkühlen
aus der Form entnommen wird, wobei zur besseren Entformung vorher
ggf. ein Formtrennmittel, z. B. ein Hartwachs oder Metallseifen,
in der Form verwendet wird.
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Eine
Weiterbildung sieht vor, dass bei einer einseitigen oder beidseitigen
Kaschierung im Formgebungswerkzeug vor dem gesamten Vorgang eine
geeignete Kaschierung, z. B. eine Polyesterfolie oder ein melaminbeschichtetes
Papier, eingelegt und das homogenierte Gemisch darauf aufgebracht,
auf das Gemisch einschließlich
der Kaschierfolien in der Form unter Erwärmung eine bestimmte Zeit ein
Druck ausgeübt
und der geformte Kompositwerkstoff anschließend entweder noch warm oder
nach dem Abkühlen
aus der Form entnommen wird.
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In
einer Ausgestaltung wird bei der kontinuierlichen Fahrweise das
Gemisch für
die Formgebung vorzugsweise vorher in Form ei nes Gas-Feststoffgemisches
durch Verwirbeler hergestellt, auf das Transportband ausgebracht,
dort einer erhöhten
Temperatur und einem Druck, z. B. durch beheizte Walzen, ausgesetzt
und ggf. während
dieses Prozesses durch eine oder mehrere mitlaufende Rollen kaschiert.
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Überraschend
wurde gefunden, dass sich Kompositwerkstoffe aus unterschiedlichsten
Basismaterialien herstellen lassen, wenn zusätzlich zu diesen Basismaterialien
spezielle, bei Temperaturen oberhalb 90°C schmelzbare thermoplastische
Oligomere oder Polymere oder geeignete Gemische mit weiteren Additiven
eingesetzt werden.
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Erfindungsgemäß werden
demzufolge Kompositwerkstoffe hergestellt, indem mindestens ein
Basismaterial mit mindestens einem thermoplastischen Kondensationspolymeren
mit einer Molmasse zwischen etwa 3.000 g/Mol und 65.000 g/Mol in
einer Menge von 2,5 bis 50 Gew.-% unter Formgebung verbunden wird. Die
erfindungsgemäßen Kompositwerkstoffe
bestehen demzufolge aus
- a) mindestens einem
anorganischen Basismaterial, das zu zwischen 1 und 50 Gew.-%, das
aus Silikaten, gemahlenen Gesteinen, gemahlenen Zeolithen, Vulkanasche,
Kraftwerksasche, Flugasche, Erdalkalioxiden oder -hydroxiden, Erdmetalloxiden
oder -hydroxiden oder Kreide gebildet wird,
- b) mindestens einem organischen Basismaterial, das zu 45 und
95 Gew.-%, das aus zerkleinerten vernetzten oder unvernetzten Kunststoffen,
zerkleinerten Kunststoffabfällen,
zerkleinerten nachwachsenden Rohstoffen, cellulosischen Materialien
oder Reststoffen aus der Nahrungsmittelindustrie besteht,
- c) mindestens einem Bindemittel, das zu zwischen 54 und 1 Gew.-%,
das ein schmelzbares, bei Zimmertemperatur festes Oligomeres oder
Polymeres mit einer Molmasse zwischen etwa 3.000 g/Mol und 65.000 g/Mol
darstellt.
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Insbesondere
werden die erfindungsgemäßen Kompositwerkstoffe
aus
- a) Basismaterialien aus der Gruppe der
partikulären
vernetzten oder unvernetzten Kunststoffe, der nachwachsenden Rohstof fe,
vor allem cellulosischer Materialien, anorganischer pulverförmiger oder
granulierter Stoffe, vor allem silikatischer Verbindungen oder von
Verbindungen der Erdalkali- oder
Erdmetalle, Gemischen verschiedener dieser Stoffe, gemischter zerkleinerter
Abfallströme,
granulierter oder pulverisierter Reststoffe der Nahrungsmittelherstellung
usw.,
- b) Bindemitteln auf der Basis von thermoplastischen Polyestern
unterschiedlicher Molmassen, schmelzbarer Polyepoxyde, schmelzbarer,
isocyanatgruppenhaltiger Polyurethane, thermoplastischer Polyurethane, schmelzbarer
Polyamide sowie
- c) Zusatzstoffen mit speziellen Eigenschaftsveränderungen
bei den Kompositwerkstoffen, z. B. Flammschutzmittel, Füllstoffe,
Pigmente, Verstärkungsmaterialien,
Gleitmittel, Vernetzer, Trennmittel usw. sowie
- d) gegebenenfalls oberflächlich
aufgebrachte Folien, Filme oder Deckschichten, insbesondere aus
Polyestern, Polyamiden, Cellulosematerialien einschließlich beschichteter
Papiere
hergestellt. Durch die Kombination von Basismaterialien
aus der ersten Gruppe sowie die Verwendung spezieller Zusatzstoffe
aus der Gruppe c) können
gezielt Eigenschaftsspektren der Kompositwerkstoffe eingestellt werden.
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Als
erfindungsgemäße Bindemittel
werden insbesondere Polyester oder polyesterhaltige Gemische eingesetzt.
Diese Bindemittel werden aus einer der folgenden Gruppen ausgewählt:
- ba) thermoplastische Polyester aus aromatischen
und/oder aliphatischen Dicarbonsäuren
und mindestens einem Glykol der mittleren Molmasse 3000 bis 25.000
g/Mol mit einem Schmelzpunkt (Peakmaximum der DSC) zwischen 90 und
180°C;
- bb) thermoplastische Polyester aus aromatischen und/oder aliphatischen
Dicarbonsäuren
und mindestens einem Glykol der mittleren Molmasse 3.000 bis 25.000
g/Mol mit einem Schmelzpunkt (Peakmaximum der DSC) zwischen 90 und
180°C mit
einer Carboxylsäurezahl
zwischen 2,5 und 50 mg KOH/g und einem oder mehreren Di- und/oder
Polye poxyden mit einem Epoxydäquivalent
von 180 bis 1200 g/Val in einer Menge zwischen 1 und 25 Gew.-%;
- bc) thermoplastische Polyester aus aromatischen und/oder aliphatischen
Dicarbonsäuren
und mindestens einem Glykol der mittleren Molmasse 3.000 bis 25.000
g/Mol mit einem Schmelzpunkt (Peakmaximum der DSC) zwischen 90 und
180°C und
1 bis 12,5 Gew.-% einer Di- und/oder Polycarbonsäure bzw. eines Di- und/oder
Polycarbonsäureanhydrids;
- bd) thermoplastische Polyester aus aromatischen und/oder aliphatischen
Dicarbonsäuren
und mindestens einem Glykol der mittleren Molmasse 3.000 bis 25.000
g/Mol mit einem Schmelzpunkt (Peakmaximum der DSC) zwischen 90 und
180°C mit
einer Carboxylsäurezahl
zwischen 2,5 und 50 mg KOH/g und einem oder mehreren Di- und/oder
Polyepoxyden mit einem Epoxydäquivalent
von 180 bis 1200 g/Val in einer Menge zwischen 1 und 25 Gew.-% sowie
0,5 bis 12,5 Gew.-% einer Di- und/oder Polycarbonsäure bzw.
eines Di- und/oder Polycarbonsäureanhydrids;
- be) thermoplastische Polyester aus aromatischen und/oder aliphatischen
Dicarbonsäuren
und mindestens einem Glykol der mittleren Molmasse 3000 bis 25.000
g/Mol mit einem Schmelzpunkt (Peakmaximum der DSC) zwischen 90 und
180°C und
zwischen 1 und 35 Gew.-% eines schmelzbaren Di- und/oder Polyacrylats
mit einem Schmelzpunkt (Peakmaximum der DSC) zwischen 45 und 170°C;
- bf) Oligourethane aus einem oder mehreren Polyetheralkoholen
und/oder Glykolen sowie einem oder mehreren Di- und/oder Polyisocyanaten mit einem
Restisocyanatgehalt von 0,5 bis 15 Gew.-%;
- bg) Oligourethane aus einem oder mehreren Solvolyseprodukten
von Polyurethanen mit einer Hydroxylzahl zwischen 150 und 500 mg
KOH/g sowie einem oder mehreren Di- und/oder Polyisocyanaten mit einem
Restisocyanatgehalt von 1,5 bis 15 Gew.-%.
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Die
Bindemittel auf Polyesterbasis bzw. Acrylatbasis sind bevorzugt
solche, die auch zur Pulverbeschichtung eingesetzt werden können. Es
können
als erfindungsgemäße Bindemittel
auch direkt Pulverbeschichtungssysteme mit den darin enthaltenen
Pigmenten und/oder Farbstoffen und/oder Füllstoffen eingesetzt werden.
Eine weitere Ausführungsform
der Erfindung besteht darin, die bei der Pulverbeschichtung nicht genutzten
Anteile, die z. B. als Overspray oder Abfallpulver bezeichnet werden,
ggf. in Kombination mit einem der oben genannten Additiven und Reaktionskomponenten
einzusetzen. Als eine besonders bevorzugte Variante an Bindemitteln
werden Polyesterpulver in Kombination mit einem Polyepoxyd und einem
Dicarbonsäureanhydrid
eingesetzt. Hierbei werden als Polyepoxyd Triglycidylisocyanurat
oder Triglycidyltrimellitsäureester sowie
als Dicarbonsäureanhydrid
Phthalsäureanhydrid,
Hexahydrophthalsäureanhydrid,
Hexaendomethylenhydrophthalsäureanhydrid
oder Hexachlorhexahydrophthalsäureanhydid
bevorzugt.
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Als
Basismaterialien werden in der Regel mindestens zwei Stoffe aus
unterschiedlichen Gruppen eingesetzt. Beispiele für solche
Kombinationen sind z. B.
- – Holzsägemehl und pulverisierter Polyisocyanurat-Hartschaumstoff,
die im Verhältnis
von 25 : 75 bis 95 5 gemischt und mit einem der Bindemittel, z.
B. einem aus der Gruppe bb oder bc, zu einem erfindungsgemäßen Kompositwerkstoff
z. B. durch Verpressen mit einem Druck von 0,5 bis 10 bar bei Temperaturen
zwischen 165 und 200°C
verarbeitet;
- – Holzfasern
und natürliches,
pulverisiertes Zeolith im Verhältnis
zwischen 65 : 35 und 95 : 5 gemischt und mit einem der Bindemittel,
z. B. einem aus der Gruppe ba, bb oder bc, zu einem erfindungsgemäßen Kompositwerkstoff
z. B. durch Verpressen mit einem Druck von 1,0 bis 10 bar bei Temperaturen
zwischen 170 und 200°C
verarbeitet;
- – Strohhäcksel, geschrotete Ölsaatenschalen
und Aluminiumoxidhydrat im Verhältnis
zwischen 35 : 55 : 10 und 75 24 : 1 und mit einem der Bindemittel,
z. B. einem aus der Gruppe ba, bd oder be z. B. durch Verpressen
mit einem Druck von 0,7 bis 8 bar bei Temperaturen zwischen 130
und 200°C
verarbeitet;
- – Granulierter
Polyurethan-Hartschaumstoff und ein Gemisch von ungebleichten Flachs-
und Hanffasern im Verhältnis
zwischen 55 : 45 und 5 : 95 dem ggf. noch bis zu 7,5 gew.-% Melamincyanurat
zugesetzt werden, und mit einem der Bindemittel, z. B. einem aus
der Gruppe ba, bc oder bg, bei einem Druck von 1,0 bis 10 bar bei
Temperaturen zwischen 170 und 200°C
verarbeitet;
- – Granulierter
Polyurethan-Hartschaumstoff und ein vermahlenes Kunststoffgemisch
im Verhältnis
zwischen 60 : 40 und 97 : 3, dem ggf. noch bis zu 7,5 gew.-% Aluminium- oder Magnesiumoxidhydrat
zugesetzt werden, und mit einem der Bindemittel, z. B. einem aus
der Gruppe Gruppe ba, be oder bg, bei einem Druck von 1,0 bis 10
bar bei Temperaturen zwischen 170 und 200°C verarbeitet;
- – Getrocknete,
extrahierte Arzneipflanzen und pulverisierter Polyisocyanurat-Hartschaumstoff
im Verhältnis zwischen
40 : 60 und 2,5 : 97,5, ggf. unter Zusatz weiterer anorganischer
Stoffe wie Aluminiumoxydhydrat, Magnesiumhydroxid, Vulkanasche oder
Zeolithpulver, und mit einem der Bindemittel, z. B. einem aus der Gruppe
Gruppe ba, bc, be oder bg, bei einem Druck von 0,4 bis 7,5 bar bei
Temperaturen zwischen 140 und 200°C
verarbeitet;
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Die
Homogenisierung der Basismaterialien erfolgt mit üblicherweise
angewandten Mischern. Bevorzugt wird eine Homogenisierung mit Pflugscharmischern,
mit einem Taumelmischer oder mit Tumblern sowie weiteren geeigneten,
dem Fachmann bekannten Homogenisatoren. Die Homogenisierung erfolgt
in der Regel beim diskontinuierlichen Verfahren in Batches mit einer
Verweilzeit zwischen 10 und 200 Minuten, bei einer kontinuierlichen
Fahrweise mit Gas-Feststoff-Verwirbelern, Rotationsmischern oder
Gebläsen
bereits innerhalb von 0,1 bis 15 Minuten.
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Die
Verarbeitung der homogenisierten Gemische erfolgt in der Regel bei
einem Druck von 0,1 bis 15 bar bei Temperaturen zwischen 100 und
200°C, wobei
Temperaturen zwischen 120 und 200 und insbesondere zwischen 140
und 200°C
bevorzugt werden. Die Einstellung des Verarbeitungsdruckes erfolgt
in Abhängigkeit vom
ausgewählten
Material und von der gewünschten,
eingestell ten Dichte. Der Bereich von 0,5 bis 10 bar wird als Pressdruckbereich
bevorzugt.
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Die
Herstellung der neuen Kompositwerkstoffe kann diskontinuierlich,
in Einzelstücken
unter Formgebung, durch Kaschierung während der Formgebung und kontinuierlich
auf Bandanlagen erfolgen:
- – die diskontinuierliche Herstellung
erfolgt vorzugsweise in beheizbaren Pressen, bei denen die einzusetzenden
Basismaterialien, Bindemittel und Zusatzstoffe vor dem Formgebungsprozess
miteinander innig vermischt werden, z. B. mittels eines Pflugscharmischers,
eines Taumelmischers, eines Tumblers oder eines anderen geeigneten
Mischers, und das homogenisierte Gemisch mit der berechneten Menge
in die Form gegeben, auf das Gemisch in der Form unter Erwärmung eine
bestimmte Zeit ein Druck ausgeübt
und der geformte Kompositwerkstoff anschließend entweder noch warm oder
nach dem Abkühlen
aus der Form entnommen wird, wobei zur besseren Entformung vorher
ggf. ein Formtrennmittel, z. B. ein Hartwachs oder Metallseifen,
in der Form verwendet wird;
- – die
diskontinuierliche Herstellung einschließlich einer einseitigen oder
beidseitigen Kaschierung erfolgt analog, außer dass im Formgebungswerkzeug
vor dem gesamten Vorgang eine geeignete Kaschierung, z. B. eine
Polyesterfolie oder ein melaminbeschichtetes Papier, eingelegt und
das homogenierte Gemisch darauf aufgebracht wird; ansonsten wird
ebenso verfahren;
- – bei
der kontinuierlichen Fahrweise wird das Gemisch für die Formgebung
vorzugsweise vorher in Form eines Gas-Feststoffgemisches durch Verwirbeler
hergestellt, auf das Transportband ausgebracht, dort einer erhöhten Temperatur
und einem Druck, z. B. durch beheizte Walzen, ausgesetzt und ggf.
während
dieses Prozesses durch eine oder mehrere mitlaufende Rollen kaschiert.
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Die
Kaschierung des Gemisches der Basismaterialien, Bindemittel und
Zusatzstoffe ist eine bevorzugte Ausführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens.
Die zur Kaschierung eingesetzten Folien oder Filme können 0,01
bis 2 mm stark sein, sie müssen
mit mindestens einer der Komponenten des Basismaterials oder des Bindemittels
verträglich
sein. Bei der Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
haben sich im Falle des Einsatzes von Kunststoffprodukten und Bindemitteln
der Gruppen ba bis be Polyesterfolien von 0,1 bis 1,0 mm Stärke als
günstig
erwiesen. Im Falle des Einsatzes von nachwachsenden Rohstoffen und
Bindemitteln der Gruppen ba bis be haben sich melaminharzgetränkte oder
-beschichtete Papiere als vorteilhaft erwiesen. Bei Verwendung von
Gemischen aus Polyurethanen bzw. Polyisocyanuraten als Hauptkomponente
und Bindemitteln der Gruppen bf und bg haben sich Polyamid- und
Polyesterfolien von 0,05 bis 1,0 mm Stärke als vorteilhaft erwiesen.
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Die
Herstellungsbedingungen werden auf die speziellen Anforderungen
der eingesetzten Materialien abgestimmt. Bei Verwendung nachwachsender
Rohstoffe sollte mit niedrigen Temperaturen und Drucken gearbeitet
werden, so dass als Bindemittel vorzugsweise solche mit einem Schmelzpeak
nach DSC zwischen 120 und 160°C
angewandt werden. Bei kürzeren
Reaktionszeiten konnten jedoch auch mit nachwachsenden Rohstoffen,
insbesondere bei Holz- und Faserprodukten, Temperaturen bis 200°C erfolgreich
angewandt werden.
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Die
erfindungsgemäßen Produkte
werden vorzugsweise in den Bereichen Fahrzeugbau, z. B. im Innenbereich
von Straßen-
und Schienenfahrzeugen, in der Bauindustrie, im Trockenbau, als
Stellwände
oder als Konstruktionselemente eingesetzt.
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Beispiele
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Beispiel 1: Kompositwerkstoff
aus Holzfasern und Polyesterbindemittel
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Als
Holzprodukt wurden Holzfasern mit Faserlängen zwischen 1 und 4 mm bei
durchschnittlich 0,1 mm Durchmesser verwendet. 10 kg dieses Produkts
wurden mit 7 kg eines Polyesters der mittleren Molmasse 18.000 g/Mol,
der im wesentlichen aus Te rephthalsäure, Isophthalsäure und
Ethylenglykol und Diethylenglykol als Glykolkomponente besteht,
in einem Pflugscharmischer versetzt und 45 Minuten homogenisiert.
Das homogenisierte Gemisch wurde in einer Presse verschiedenen Verarbeitungsbedingungen
unterworfen; von den dadurch hergestellten 4 mm starken Platten
wurden die mechanischen Eigenschaften bestimmt. Die folgende Tabelle
stellt die angewandten Werte und dadurch erzielten Eigenschaften
dar:
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Beispiel 2: Kompositwerkstoff
aus Holz-Hackschnitzeln und Polyesterbindemittel
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Als
Holzprodukt wurden Holz-Hackschnitzel mit Teilchengrößen zwischen
2 und 6 mm Länge
sowie 1 bis 4 mm Durchmesser verwendet. 10,5 kg dieses Produkts
wurden mit 7,75 kg eines Polyesters der mittleren Molmasse 18.000
g/Mol, der im wesentlichen aus Terephthalsäure, Isophthalsäure und
Ethylenglykol und Diethylenglykol als Glykolkomponente besteht,
sowie 0,63 kg Phthalsäureanhydrid
in einem Pflugscharmischer versetzt und 45 Minuten homogenisiert.
Das homogenisierte Gemisch wurde in einer Presse verschiedenen Verarbeitungsbedingungen
unterworfen; von den dadurch hergestellten 4 mm starken Platten
wurden die mechanischen Eigenschaften bestimmt. Die folgende Tabelle stellt
die angewandten Werte und dadurch erzielten Eigenschaften dar:
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Alternativ
(2D) wurde folgende Variante durchgeführt: das Bindemittel aus 37
g Polyester und 4,5 g Phthalsäureanhydrid
wurde bei 180°C
im Formwerkzeug aufgeschmolzen. In dieses Gemisch wurden 56 g Holzteilchen
eingetragen. Anschließend
wurde das Gemisch 15 Minuten bei 180°C und einem Druck von 100 kp/cm2 verpresst. Nach einer einwöchigen Konditionierung
wurden Proben zur mechanischen Prüfung aus den 4mm-Platten geschnitten
und geprüft.
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Beispiel 3: Kompositwerkstoff
aus Holz-Sägemehl
und Polyesterbindemittel
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Als
Holzprodukt wurde Holzsägemehl
mit einer Korngrößenverteilung
von 0,25 bis 1,5 mm sowie Holzfasermatten von 8 mm Stärke verwendet.
11,3 kg dieses Produkts wurden mit 6,2 kg eines Polyesters der mittleren
Molmasse 18.000 g/Mol, der im wesentlichen aus Terephthalsäure, Isophthalsäure und
Ethylenglykol und Diethylenglykol als Glykolkomponente besteht,
sowie 0,75 kg fein pulverisierten Phthalsäureanhydrids in einem Pflugscharmischer
versetzt und 45 Minuten homogenisiert. Das homogenisierte Gemisch
wurde in einer Presse verschiedenen Verarbeitungsbedingungen unterworfen;
von den dadurch hergestellten 4 mm starken Platten wurden die mechanischen
Eigenschaften bestimmt. Die folgende Tabelle stellt die angewandten
Werte und dadurch erzielten Eigenschaften dar:
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Beispiel 4: Kompositwerkstoff
aus Polyurethanpulver und Polyesterbindemittel
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Holzpartikel
wurden auf eine Teilchengröße von 0,5
bis 2,5 mm vermahlen und mit 25 Gew.-% eines pulverisierten Polyurethanschaums
sowie 5 Gew.-% Aluminiumoxidhydrat vermischt. 17,5 kg dieses Produkts wurden
mit 3,0 kg eines Polyesters der mittleren Molmasse 18.000 g/Mol,
der im wesentlichen aus Terephthalsäure, Isophthalsäure, Ethylenglykol
und Diethylenglykol als Glykolkomponente besteht, in einem Pflugscharmischer
versetzt und 25 Minuten homogenisiert. Das homogenisierte Gemisch
wurde in einer Presse, verschiedenen Verarbeitungsbedingungen unterworfen;
von den dadurch hergestellten 4 mm starken Platten wurden die mechanischen
Eigenschaften bestimmt. Die folgende Tabelle stellt die angewandten
Werte und dadurch erzielten Eigenschaften dar:
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Beispiel 5: Kompositwerkstoff
aus Holzfasern, Polyisocyanuratpulver und Polyesterbindemittel
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Es
wurde ein Polyisocyanurat-Hartschaumstoff auf der Basis eines Polyethergemisches,
Tris-(dimethylaminopropyl)-hexahydro-1,3,5-triazin, einem Polyethersilikon
als Stabilisator, Wasser als Treibmittel und einem polymeren 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat mit einem
Isocyanatindex von 4 hergestellt und drei Tage nach der Herstellung
auf eine Teilchengröße von 2
bis 4 mm vermahlen. 13 kg dieses Produkts wurden mit 6,5 kg eines
Polyesters der mittleren Molmasse 18.000 g/Mol, der im wesentlichen
aus Terephthalsäure,
Isophthalsäure
und Ethylenglykol und Diethylenglykol als Glykolkomponente besteht,
sowie 5,6 Gew.-% Kreide, 2,75 Gew.-% Schwerspatmehl, 4,5 Gew.-%
Eisenoxid und 1,5 Gew.-% Magnesiumhydroxid in einem Pflugscharmischer
versetzt und 25 Minuten homogenisiert. Das homogenisierte Gemisch
wurde in einer Presse verschiedenen Verarbeitungsbedingungen unterworfen;
von den dadurch hergestellten 4 mm starken Platten wurden die mechanischen
Eigenschaften bestimmt. Die folgende Tabelle stellt die angewandten
Werte und dadurch erzielten Eigenschaften dar:
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Beispiel 6: Kompositwerkstoff
aus Polyisocyanuratpulver, Holzfasern und Polyesterbindemittel
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2,5
kg des nach Beispiel 4 erhaltenen Pulvers, 8 kg Holzfasern nach
Beispiel 1 und 1,25 kg Polyesterbindemittel aus Beispiel 1 wurden
15 Minuten im Pflugscharmischer homogenisiert. Diesem Gemisch wurden 5
Gew.-% einer 20%igen Acrylatdispersion zugesetzt und erneut 15 Minuten
homogenisiert. Danach wurde das Gemisch 30 Minuten bei 120°C konditioniert.
Das homogenisierte Gemisch wurde in einer Presse verschiedenen Verarbeitungsbedingungen
unterworfen; von den dadurch hergestellten 4 mm starken Platten
wurden die mechanischen Eigenschaften bestimmt. Die folgende Tabelle
stellt die angewandten Werte und dadurch erzielten Eigenschaften
dar:
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Beispiel 7: Kompositwerkstoff
aus Polyisocyanuratpulver, -extrahierten Gräsern und Polyester-Polyepoxyd-Bindemittel
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4,25
kg des Polyisocyanuratpulvers aus Beispiel 5, 1,25 kg extrahierter
und getrockneter Gräser
mit einer durchschnittlichen Länge
von 3 mm, 0,75 kg vermahlener, natürlicher Zeolith mit einer Teilchengröße von 0,01
bis 0,1 mm sowie 0,65 kg eines Bindemittels nach Beispiel 1, dem
0,25 kg Trimellitsäuretriglycidester
und 0,16 kg Phthalsäureanhydrid
zugesetzt wurden, wurden wie in Beispiel 1 45 Minuten im Pflugscharmischer
homogenisiert. Das homogenisierte Gemisch wurde in einer Presse
verschiedenen Verarbeitungsbedingungen unterworfen; von den dadurch
hergestellten 4 mm starken Platten wurden die mechanischen Eigenschaften bestimmt.
Die folgende Tabelle stellt die angewandten Werte und dadurch erzielten
Eigenschaften dar:
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Beispiel 8: Kompositwerkstoff
aus Holzfasern, Polyisocyanuratpulver, Vulkanasche und Polyester-Polyacrylat-Bindemittel
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3,75
kg Holzfasern gemäß Beispiel
1 wurden mit 0,9 kg einer 20igen Dispersion eines Acrylat-Copolymeren
(45 % Methylacrylat, 25 % Methacrylsäure und 30 Butylacrylat) getränkt und
im Taumelmischer unter vermindertem Druck von 450 mm 6 Stunden vermischt
und während
des Mischvorganges getrocknet. Dem so erhaltenen Produkt wurden
1,25 kg Polyisocyanuratpulver nach Beispiel 5, 0,55 kg einer auf
0,1 bis 0,5 mm vermahlenen Vul kanasche und 1,15 kg des Polyesterbindemittels
von Beispiel 1 zugesetzt. Das Gemisch wurde im Taumelmischer unter
Zusatz von 0,25 kg Hexahydrophthalsäureanhydrid 1 Stunde unter
Normaldruck homogenisiert. Das homogenisierte Gemisch wurde in einer
Presse verschiedenen Verarbeitungsbedingungen unterworfen; von den
dadurch hergestellten 4 mm starken Platten wurden die mechanischen
Eigenschaften bestimmt. Die folgende Tabelle stellt die angewandten
Werte und dadurch erzielten Eigenschaften dar:
