DE102009036571A1

DE102009036571A1 - Werkstoffkomposition und Bauelement

Info

Publication number: DE102009036571A1
Application number: DE200910036571
Authority: DE
Inventors: Achim Tekath; Ulrich Dipl.-Ing. Hensellek
Original assignee: Karodur Wirkteller GmbH
Current assignee: Karodur Wirkteller GmbH
Priority date: 2009-08-08
Filing date: 2009-08-08
Publication date: 2011-02-10

Abstract

Eine zur Herstellung von plattenartigen Bauelementen im Wege des Kalandrierens bestimmte Werkstoffkomposition besteht aus einem Basiswerkstoff aus nachchloriertem Polyvinylchlorid, aus nachchloriertem Polyethylen, einem Stabilisator und einem Gleitmittel, wobei als Stabilisator ein Methylzinnthioester eingesetzt ist. Hinzutreten können beispielsweise Füllstoffe und Farbpigmente. Dadurch, dass als Stabilisator ein Stoff auf der Basis von Methylzinn anstelle des bisher üblichen Butylzinns benutzt wird, ist eine Werkstoffkomposition darstellbar, welche sich durch höhere Erweichungstemperaturen, eine verbesserte chemische Stabilität gegenüber Säuren und Laugen sowie eine verbesserte chemische Kompatibilität gegenüber Schweißzusätzen beim Kunststoffschweißen, Mehrkomponenten-Klebern und silikonhaltigen Klebezusätzen auszeichnet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Werkstoffkomposition entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf Bauelemente entsprechend den Ansprüchen 10 bis 12.
Kunststoffe bzw. Kunststoffkompositionen, die zur Herstellung von folien- oder auch plattenartigen, für eine Verwendung im Anlagen- und Apparatebau der chemischen Industrie bestimmten Bauteilen eingesetzt werden, unterliegen nach Maßgabe der Randbedingungen des jeweiligen konkreten Einsatzfalles besonderen Anforderungen, welche sich auf die chemische Beständigkeit, z. B. gegenüber Säuren, Laugen, Lösungsmitteln, organischen und anorganischen Stoffen, auch auf die Temperaturbeständigkeit sowie die mechanische Festigkeit beziehen. Dies betrifft plattenartige Bauteile in der Form von Pressplatten, die aus einer Vielzahl von Folien durch Kalandrieren, nämlich unter Aufwendung von Druck und Wärme mit anschließendem Abkühlen in einem kontinuierlichen Verfahren hergestellt werden. Dies betrifft gleichermaßen die als Ausgangsmaterial zur Herstellung dieser Presslatten benutzten Folien.
Diese Pressplatten und Folien dienen beispielsweise als Halbzeuge zur Darstellung des Ausgangsmaterials für Öl, Säuren oder Wasser enthaltende Behälter, für Flansche sowie für Armaturen, Passtücke usw.
Als Basismaterial für diese Platten kommt häufig ein nachchloriertes Polyvinylchlorid (PVC-C) zum Einsatz, welches sich von dem ursprünglichen PVC durch eine erhöhte thermische Stabilität und Festigkeit, jedoch auch durch eine verbesserte Eignung zur Herstellung chemikalienbeständiger Folien unterscheidet. Dieses Basismaterial bildet einen Anteil von etwa 85% einer Werkstoffkomposition, die im Übrigen aus Additiven wie einem Gleitmittel, z. B. einem Wachs, Weichmachern, Füllstoffen, Stabilisatoren und Farbpigmenten besteht.
Dieser Werkstoff kann jedoch unter einzelnen Aspekten nicht als optimal ange-sehen werden. Bei Kontaktierung mit heißer Natronlauge von beispielsweise 80°C kommt es aufgrund des Chlorgehaltes zu Kochsalzbildung, welches sich in der Form von Plättchen in Rohren, Verteilern usw. ablagert und diese im Laufe der Zeit zerstört.
PVC-C-Rezepturen, die für die Darstellung einer zur Herstellung von Platten und Folien bestimmten Werkstoffkomposition geeignet sind, weisen bisweilen Erweichungstemperaturen von ca. 103°C auf, welche für zahlreiche Anwendungsfälle in chemischen Anlagen als zu niedrig angesehen werden, da deren maximale Betriebstemperaturen höher ausfallen. Auch ist eine Kompatibilität mit anderen PVC-C-Kompositionen, die z. B. in der Form von Mehrkomponenten-Klebern oder silikonhaltigen Klebesystemen auftreten, nicht gegeben, da diese chemisch inkompatible Substanzen enthalten, so dass bei der Kontaktierung dieser unterschiedlichen PVC-C Werkstoffkompositionen Schäden auftreten können.
Platten, die unter Verwendung mancher PVC-C Kompositionen durch Kalandrieren als Halbzeuge hergestellt worden sind, weisen nach Maßgabe der eingesetzten Rezeptur bisweilen eine für die Weiterverarbeitung sowie den Verwendungszweck zu geringe Elastizität bzw. eine zu hohe Sprödigkeit auf. Hinzutritt ein nicht unbeträchtliches Schrumpfverhalten insbesondere am Ende einer Kühlstrecke des Kalandrierverfahrens, welches zu Materialverlusten führt.
In herkömmlichen PVC-C Rezepturen findet sich häufig ein Stabilisator auf der Basis von Butylzinn, einem Stoff, der aus gesetzlichen Gründen im Raum der EU nur noch bis zum Ende des Jahres 2010 benutzt werden darf.
Es ist vor diesem Hintergrund die Aufgabe der Erfindung, eine Werkstoff-komposition auf der Basis von nachchloriertem PCV als Ausgangsstoff zur Herstellung von Folien und Pressplatten bereitzustellen, die sich gegenüber bisher bekannten Kompositionen durch verbesserte Gebrauchseigenschaften, insbesondere eine höhere Erweichungstemperatur, eine verbesserte chemische Stabilität gegenüber Säuren und Laugen, sowie eine ebenfalls verbesserte chemische Kompatibilität, z. B. gegenüber Schweisszusätzen beim Kunststoffschweißen, Mehrkomponenten-Klebern und silikonhaltigen Klebesystemen auszeichnet.
Gelöst ist diese Aufgabe bei einer solchen Werkstoffkomposition durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.
Erfindungswesentlich ist hiernach die Verwendung eines besonderen Stabilisators, nämlich Methylzinnthioester oder eines vergleichbaren Stoffes auf der Basis von Methylzinn im Rahmen einer Werkstoffkomposition, deren Basiswerkstoff aus nachchloriertem PVC besteht. Eine so konditionierte Werkstoffkomposition erfüllt demnächst im EU-Raum in Kraft tretende gesetzliche Zulassungsvorschriften und bildet die Grundlage einer nach Maßgabe definierter Beanspruchungskriterien zusammenzustellender Additive.
Ein Anteil des Stabilisators innerhalb der Bereichsgrenzen des Anspruchs 2, vorzugsweise derjenigen gemäß Anspruch 3 hat sich als geeignet zur Lösung dieser Aufgabe herausgestellt.
Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 4 besteht der Basiswerkstoff der Werkstoffkomposition mit einem Anteil von 5 Gew.-% bis 8 Gew.-%, gemäß den Merkalen des Anspruchs 5 vorzugsweise mit einem Anteil von 6 Gew.-% bis 7 Gew.-% aus nachchloriertem Polyethylen. Auf diesem Wege werden neben der Temperaturbeständigkeit die Schlagzähigkeit des nachchlorierten PVC verbessert und damit die Eignung von aus dieser Werkstoffkomposition hergestellten Bauelementen für Anwendungen im Bereich des Anlagen- und Apparatebaus, die mit einer thermischen Beanspruchung verbunden sind.
Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 kommt als Gleitmittel ein Polyolefinwachs zum Einsatz. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um einen Wachs aus einem Polyethylenoxid.
Die Werkstoffkomposition kann entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 7 im Übrigen an sich bekannte Weichmacher, Füllstoffe und Farbpigmente enthalten. Im Ergebnis steht somit eine thermoplastisch verarbeitbare Werkstoffkomposition zur Verfügung, welche sich im Vergleich mit bekannten, zur Weiterverarbeitung durch Kalandrieren bestimmten Werkstoffkompositionen durch eine höhere Erweichungstemperatur, eine hohe chemische Stabilität und Kompatibilität sowie ein breites Betriebstemperaturspektrum der aus diesem hergestellten Bauelemente auszeichnet.
Das Gleitmittel ist in der Werkstoffkmposition entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 8 mit einem Gehalt von bis zu 0,2 Gew.-%, entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 9 vorzugsweise mit einem Gehalt von bis zu 0,1 Gew.-% enthalten.
Ein Verarbeiten dieser Werkstoffkomposition kann durch Kalandrieren, jedoch in sonstigen Pressverfahren durchgeführt werden.
Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, Bauelemente als Halbzeuge zur Verfügung zu stellen, die im Sinne der zukünftig im EU-Raum in Kraft tretenden Rechtsvorschriften zulässig sind, die eine verbesserte Eignung für eine Verwendung im Anlagen- und Apparatebau der chemischen Industrie aufweisen und die sich bei guter Funktionalität durch gute Weiterverarbeitungseigenschaften, eine hohe Festigkeit und Elastizität sowie ein minimales Schrumpfverhalten auszeichnen.
Gelöst ist diese Aufgabe alternativ durch die Merkmale der Kennzeichnungsteile der Ansprüche 10 bis 12.
Erfindungswesentlich ist hiernach eine Verarbeitung der in Granulatform vorliegen-den Werkstoffkomposition durch Kalandrieren zu Halbzeugen in der Form von Folien oder Platten. Hierbei wird die gegebenenfalls vorgewärmte und vorplastifizierte Werkstoffkomposition als Formmasse zwischen rotierenden beheizten Walzen eines Kalanders homogenisiert, plastifiziert und auf eine gewünschte Dicke gebracht, bevor infolge Kontaktierung mit einer Kühlwalze der feste Zustand der Formmasse hergestellt wird.
Folien können auf diesem Wege unmittelbar hergestellt werden. Gleiches gilt für Platten. Letztere können als Pressplatten auch in der Form mehrerer miteinander unter Anwendung von Wärme und Druck zu verbindender Folien hergestellt werden, wobei es im Oberflächenbereich zu einer Verschweißung der thermoplastische Eigenschaften aufweisenden Folien kommt.
Halbzeuge in der Form von Folien und/oder Platten aus dieser Werkstoffkomposition weisen eine erhöhte Erweichungstemperatur von mindestens 115°C auf, können unter Betriebstemperaturen in dem Bereich von zumindest –40°C bis +115°C eingesetzt werden, sind gegenüber schwermetallhaltigen Säuren und Laugen, insbesondere Natronlauge bis ca. 115°C chemisch beständig und u. a. mit Mehrkomponenten-Klebern und silikonhaltigen Klebesystemen kompatibel. Von Vorteil ist hierbei auch die untere Grenze des Betriebstemperaturbereichs, welche eine Verwendung selbst bei Anlagen in Permafrostregionen zulässt. Ein breit angelegter Bereich möglicher Betriebtemperaturen bringt insoweit Sicherheitsreserven mit sich, so dass ein Risiko vorzeitiger Materialermüdung vermieden wird.
Diese Halbzeuge weisen ferner bei hoher mechanischer Festigkeit eine hohe Elasti-zität bzw. eine geringe Sprödigkeit sowie ein minimales Schrumpfverhalten auf. Eine besondere Eignung der aus dieser Werkstoffkomposition hergestellten Folien für eine Weiterverarbeitung zu Pressplatten ist somit gegeben, ohne dass sich auf Schrumpfung zurückführbare Materialverluste ergeben.
Mit der erfindungsgemäßen Werkstoffkomposition wird somit ein insbesondere im Anlagenbau der chemischen Industrie unter vielfältigen Einsatzbedingungen nutzbarer Werkstoff zur Verfügung gestellt.

Claims

Werkstoffkomposition mit einem Anteil von 85 Gew.-% bis 90 Gew.-% zumindest aus nachchloriertem Polyvinylchlorid bestehenden Basiswerkstoff und aus Additiven, welche zumindest einen Stabilisator und ein Gleitmittel umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisator ein Methylzinnthioester oder ein vergleichbarer Stoff auf der Basis von Methylzinn ist.
Werkstoffkomposition nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisator in dem Basiswerkstoff mit einem Gehalt von 2,5 Gew.-% bis 4 Gew.-% enthalten ist.
Werkstoffkomposition nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisator in dem Basiswerkstoff mit einem Gehalt von vorzugsweise 3,0 Gew.-% bis 3,5 Gew.-% enthalten ist.
Werkstoffkomposition nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiswerkstoff einen Anteil von 5 Gew.-% bis 8 Gew.-% aus nachchloriertem Polyethylen aufweist.
Werkstoffkomposition nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiswerkstoff vorzugsweise einen Anteil von 6 Gew.-% bis 7 Gew.-% aus nachchloriertem Polyethylen aufweist.
Werkstoffkomposition nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitmittel ein Polyolefinwachs, insbesondere ein Wachs auf der Basis von Polyethylenoxid ist.
Werkstoffkomposition nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Additive in an sich bekannter Weise ferner Weichmacher, Füllstoffe und Farbpigmente enthalten.
Werkstoffkomposition nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitmittel in dem Basiswerkstoff mit einem Gehalt von bis zu 0,2 Gew.-% enthalten ist.
Werkstoffkomposition nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitmittel in dem Basiswerkstoff vorzugsweise mit einem Gehalt von bis zu 0,1 Gew.-% enthalten ist.
Folienartiges, im Wege eines Kalandrierens hergestelltes, aus einer Werkstoffkomposition nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 9 bestehendes Bauelement.
Plattenartiges, im Wege eines Kalandrierens hergestelltes, aus einer Werkstoffkomposition nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 9 bestehendes Bauelement.
Aus mehreren, einzeln aus einer Werkstoffkomposition nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 9 hergestelltes, unter Aufwendung von Wärme und Druck miteinander verbundenen Schichten zusammengesetztes Bauelement.