DE102010017144A1

DE102010017144A1 - Verbundwerkstoff und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102010017144A1
Application number: DE201010017144
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Keinberger; Markus Ecker; Bernhard Fuchs
Original assignee: Rochling Leripa Papertech & Co KG GmbH; ROECHLING LERIPA PAPERTECH GMB
Current assignee: Rochling Leripa Papertech & Co KG GmbH; ROECHLING LERIPA PAPERTECH GMB
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2010-12-02
Also published as: AT508685A1; AT508685B1; AT11639U1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff aus einem Kunststoff und Mikroorganismen bzw. deren Abbauprodukten sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Der Kunststoff ist ultrahochmolekulares Polyethylen. Zur Bildung des Verbundwerkstoffes werden einem Pulver aus ultrahochmolekularem Polyethylen Mikroorganismen beigemengt und das so gebildete Gemenge wird zu einem kompakten Material gesintert. Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff ist sehr gut verschleißbeständig und er kann an seiner Oberfläche das Wachstum von erwünschten Mikroorganismen fördern.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff ist besonders vorteilhaft als Material für auf Verschleiß beanspruchte Werkzeuge und Gegenstände anwendbar.
Es gibt eine Vielzahl von Vorschlägen dazu, Kunststoffe, mit Mitteln anzureichern, welche das Wachstum von Mikroorganismen wie Bakterien und Pilzen an der Oberfläche von Kunststoffkörpern verhindern sollen. Beispiele dazu sind in den Schriften DE 2830633 A1 , DE 2408192 C3 , EP 606762 B1 , EP 1441068 B1 , DE 2931838 A1 , EP 390765 B1 , EP 980402 B1 , EP 588020 A1 , WO 200100720 A1 , DE 1494347 A1 , DE 19654347 C2 zu entnehmen.
Die DE 10 2006 029 829 A1 beschreibt einen Konstruktionswerkstoff, welcher ein Verbundstoff aus einem Kunststoff und Mikroorganismen wie beispielsweise Milchsäurebakterien bzw. deren Abbauprodukten besteht. Der Konstruktionswerkstoff wird vorwiegend für die Herstellung von Rahmen für Bienenwaben eingesetzt. Die Mikroorganismen bzw. deren Abbauprodukte sollen als Biozid wirken.
Bei der landwirtschaftlichen Bodenbearbeitung gibt es das Bestreben, schon durch die Auswahl des Werkstoffes für jene Werkzeuge bzw. Werkzeugteile, welche mit Boden in Kontakt kommen, das Wachstum von erwünschten Mikroorganismen positiv zu stimulieren, da durch diese in weiterer Folge das Wachstum von Nutzpflanzen gefördert wird. Beispielsweise werden deshalb mancherorts Gartenhandwerkzeuge aus Kupfer solchen aus Stahl vorgezogen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verschleißfesten Werkstoff für auf Verschleiß beanspruchte Werkzeuge und Gegenstände bereit zu stellen, welcher an seiner Oberfläche, sowie an Teilen bzw. Substanzen die mit dieser Oberfläche in Kontakt kommen, das Gedeihen von erwünschten Mikroorganismen fördert.
Zum Lösen der Aufgabe wird vorgeschlagen, den Werkstoff als Verbundmaterial aus ultrahochmolekularem Polyethylen und erwünschten Mikroorganismen bzw. deren Abbauprodukten auszubilden.
Ultrahochmolekulares Polyethylen (Abgekürzt PE-UHMW oder UHMW-PE, wobei ”UHMW” für ”ultra high molecular weight” steht) weist gegenüber üblichem Polyethylen sehr, sehr viel länger verkettete Moleküle auf, was in seiner hohen mittleren Molmasse von bis zu 6000 kg/mol zum Ausdruck kommt. PE-UHMW ist bekanntermaßen sehr gut verschleißbeständig. Es wird auch jetzt schon als Werkstoff für auf Verschleiß beanspruchte Werkzeuge bzw. Werkzeugteile, wie beispielsweise Pflugscharen eingesetzt. Da PE-UHMW sehr hochviskos ist, kann es nicht wie übliche Kunststoffe spritzgegossen oder extrudiert werden. Im Normalfall werden Gegenstände aus PE-UHMW gebildet, indem sie aus einem typischerweise plattenförmigen Halbzeug spanabhebend herausgearbeitet werden. Das Halbzeug wird im Normalfall durch Sintern eines feinen PE-UHMW-Pulvers mit eifern mittleren Teilchendurchmesser von typischerweise 100 bis 200 μm gebildet.
Gemäß der Erfindung wird nun nicht dieses Material in reiner Form verwendet, sondern als Teil eines Verbundstoffes, wobei der weitere Teil durch erwünschte Mikroorganismen bzw. deren Abbauprodukten gebildet ist.
Um den Verbundwerkstoff herzustellen werden dem Pulver, aus welchem ein Körper zu sintern ist, erwünschte Mikroorganismen, typischerweise Hefe, Milchsäurebakterien und Photosynthesebakterien, typischerweise in einer wässrigen Trägersubstanz, beigemengt.
Im Fall dass das Beimengen in einer wässrigen Trägersubstanz erfolgte, wird das Gemenge etwa 20 Stunden bei bis zu 90°C getrocknet.
Das trockene Gemenge wird zu einem kompakten Körper gesintert, typischerweise 4 bis 10 Stunden bei einer Temperatur von maximal 250°C und einem Druck von 3,5 N/mm².
Die Mikroorganismen bzw. deren Abbauprodukte (beim Sintervorgang werden die Mikroorganismen abgetötet) verbleiben unlöslich in dem so gebildeten kompakten Material.
Der Anteil an Mikroorganismen bzw. wässriger Lösung, welche Mikroorganismen enthält am Kunststoffrohmaterial beträgt zwischen 0,5 Gewichtsprozent und 10 Gewichtsprozent.
Die Mikroorganismen können dem zu sinternden Granulat auch in reiner getrockneter Pulverform zugesetzt werden. Bevorzugt handelt es sich dabei um reine Mikroorganismen ohne Nährstoffzusätze wie z. B. Steinmehl oder andere Mineralien.
Unter reinen Mikroorganismen kann man typischerweise eine Kolonie von z. B.: Photosysnthesebakterien, Milchsäurebakterien, Hefen, Aktinomyzeten usw. verstehen.
Obwohl nach dem Produktionsprozess von kompakten Körpern die eingebetteten Mikroorganismen überwiegend oder gänzlich abgetötet sind, unterstützen sie doch durch ihre Anwesenheit die Aktivitäten anderer Mikroorganismen. Mechanismen können sein: Abbau von Redoxpotential, Fördern von Fermentationen, Unterdrücken degenerativer Mikroorganismen, Nützliches Substrat für weitere Mikroorganismen.
Im Allgemeinen fördern erwünschte Mikroorganismen bzw. deren Abbauprodukte wiederum erwünschte Mikroorganismen, wenn sie in den Kunststoff eingearbeitet sind. Sie beeinflussen alleine durch den Kontakt mit der Umgebung (Wasser, Erde, Luft, ...) die dort vorhanden Mikroorganismen positiv und ermöglichen eine schnellere und bessere Entfaltung und Aktivierung.
Besonders vorteilhaft sind erfindungsgemäße Verbundstoffe als Material von landwirtschaftlichen Bodenbearbeitungswerkzeugen anzuwenden, welche bestimmungsgemäß mit Erde in Kontakt kommen. In Erde, welche mit diesen Werkzeugen in Kontakt kommt, wird das Wachstum von erwünschten Mikroorganismen gefördert und in weite rer Folge auch der landwirtschaftliche Ertrag aus dieser Erde. Vor allem kommt das erwünschte Pflanzenwachstum schneller in Gang. Typische Werkzeuge dazu sind Pflugscharen, Hauen, Gartenkrallen etc..., also Werkzeuge mit denen Erde umgepflügt oder gelockert wird oder welche dazu dienen Pflanzen bzw. Pflanzenteil auszugraben.
Um die genannten Werkzeuge bzw. Werkzeugteile, wie beispielsweise Pflugscharen oder Beschichtungsplatten dafür zu bilden, werden Zuschnitte aus dem gesinterten Block Verbundmaterial bei erhöhter Temperatur (etwa 130°C) in die gewünschte Form gepresst, abgekühlt und erforderlichenfalls spanabhebend endbearbeitet.
Erfindungsgemäße Werkstoffe sind auch vorteilhaft für Wasserleitungsarmaturen bzw. Teile davon einsetzbar. Es wurde ein vorteilhafter Effekt auf die Qualität des durchgeleiteten Wassers empfunden, wenn Wasserleitungsteile wie Düsen etc. aus erfindungsgemäß hergestellten Verbundstoffteilen bestehen.
Ebenso wird eine Verbesserung der Luftqualität empfunden, wenn Teile von Luftbehandlungsgeräten, wie von Lüftern oder Klimaanlagen aus erfindungsgemäß hergestellten Verbundstoffteilen bestehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 2830633 A1 [0002]
- DE 2408192 C3 [0002]
- EP 606762 B1 [0002]
- EP 1441068 B1 [0002]
- DE 2931838 A1 [0002]
- EP 390765 B1 [0002]
- EP 980402 B1 [0002]
- EP 588020 A1 [0002]
- WO 200100720 A1 [0002]
- DE 1494347 A1 [0002]
- DE 19654347 C2 [0002]
- DE 102006029829 A1 [0003]

Claims

Verbundwerkstoff aus einem Kunststoff und Mikroorganismen bzw. deren Abbauprodukten, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ultrahochmolekulares Polyethylen ist.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil der Mikroorganismen bzw. deren Abbauprodukte zwischen 0,5 und 10 Prozent betragt.
Verwundwerkstoff nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroorganismen Hefe und/oder Milchsäurebakterien und/oder Photosynthesebakterien beinhalten.
Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass daraus auf Verschleiß beanspruchte Gegenstände bzw. Werkzeuge bzw. Werkzeugteile gebildet sind.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass daraus Werkzeuge bzw. Werkzeugteile für die landwirtschaftliche Bodenbearbeitung gebildet sind.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass daraus Wasserleitungsarmaturen bzw. Teile davon gebildet sind.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass daraus Teile von Luftbehandlungsgeräten gebildet sind.
Verfahren zur Herstellung eines aus einem Kunststoff und Mikroorganismen bzw. deren Abbauprodukten bestehenden Verbundwerkstoffes, dadurch gekennzeichnet, dass einem Pulver aus ultrahochmolekularem Polyethylen Mikroorganismen beigemengt werden und dass das so gebildete Gemenge zu einem kompakten Material gesintert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroorganismen gemeinsam mit Wasser zugesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemenge nach dem Zusatz der Mikroorganismen vor der weiteren Verarbeitung getrocknet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroorganismen in Form eines trockenen Granulats oder Pulvers zugesetzt werden.