DE102010034855A1

DE102010034855A1 - Formkörper umfassend ein thermopiastisches Kunststoffmaterial und ein Naturfasermaterial

Info

Publication number: DE102010034855A1
Application number: DE102010034855A
Authority: DE
Inventors: Dr. Sonntag Martin; Dr. Burgstaller Christoph
Original assignee: Rehau AG and Co
Current assignee: Rehau Automotive SE and Co KG
Priority date: 2010-08-18
Filing date: 2010-08-18
Publication date: 2012-02-23

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Formkörper (12), umfassend ein thermoplastisches Kunststoffmaterial und ein Naturfasermaterial (14), wobei das Naturfasermaterial (14) ein thermisch vorbehandeltes Naturfasermaterial (14) ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers (12) umfassend die Schritte: (A) Bereitstellen eines thermisch vorbehandelten Naturfasermaterials (14), (B) Herstellen eines Gemischs aus thermoplastischem Kunststoffmaterial und dem thermisch vorbehandelten Naturfasermaterial (14), und (C) Herstellen des Formkörpers (12) durch Formen des Gemischs.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Formkörper, umfassend ein thermoplastisches Kunststoffmaterial und ein Naturfasermaterial.
Formkörper, welche neben einem thermoplastischen Kunststoffmaterial ein Naturfasermaterial umfassen, kommen im Baubereich z. B. als Komponenten für Bodenbeläge, wie z. B. Terrassendielen, zum Einsatz. Das Formkörper-Material, welches neben dem thermoplastischen Kunststoffmaterial ein Naturfasermaterial umfasst, ist hierbei insbesondere in Form des sogenannten WPC-Materials (WPC ist eine Abkürzung für „Wood Plastic Composites”) bekannt. Hierbei handelt es sich um ein Material, welches Holzfasern bzw. Naturfasern aufweist, wobei das thermoplastische Kunststoffmaterial bzw. die thermoplastisch verarbeitbare Polymermatrix meist ein auf Basis von Polyolefinen und PVC gebildetes thermoplastisches Kunststoffmaterial bzw. Polymermaterial ist. Insbesondere kann das thermoplastische Kunststoffmaterial bzw. die thermoplastisch verarbeitbare Polymermatrix ein auf Basis von Polyolefinen, PVC (Abk. für Polyvinylchlorid), PS (Abk. für Polystyrol) und ABS (Abk. für Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat) gebildetes thermoplastisches Kunststoffmaterial sein. Komponenten für Bodenbeläge aus dem beschriebenen WPC-Material werden in der Regel im Wege der Extrusion aus dem WPC-Material gefertigt. Zur Herstellung bzw. Bildung des Bodenbelags wird eine Mehrzahl der Komponenten zusammengesetzt.
Als Naturfasermaterial werden oft z. B. Holzspäne aus Hobelabfällen verwendet. Die Holzspäne werden z. B. zu Holzmehl vermahlen und nach Größe ausgesiebt. Da dieses Naturfasermaterial, insbesondere wenn es in das thermoplastische Kunststoffmaterial eingebettet ist, stark hygroskopisch wirkt, nehmen die bekannten Formkörper stets Wasser auf. Dies hat insbesondere bei Formkörpern, die z. B. als Komponenten für Bodenbeläge im Außenbereich zum Einsatz kommen, zur Folge, dass nach einer gewissen Einsatzdauer Dimensionsänderungen und wesentliche Festigkeitsverluste des Formkörpers auftreten. Insbesondere kann der Formkörper nach einer gewissen Einsatzdauer aufweichen und sich gegebenenfalls infolge von Fäulnisprozessen zersetzen. Um die Wasseraufnahme zumindest etwas zu verlangsamen, werden bei bekannten Lösungen mit einem thermoplastischen Kunststoffmaterial auf der Basis von Polyolefinen hauptsächlich Haftvermittler auf MAH-Basis (Abk. für Maleinsäureanhydrid) zugegeben. Trotzdem ist die durch Wasseraufnahme bewirkte Aufweichung bzw. Quellung der Formkörper für die meisten Anwendungen – insbesondere für die Anwendungen im Außenbereich bzw. im Freien – derart hoch, dass die Lebensdauer bzw. Einsatzdauer der Formkörper stark eingeschränkt ist.
Zugrundeliegende Aufgabe
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Formkörper umfassend ein thermoplastisches Kunststoffmaterial und ein Naturfasermaterial anzugeben, welcher im Unterschied zu bekannten Lösungen bei gleichem oder ähnlichem Gewichtsanteil des Naturfasermaterials eine wesentlich geringere Neigung zur Wasseraufnahme aufweist.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Formkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Im Unterschied zu bekannten Lösungen ist das Naturfasermaterial des Formkörpers ein thermisch vorbehandeltes Naturfasermaterial.
Es hat sich gezeigt, dass durch die Verwendung eines thermisch vorbehandelten Naturfasermaterials die Wasseraufnahme bzw. die Wasseraufnahme-Neigung des Formkörpers stark reduziert werden kann. Besonders bevorzugt umfasst das thermische Vorbehandeln ein Trocknen des Naturfasermaterials bis zu einer vorgegebenen Restfeuchte und ein anschließendes Erhitzen des getrockneten Naturfasermaterials auf eine vorgegebene Temperatur, wobei das Naturfasermaterial für eine vorgegebene Zeitdauer auf der vorgegebenen Temperatur gehalten wird.
Durch diese Art der thermischen Vorbehandlung kann eine sehr starke Reduzierung der Wasseraufnahme bzw. Wasseraufnahme-Neigung des Formkörpers bereitgestellt werden.
Die Vortrocknung es Naturfasermaterials kann in einem Trockenlufttrockner bei typischerweise bei 80°C für 4 Stunden erfolgen. Bei höherer Temperatur kann die Verweildauer entsprechend verkürzt werden.
Nach dem Trocknen bis zu der vorgegebenen Restfeuchte wird beim Erhitzen des Naturfasermaterials unter dem Einfluss der Hitze der Zellwandaufbau der Naturfasern so verändert, dass die Wasseraufnahme bzw. Wasseraufnahmeneigung der Naturfasern bzw. des Naturfasermaterials im Unterschied zu bekannten Lösungen entscheidend verringert werden kann. Die so genannten Hemicellulosen (kurzkettige Zuckerbausteine) werden dabei thermisch abgebaut, wobei die OH-Gruppen (Hydroxylgruppen) abgespalten werden, welche zwischen der Hemicellulose und dem Lignin Wasserstoff-Brückenbindungen ausbilden und somit Wasser einlagern und speichern können. Hemicellulose wird hierbei bereits ab etwa 140°C partiell abgebaut. Des Weiteren werden durch die Erhitzung des Naturfasermaterials Acetylgruppen an den Hemicellulosen abgespalten. Die dabei frei werdende Essigsäure wirkt als Katalysator beim Abbau der Hemicellulose und führt zur Abnahme des Polymerisationsgrades der Hemicellulosen. Die jeweiligen Abbauprodukte der Faserinhaltsstoffe sind nun flüchtig und können entsprechend ausgetrieben werden.
Die beschriebene sehr starke Reduzierung der Wasseraufnahme bzw. Wasseraufnahme-Neigung des erfindungsgemäßen Formkörpers ist insbesondere für erfindungemäße Formkörper von Vorteil, die als vorzugsweise extrudierte Formkörper als Komponenten für Bodenbeläge („Deckings”), wie Terrassendielen, ausgebildet sind, wobei hierbei das Material aus welchem der Formkörper besteht, vorzugsweise in Form des sogenannten WPC-Materials (WPC ist eine Abkürzung für „Wood Plastic Composites”) vorliegt bzw. ausgebildet ist. WPC-Material ist ein Material, welches ein thermoplastisches Kunststoffmaterial und Holzfasermaterial bzw. Naturfasermaterial aufweist, wobei das thermoplastische Kunststoffmaterial bzw. die thermoplastisch verarbeitbare Polymermatrix meist ein auf Basis von Polyolefinen und PVC gebildetes thermoplastisches Kunststoffmaterial ist. Insbesondere kann das thermoplastische Kunststoffmaterial bzw. die thermoplastisch verarbeitbare Polymermatrix ein auf Basis von Polyolefinen, PVC (Abk. für Polyvinylchlorid), PS (Abk. für Polystyrol) und ABS (Abk. für Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat) gebildetes thermoplastisches Polymermaterial sein.
Der vorzugsweise für die Anwendung im Außenbereich bzw. im Freien vorgesehene erfindungsgemäße Formkörper kann witterungsbedingt starken Regenfällen bzw. hohen Umgebungsluftfeuchten ausgesetzt sein. Durch die ermöglichte starke Reduzierung der Wasseraufnahme bzw. Wasseraufnahmeneigung können trotz nachteiliger Witterungsbedingungen auch bei langer Einsatzdauer im Außenbereich Dimensionsänderungen und wesentliche Festigkeitsverluste des Formkörpers wirksam vermieden werden. Insbesondere einem Aufweichen des Formkörpers nach einer gewissen Einsatzdauer und einer Zersetzung des Formkörpers infolge von Fäulnisprozessen wird durch die starke Reduzierung der Wasseraufnahme bzw. Wasseraufnahmeneigung sehr wirksam entgegengewirkt. Die stark verringerte Wasseraufnahmeneigung des Formkörpers bzw. des Naturfasermaterials des Formkörpers bewirkt sehr wirksam eine Verschlechterung der Wachstumsbedingungen für Pilze und andere Mikroorganismen, einhergehend mit einer starken Reduzierung der Fäulnisprozesse.
Insgesamt gesehen weist daher der erfindungsgemäße Formkörper im Vergleich zu bekannten Lösungen eine wesentlich höhere Lebensdauer bzw. Dauerfestigkeit auf, und zwar insbesondere auch dann, wenn der Formkörper als Komponente – wie z. B. als Bodenbelag-Komponente – für den Außeneinsatz vorgesehen ist. Die höhere Lebensdauer bzw. Dauerfestigkeit ist hierbei auf die stark reduzierte Wasseraufnahme bzw. Wasseraufnahmeneigung des Naturfasermaterials nach dem thermischen Vorbehandeln zurückzuführen bzw. auf die mit der reduzierten Wasseraufnahme bzw. Wasseraufnahmeneigung des Naturfasermaterials verbundenen höheren Lebensdauer bzw. Dauerhaftigkeit des Naturfasermaterials.
Eine weitere vorteilhafte Wirkung der thermischen Vorbehandlung ist, dass sich der Farbton des Naturfasermaterials durch die thermische Vorbehandlung ebenfalls verändert. So ändert sich der helle Ton von noch unbehandeltem Naturfasermaterial in Form von Holzfasermaterial je nach Länge der vorgegebenen Zeitdauer und je nach Höhe der vorgegebenen Temperatur in Richtung braun bis dunkelbraun, so dass durch Variation der vorgegebenen Zeitdauer und/oder der vorgegebenen Temperatur die Farbgebung des Formkörpers steuerbar bzw. einstellbar ist, einhergehend mit der Bereitstellung einer sehr holzähnlichen Anmutung bzw. einem sehr holzähnlichen bzw. Naturstoff ähnlichem Erscheinungsbild des Formkörpers.
Ein weiterer Vorteil ist, dass ein sichtbarer Vergilbungseffekt aufgrund des Ligninabbaus durch UV-Bestrahlung in den ersten Wochen nach dem Einsatz des erfindungsgemäßen Formkörpers im Freien (Außeneinsatz) – wenn dieser z. B. in Form einer Bodenbelag-Komponente für einen Bodenbelag für den Außeneinsatz ausgebildet ist (WPC-Komponente) – durch die thermische Vorbehandlung sehr stark reduziert werden kann. Nach den ersten Wochen Freibewitterung zeigen bekannte Bodenbelag-Komponenten aus WPC-Material auf der Basis von Weichhölzern bzw. Weichholzfasermaterial Farbunterschiede von ΔE 3,8–4,5 (euklidischer Abstand der L·a·b Werte). Diese sich bei bekannten Bodenbelag-Komponenten aus WPC-Material bzw. bekannten WPC-Materialien ergebende sehr starke Farbabweichung, welche selbst von ungeübten Betrachtern deutlich wahrgenommen wird, kann mit Hilfe der thermischen Vorbehandlung auf ΔE Werte von 0,5–1 reduziert werden. Im weiteren Verlauf der Bewitterung nehmen die thermisch vorbehandelten Naturfasern bzw. Naturfasermaterialien, ebenso wie unbehandelte Holzfasern, vorteilhaft eine natürliche, graue Patina an.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt die vorgegebene Restfeuchte innerhalb eines Bereichs von 0,3% bis 8%, vorzugsweise 0,3% bis 1%, die vorgegebene Temperatur liegt innerhalb eines Bereichs von 180°C bis 260°C, und die vorgegebene Zeitdauer liegt innerhalb eines Bereichs von 30 Sekunden bis 300 Sekunden, vorzugsweise 50 Sekunden bis 70 Sekunden.
Es hat sich durch Messungen gezeigt, dass bei den gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform vorgesehenen Werten für die vorgegebene Restfeuchte, die vorgegebene Temperatur und die vorgegebene Zeitdauer die Wasseraufnahme bzw. Wasseraufnahmeneigung im Vergleich zu bekannten Lösungen bei gleichem oder ähnlichem Gewichtsanteil des Naturfasermaterials deutlich reduziert werden kann, und zwar von 5% bis 20%, wie sie bei bekannten Formkörpern aus WPC-Material gemessen wurde, auf 2% bis 5%. Mit einer Restfeuchte innerhalb des bevorzugten Bereichs von 0,3% bis 1% und mit einer vorgegebenen Zeitdauer innerhalb des bevorzugten Bereichs von 50 Sekunden bis 70 Sekunden ist eine Reduzierung der Wasseraufnahme z. B. bei 28-tägiger Wasserlagerung nach DIN EN 317 auf 2% bis 3%.
Die Messungen zur Einstellung bzw. Bestimmung der jeweils vorgegebenen Restfeuchte und die Messungen zur Bestimmung der erzielten Wasseraufnahme bzw. Wasseraufnahmeneigung erfolgten hierbei durch geeignete Gewichtsmessungen jeweils gemäß DIN EN 317 (Stand 11. August 2010).
Bei einer praktischen Ausführungsform liegt die Länge jeder Faser des Naturfasermaterials innerhalb eines Bereichs von 100 mm bis 800 mm, und die Breite jeder Faser des Naturfasermaterials liegt innerhalb eines Bereichs von 20 mm bis 80 mm.
Es hat sich gezeigt, dass ein Vorsehen von Fasern des Naturfasermaterials, die gemäß dieser praktischen Ausführungsform dimensioniert sind, zum einen bewirkt, dass der Formkörper ein an das Naturfasermaterial optisch angepasstes und optisch ansprechendes Erscheinungsbild aufweist, was insbesondere von Vorteil ist, wenn der Formkörper in Form einer Komponente für einen Bodenbelag für den Außeneinsatz bzw. den Einsatz im Ferien ausgebildet ist. Ferner ist der Formkörper bei Verwendung von gemäß dieser praktischen Ausführungsform dimensionierten Naturfasern durch Formen eines Gemischs aus dem thermoplastischen Kunststoffmaterial und dem Naturfasermaterial einfach herstellbar. Insbesondere ist der Formkörper aus einem Gemisch mit derart dimensionierten Naturfasern sehr gut extrudierbar.
Um das Erscheinungsbild des jeweiligen Naturfasermaterials sehr wirksam nachzuempfinden weist der Formkörper vorzugsweise Naturfasermaterial in einer Menge von 30% bis 80%, vorzugsweise 50% bis 60%, bezogen auf die Gesamtmasse auf.
Das Naturfasermaterial kann einen pflanzlichen Rohstoff oder eine Mischung unterschiedlicher pflanzlicher Rohstoffe umfassen, wobei der pflanzliche Rohstoff vorzugsweise ein aus den pflanzlichen Rohstoffen Baumwolle, Kapok, Pappelflaum, Bambus, Brennnessel, Hanf, Jute, Leinen, Ramie, Sisal, Manila Hartfaser, Kokos, Cellulose, Miscanthus und Holz ausgewählter pflanzlicher Rohstoff ist. Je nach Einsatzart bzw. erwünschen Erscheinungsbild des Formkörpers kann vorteilhaft ein Naturfasermaterial vorgesehen sein, welches einen oder eine Mischung von wenigstens zwei dieser Rohstoffe umfasst.
Vorzugsweise ist das Holz ein Nadelholz, wobei das Nadelholz vorzugsweise Holz der Fichte, der Kiefer, der Tanne, der Lärche, der Eibe, der Zeder, des Redwood, der Pinie, der Zypresse oder Douglasie-Holz oder Sequoria-Holz ist. Es hat sich gezeigt, dass sich insbesondere Nadelholz sehr gut zu einem Naturfasermaterial verarbeiten lässt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Formkörper ferner ein haftvermittelndes Additiv zur Anbindung des thermoplastischen Kunststoffmaterials an das Naturfasermaterial und/oder wenigstens ein hydrophobierendes Additiv auf. Mit dem haftvermittelnden Additiv kann eine wirksame Anbindung des thermoplastischen Kunststoffmaterials an das Naturfasermaterial erfolgen, einhergehend mit einer wirksamen Erhöhung der mechanischen Stabilität des Formkörpers. Durch Vorsehen des hydrophobierenden Additivs kann die Wasseraufnahme bzw. die Wasseraufnahmeneigung des Formkörpers nochmals wesentlich herabgesetzt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die weitere Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers umfassend ein thermoplastisches Kunststoffmaterial und ein Naturfasermaterial anzugeben, welcher im Unterschied zu bekannten Lösungen bei gleichem oder ähnlichem Gewichtsanteil des Naturfasermaterials eine wesentlich geringere Neigung zur Wasseraufnahme aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Formkörper herstellbar, der infolge des Vorsehens des in Schritt A bereitgestellten thermisch vorbehandelten Naturfasermaterials bei gleichem oder ähnlichem Gewichtsanteil des Naturfasermaterials eine im Unterschied zu bekannten Lösungen wesentlich geringere Neigung zur Wasseraufnahme aufweist. Das in Schritt C vorgenommene Herstellen des Formkörpers durch Formen des Gemischs kann hierbei eine beliebig ausgebildete Formtechnik umfassen. Insbesondere kann das Formen des Gemischs ein Extrudieren des Gemischs zur Herstellung des Formkörpers oder ein Spritzgießen des Gemischs zur Herstellung des Formkörpers umfassen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der Schritt A die folgenden Schritte: (a) Bereitstellen eines Naturfasermaterials, (b) Trocknen des Naturfasermaterials bis zu einer vorgegebenen Restfeuchte, (c) Erhitzen des in Schritt (b) getrockneten Naturfasermaterials mittels einer Heizvorrichtung auf eine vorgegebene Temperatur, und (d) Halten des Naturfasermaterials auf der vorgegebenen Temperatur für eine vorgegebene Zeitdauer.
Mit einem durch die Schritte a bis d bereitgestelltem bzw. hergestelltem thermisch vorbehandelten Naturfasermaterial ist ein Formkörper herstellbar, welcher eine sehr starke reduzierte Wasseraufnahme bzw. Wasseraufnahme-Neigung aufweist. Die Ursachen für die durch diese Schritte bewirkte stark reduzierte Wasseraufnahme bzw. Wasseraufnahme-Neigung des Formkörpers bzw. des Naturfasermaterials sind bereits oben näher beschrieben.
Besonders bevorzugt wird ein Materialstrom aus dem in Schritt (b) getrocknetem Naturfasermaterial gebildet und die Heizvorrichtung ist eingerichtet, das sich in dem Materialstrom bewegende Naturfasermaterial auf die vorgegebene Temperatur zu erhitzen. Auf diese Weise ist insbesondere bei einer Herstellung mittels Extrudieren die Herstellung einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Formkörpern mittels eines automatisieren Herstellungsprozesses möglich, bei dem über den Materialstrom kontinuierlich Naturfasermaterial einer Formvorrichtung, wie z. B. einer Extrusionsvorrichtung, zugeführt werden kann.
Zum Erhitzen des in Schritt b getrockneten Naturfasermaterials auf die vorgegebene Temperatur kann zur möglichst genauen Einstellung derselben eine Messung der Temperatur des Naturfasermaterials vorgenommen werden, und zwar z. B. mittels einer Temperaturmesseinrichtung, welche einen Messfühler umfasst, der Kontakt zu dem Naturfasermaterial aufweist. Die Heizvorrichtung kann vorzugsweise in Form eines Heißkanals ausgebildet sein, wobei der Heißkanal von dem Materialstrom aus Naturfasermaterial durchströmt wird bzw. durchströmbar ist.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann der Schritt (A) auch die folgenden Schritte umfassen: (a) Bereitstellen eines Vollmaterials aus Naturmaterial, (b) Trocknen des Vollmaterials bis zu einer vorgegebenen Restfeuchte, (c) Erhitzen des in Schritt (b) getrockneten Vollmaterials mittels einer Heizvorrichtung auf eine vorgegebene Temperatur, (d) Halten des Vollmaterials auf der vorgegebenen Temperatur für eine vorgegebene Zeitdauer, und (e) Zerkleinern des Vollmaterials zu einem Naturfasermaterial. Bei dieser Ausführungsform erfolgt zunächst ein thermisches Vorbehandeln eines Vollmaterials aus Naturmaterial gemäß den Schritten a bis d. Erst nach dieser die Wasseraufnahme bzw. Wasseraufnahmeneigung des Naturmaterials sehr deutlich reduzierenden thermischen Vorbehandlung erfolgt in Schritt e ein Zerkleinern des Vollmaterials zu dem für die weitere Herstellung des erfindungsgemäßen Formkörpers verwendeten Naturfasermaterial.
Wie bereits oben bei dem erfindungsgemäßen Formkörper beschrieben, ist es auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise vorgesehen, dass die vorgegebene Restfeuchte innerhalb eines Bereichs von 0,3% bis 8%, vorzugsweise 0,3% bis 1% liegt, dass die vorgegebene Temperatur innerhalb eines Bereichs von 180°C bis 260°C liegt, und dass die vorgegebene Zeitdauer innerhalb eines Bereichs von 30 Sekunden bis 300 Sekunden, vorzugsweise 50 Sekunden bis 70 Sekunden liegt.
Bei einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach Schritt (A) und vor Schritt (B) das thermisch vorbehandelte Naturfasermaterial mit wenigstens einem haftvermittelnden Additiv zur Anbindung des thermoplastischen Kunststoffmaterials an das Naturfasermaterial in Kontakt gebracht wird. Mit dem haftvermittelnden Additiv kann eine wirksame Anbindung des thermoplastischen Kunststoffmaterials an das Naturfasermaterial erfolgen, einhergehend mit einer wirksamen Erhöhung der mechanischen Stabilität des Formkörpers.
Bei dieser praktischen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das in Kontakt bringen des thermisch vorbehandelten Naturfasermaterials mit dem haftvermittelnden Additiv und/oder dem hydrophobierenden Additiv nach Schritt A und vor Schritt B erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass die Additive, bevor es in Schritt B zur einer Vermischung mit dem thermoplastischen Kunststoffmaterial kommt, Gelegenheit haben, sich wirksam an das Naturfasermaterial anzubinden bzw. in dieses einzuwirken. Vorzugsweise wird hierfür ab dem Zeitpunkt des Abschlusses bzw. der Beendigung des Schritts A, der das Bereitstellen bzw. Herstellen des thermisch vorbehandelten Naturfasermaterials umfasst, eine Einwirkzeit bzw. Anbindungszeit vorgesehen, wobei der Zeitpunkt des Abschlusses bzw. der Beendigung des Schritts A den zeitlichen Startpunkt für diese Einwirkzeit bzw. Anbindungszeit festlegt, so dass erst nach Ablauf dieser Einwirkzeit bzw. Anbindungszeit, gemessen von dem Startpunkt, in Schritt B die Herstellung des Gemischs erfolgt. Insgesamt gesehen wird auf diese Weise wirksam vermieden, eine Anbindung der Additive erst bei Herstellung des Gemischs in Schritt B vorzusehen, was infolge des Vermischungsvorgangs dazu führen könnte, dass eine zu starke Vermischung der Additive mit dem thermoplastischen Kunststoffmaterial erfolgt, so dass diese nicht hinreichend Gelegenheit hätten, sich wirksam an das Naturfasermaterial anzubinden. Die Einwirkzeit bzw. Anbindungszeit liegt vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 60 Sekunden bis 300 Sekunden.
Vorzugsweise kann in Schritt (B) dem Gemisch wenigstens ein UV-Stabilisator und/oder wenigstens ein Gleitmittel beigefügt werden. Mit dem UV-Stabilisator kann auf wirksame Weise ein schädigender Einfluss des UV-Anteils der Sonnenstrahlung begrenzt werden. Durch Vorsehen des Gleitmittels, welches vorzugsweise ein Gleitmittel auf Wachsbasis sein kann, ist insbesondere ein sicheres bzw. fehlerfreies Herstellen des Formkörpers im Wege der Extrusion möglich, wobei das Gleitmittel hierbei als Verarbeitungshilfsmittel dient. Dem Gemisch kann in Schritt B ferner auch ein wenigstens ein Pigment zur Erzielung einer Einfärbung des Formkörpers beigefügt werden.
Um einen Formkörper herzustellen, dessen Erscheinungsbild dem jeweiligen Naturfasermaterial sehr wirksam nachempfunden ist, weist das Gemisch vorzugsweise Naturfasermaterial in einer Menge von 30% bis 80%, vorzugsweise 50% bis 60%, bezogen auf die Gesamtmasse auf.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher. Es zeigt:
1 eine dreidimensionale Darstellung eines Bodenbelags für Außenanwendungen, wobei der Bodenbelag aus drei erfindungsgemäßen Formkörpern zusammengesetzt ist, und
2 eine schematische Darstellung einer Extrusionsvorrichtung samt einer Fördereinrichtung zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der in 1 dargestellte Bodenbelag 10 für Außenanwendungen bzw. Anwendungen im Freien, welcher insbesondere z. B. als Terrassenboden 10 vorgesehen sein kann, ist aus drei nebeneinander liegenden erfindungsgemäßen Formkörpern 12 zusammengesetzt, wobei das Vorsehen von drei Formkörpern 12 lediglich beispielhaft ist. Es kann eine beliebig große Anzahl von Formkörpern 12 zur Bildung des Bodenbelags 10 vorgesehen sein.
Die Formkörper 12 sind identisch ausgebildet und sind jeweils ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Formkörpers in Form eines extrudierten Profil-Hohlkörpers 12 aus WPC-Material mit drei Hohlkammern 16. Jeder Formkörper 12 bildet somit eine Komponente 12 des Bodenbelags 10. Jeder Profil-Hohlkörper 12 weist erfindungsgemäß ein Naturfasermaterial 14 in Form eines thermisch vorbehandelten Holzfasermaterials 14 (nur bereichsweise schematisch angedeutet) auf, welches um Unterschied zu bekannten Lösungen eine stark reduzierte Wasseraufnahme bzw. Wasseraufnahmeneigung aufweist. Da ein Profil-Hohlkörper 12 abgesehen von dem Holzfasermaterial kein wasseraufnehmendes Material umfasst, ist auch der Profil-Hohlköper 12 mit dieser stark reduzierten Wasseraufnahme bzw. Wasseraufnahme-Neigung versehen.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Extrusionsvorrichtung 18 samt einer Fördereinrichtung 20 zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die dargestellte Extrusionsvorrichtung 18 umfasst in üblicher Weise einen Einfülltrichter 22 und eine nachgeschaltete Plastifiziereinheit 24 zum Formen eines Formkörpers 12 aus einem in den Einfülltrichter 22 eingebachten Gemisch.
Das Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers (12) umfasst die Schritte: (A) Bereitstellen eines thermisch vorbehandelten Naturfasermaterials (14), (B) Herstellen eines Gemischs aus thermoplastischem Kunststoffmaterial und dem thermisch vorbehandelten Naturfasermaterial (14), und (C) Herstellen des Formkörpers (12) durch Formen des Gemischs.
Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel umfasst der Schritt (A) die folgenden Schritte: (a) Bereitstellen eines Naturfasermaterials (14), (b) Trocknen des Naturfasermaterials (14) bis zu einer vorgegebenen Restfeuchte, (c) Erhitzen des in Schritt (b) getrockneten Naturfasermaterials (14) mittels einer Heizvorrichtung (26) auf eine vorgegebene Temperatur, und (d) Halten des Naturfasermaterials (14) auf der vorgegebenen Temperatur für eine vorgegebene Zeitdauer.
Das Bereitstellen des Naturfasermaterials (14) gemäß Schritt a ist dem Aufbringen desselben auf die Fördereinrichtung (20), welche dafür vorgesehen ist, einen Materialstrom aus Naturfasermaterial (14) zu bilden bzw. bereitzustellen, zeitlich vorgeschaltet. Auch das Trocken des Naturfasermaterials (14) bis zu einer vorgegebenen Restfeuchte kann dem Aufbringen auf die Fördereinrichtung (20) zeitlich vorgeschaltet sein.
Das Erhitzen des in Schritt (b) getrockneten Naturfasermaterials (14) erfolgt über die in Form eines Heißkanals (26) ausgebildete Heizvorrichtung (26), in welchen das Naturfasermaterial (14) über die Fördereinrichtung (20), welche durchgehend durch den Heißkanal (26) geführt ist, eingebracht wird. Nach erfolgter Erhitzung und dem Halten des Naturfasermaterials (14) auf der vorgegebenen Temperatur für eine vorgegebene Zeitdauer gemäß Schritt d erfolgt der Schritt B, welcher das Herstellen eines Gemischs aus thermoplastischem Kunststoffmaterial und dem thermisch vorbehandelten Naturfasermaterial umfasst (in der 2 durch zwei Pfeile veranschaulicht).
In Schritt (C) erfolgt schließlich das Herstellen des Formkörpers (12) durch Formen des Gemischs im Wege der Extrusion.
Bezugszeichenliste

10: Bodenbelag
12: Formkörper
14: Naturfasermaterial
16: Hohlkammer
18: Extrusionsvorrichtung
20: Fördereinrichtung
22: Einfülltrichter
24: Plastifiziereinheit
26: Heizvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 317 [0017]
DIN EN 317 (Stand 11. August 2010) [0018]

Claims

Formkörper (12), umfassend ein thermoplastisches Kunststoffmaterial und ein Naturfasermaterial (14), dadurch gekennzeichnet, dass das Naturfasermaterial (14) ein thermisch vorbehandeltes Naturfasermaterial (14) ist.
Formkörper (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Vorbehandeln ein Trocknen des Naturfasermaterials (14) bis zu einer vorgegebenen Restfeuchte und ein anschließendes Erhitzen des getrockneten Naturfasermaterials (14) auf eine vorgegebene Temperatur umfasst, wobei das Naturfasermaterial (14) für eine vorgegebene Zeitdauer auf der vorgegebenen Temperatur gehalten wird.
Formkörper (12) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Restfeuchte innerhalb eines Bereichs von 0,3% bis 8%, vorzugsweise 0,3 bis 1% liegt, dass die vorgegebene Temperatur innerhalb eines Bereichs von 180°C bis 260°C liegt, und dass die vorgegebene Zeitdauer innerhalb eines Bereichs von 30 Sekunden bis 300 Sekunden, vorzugsweise 50 Sekunden bis 70 Sekunden liegt.
Formkörper (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge jeder Faser des Naturfasermaterials (14) innerhalb eines Bereichs von 100 mm bis 800 mm liegt, und wobei die Breite jeder Faser des Naturfasermaterials (14) innerhalb eines Bereichs von 20 mm bis 80 mm liegt.
Formkörper (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Naturfasermaterial (14) einen pflanzlichen Rohstoff oder eine Mischung unterschiedlicher pflanzlicher Rohstoffe umfasst, wobei der pflanzliche Rohstoff vorzugsweise ein aus den pflanzlichen Rohstoffen Baumwolle, Kapok, Pappelflaum, Bambus, Brennnessel, Hanf, Jute, Leinen, Ramie, Sisal, Manila Hartfaser, Kokos, Cellulose, Miscanthus und Holz ausgewählter pflanzlicher Rohstoff ist.
Formkörper (12) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Holz ein Nadelholz ist, wobei das Nadelholz vorzugsweise Holz der Fichte, der Kiefer, der Tanne, der Lärche, der Eibe, der Zeder, des Redwood, der Pinie, der Zypresse oder Douglasie-Holz oder Sequoria-Holz ist.
Formkörper (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (12) Naturfasermaterial in einer Menge von 30% bis 80%, vorzugsweise 50% bis 60%, bezogen auf die Gesamtmasse aufweist.
Formkörper (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (12) ferner ein haftvermittelndes Additiv zur Anbindung des thermoplastischen Kunststoffmaterials an das Naturfasermaterial (14) und/oder wenigstens ein hydrophobierendes Additiv aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers (12) umfassend die Schritte: – (A) Bereitstellen eines thermisch vorbehandelten Naturfasermaterials (14), – (B) Herstellen eines Gemischs aus thermoplastischem Kunststoffmaterial und dem thermisch vorbehandelten Naturfasermaterial (14), und – (C) Herstellen des Formkörpers (12) durch Formen des Gemischs.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (A) die folgenden Schritte umfasst: – (a) Bereitstellen eines Naturfasermaterials (14), – (b) Trocknen des Naturfasermaterials (14) bis zu einer vorgegebenen Restfeuchte, – (c) Erhitzen des in Schritt (b) getrockneten Naturfasermaterials (14) mittels einer Heizvorrichtung (26) auf eine vorgegebene Temperatur, und – (d) Halten des Naturfasermaterials (14) auf der vorgegebenen Temperatur für eine vorgegebene Zeitdauer.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Materialstrom aus dem in Schritt (b) getrocknetem Naturfasermaterial (14) gebildet wird, und dass die Heizvorrichtung (26) eingerichtet ist, das sich in dem Materialstrom bewegende Naturfasermaterial (14) auf die vorgegebene Temperatur zu erhitzen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (A) die folgenden Schritte umfasst: – (a) Bereitstellen eines Vollmaterials aus Naturmaterial, – (b) Trocknen des Vollmaterials bis zu einer vorgegebenen Restfeuchte, – (c) Erhitzen des in Schritt (b) getrockneten Vollmaterials mittels einer Heizvorrichtung auf eine vorgegebene Temperatur, – (d) Halten des Vollmaterials auf der vorgegebenen Temperatur für eine vorgegebene Zeitdauer, und – (e) Zerkleinern des Vollmaterials zu einem Naturfasermaterial.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Restfeuchte innerhalb eines Bereichs von 0,3% bis 8%, vorzugsweise 0,3 bis 1% liegt, dass die vorgegebene Temperatur innerhalb eines Bereichs von 180°C bis 260°C liegt, und dass die vorgegebene Zeitdauer innerhalb eines Bereichs von 30 Sekunden bis 300 Sekunden, vorzugsweise 50 Sekunden bis 70 Sekunden liegt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt (A) und vor Schritt (B) das thermisch vorbehandelte Naturfasermaterial (14) mit wenigstens einem haftvermittelnden Additiv zur Anbindung des thermoplastischen Kunststoffmaterials an das Naturfasermaterial (14) in Kontakt gebracht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (B) dem Gemisch wenigstens ein UV-Stabilisator und/oder wenigstens ein Gleitmittel beigefügt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch Naturfasermaterial in einer Menge von 30% bis 80%, vorzugsweise 50% bis 60%, bezogen auf die Gesamtmasse aufweist.