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Die Erfindung betrifft ein Kunststoffgranulat, welches aus der Schmelze eines Gemisches eines Polymers mit zumindest einem Additiv als Rohmaterial erhalten wird, indem die Schmelze über Düsen zu Strängen geformt wird und nach einem Abkühlen der Stränge ein Ablängen der Stränge in einzelne Abschnitte durchgeführt wird sowie dessen Verwendung
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffgranulates auf Basis eines Polymers, wobei zur Herstellung des Kunststoffgranulates der Polymer gemeinsam mit zumindest einem Additiv als Rohmaterial geschmolzen und durch eine oder mehrere Düsen zu Strängen geformt wird, wobei die Stränge nach einem Abkühlen der Stränge in Abschnitte abgelängt werden.
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Es ist bekannt, Kunststoffbauteile oder Spinnvliese durch eine Oberflächenbeschichtung mit entsprechenden Materialien oelophob auszurüsten, d. h. dass diese eine ölabweisende Eigenschaft aufweisen.
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Nachteilig bei dieser bekannten Vorgehensweise einer Oberflächenbeschichtung ist es, dass die auf die Oberfläche der Kunststoffbauteile oder der Fasern eines Spinnvlieses aufgebrachten Beschichtungen sich unter den Umwelteinflüssen verändern bzw. ihre Wirkung verlieren und insbesondere durch Abrieb verloren gehen, sodass die oleophobe Wirkung mit der Zeit nachlässt und schließlich ganz entfällt.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kunststoffgranulat zu schaffen, welches eine dauerhafte oleophobe Ausrüstung aufweist, dergestalt, dass dieses Kunststoffgranulat als Rohmaterial zur Herstellung von Kunststoffbauteilen, Spinnvliesen etc. dienen kann, sodass die aus dem Kunststoffgranulat erzeugten Erzeugnisse ebenfalls eine dauerhafte oleophobe Eigenschaft aufweisen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren zur Herstellung eines solchen Kunststoffgranulates auf Basis eines Polymers anzugeben, mittels dessen ein Kunststoffgranulat herstellbar ist, welches eine dauerhafte oleophobe Eigenschaft aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kunststoffgranulat gemäß Anspruch 1, dessen Verwendung gemäß Anspruch 5 und das Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Besonders vorteilhaft bei dem Kunststoffgranulat, welches aus der Schmelze eines Gemisches eines Polymers mit zumindest einem Additiv als Rohmaterial erhalten wird, indem die Schmelze über Düsen zu Strängen geformt wird und nach einem Abkühlen der Stränge ein Ablängen der Stränge in einzelne Abschnitte durchgeführt wird, ist es, dass das Material des Kunststoffgranulats einen Gewichtsanteil von wenigstens 50% an Polymer und einen Gewichtsanteil von wenigstens 2% an Perfluorbutansulfonsäure (C4HF9O3S) aufweist.
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Als Polymer kann dabei insbesondere Polyolefin und/oder Polypropylen zum Einsatz kommen.
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Damit ist gemeint, dass das Granulat eine homogene Verteilung der Perfluorbutansulfonsäure in dem Material aufweist, was dadurch gewährleistet ist, dass die Perfluorbutansulfonsäure ebenso wie der Polymer in Schmelze übergeht und somit in der geschmolzenen Phase eine vollkommen homogene Verteilung der Perfluorbutansulfonsäure in dem Material herbeigeführt wird. Das Schmelzen des Rohmaterials wird in einem Extruder durchgeführt.
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Durch die Perfluorbutansulfonsäure in dem Material weisen die aus oder mit dem erfindungsgemäßen Kunststoffgranulat hergestellten Kunststoffteile, wie Kunststoffspritzgussteile, Vliese und dergleichen eine Öl-, Wasser- und Alkoholabweisende Oberfläche auf.
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Besonders vorteilhaft bei dem Einsatz von Perfluorbutansulfonsäure ist es, dass es sich dabei um relativ kurze Ketten (C4) handelt. Der große Vorteil besteht im Hinblick auf die Umweltverträglichkeit und liegt in der Halbwertzeit von ca. 1 Monat. Perfluorbutansulfonsäure geht ebenso wie der Polymer voll in Schmelze, d. h. dass eine homogene Verteilung herbeigeführt wird und die Schmelze keine Partikel enthält.
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Besonders vorteilhaft bei dem Einsatz von Perfluorbutansulfonsäure ist es, dass diese innerhalb kurzer Zeit biologisch abbaubar ist und das erfindungsgemäße Granulat sich daher für die Erzeugung verschiedenster umweltverträglicher Produkte unter Verwendung des Granulates als Rohmaterial eignet.
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Die Erzeugung des Granulates erfolgt durch Abschneiden der gekühlten Stränge, die aus der Schmelze heraus durch Düsen erzeugt werden, wobei Abschnitte von wenigen Millimetern Länge abgeschnitten werden, sodass das Granulat schüttfähig ist und insbesondere geeignet ist, in Beuteln oder Säcken konfektioniert zu werden. Kunststoffgranulat ist die typische Lieferform von thermoplastischen Kunststoffen der Rohstoffhersteller für die kunststoffverarbeitende Industrie. Es ist wegen seiner Rieselfähigkeit ein Schüttgut wie Sand und damit ebenso einfach wie dieser zu transportieren.
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Nach der Polymerisierung und der Beigabe von Perfluorbutansulfonsäure liegt der Kunststoff im Extruder zunächst als Schmelze vor. Diese wird nun über Düsen zu Strängen geformt und in Luft oder Wasser abgekühlt. Anschließend schneidet ein rotierendes Messer die Stränge in wenige Millimeter lange Abschnitte, das Granulat. Dieses lässt sich nun in Rohrleitungen transportieren oder in Säcke oder andere Gebinde verpacken.
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Besonders bevorzugt weist das Material des Kunststoffgranulats einen Gewichtsanteil von bis zu 50% an Perfluorbutansulfonsäure auf.
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Vielfach werden derartige Kunststoffgranulate auch als sogenanntes Masterbatch bezeichnet. Unter dem Begriff Masterbatch versteht man Kunststoffadditive in Form von Granulaten mit Gehalten an Additiven – in diesem Fall die Perfluorbutansulfonsäure (C4HF9O3S) –, die höher sind als in der Endanwendung. Sie werden dem natürlichen Kunststoff (Rohpolymer) zur Veränderung der Eigenschaften beigemischt und führen erfindungsgemäß zu einer oleophoben Ausrüstung des Kunststoffes. Masterbatches erhöhen dabei im Vergleich zu Pasten, Pulver oder flüssigen Zusatzstoffen die Prozesssicherheit und sind sehr gut zu verarbeiten.
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Durch Mischung des Kunststoffgranulats mit einen Gewichtsanteil von bis zu 50% an Perfluorbutansulfonsäure und weiteren Polymeren kann dann der gewünschte Anteil an Perfluorbutansulfonsäure im Material des Endproduktes und damit die gewünschte Öl-, Wasser- und Alkoholabweisende Oberfläche auf Kunststoffen erzeugt werden.
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Vorzugsweise werden dem Rohmaterial vor und/oder während des Schmelzens ein Anteil von bis zu 50% Perfluorbutansulfonsäure beigemischt. Hierdurch kann ein Gewichtsanteil von bis zu 50% an Perfluorbutansulfonsäure in dem Material des Kunststoffgranulats herbeigeführt werden, wobei dadurch, dass die Beimengung vor und/oder während des Schmelzens erfolgt, eine homogene Verteilung der Perfluorbutansulfonsäure in dem Material des Kunststoffgranulats garantiert wird.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Material des Kunststoffgranulats ein oder mehrere weitere/s Additiv/e auf. Durch die Beigabe eines weiteren Additivs oder mehrerer weiterer Additive zur Schmelze können dem Material des Kunststoffgranulats weitere vorteilhafte Eigenschaften gegeben werden.
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Besonders bevorzugt erfolgt eine Verwendung des erfindungsgemäßen Kunststoffgranulates als Material oder Materialbeigabe zur Herstellung von Kunststoffspritzgussteilen und/oder in der Extrusion und/oder in der Vliesherstellung.
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Besonders vorteilhaft ist dabei, dass das Material der Kunststoffspritzgussteile sowie bei Vliesstoffen die Fasern des Vlieses eine homogene Verteilung des oleophoben Wirkstoffes aufweisen, und hierdurch ein versehentliches Abwaschen oder Abtragen des Wirkstoffes von den Bauteiloberflächen und den Fasern vermieden wird, was bei lediglich beschichteten Bauteilen und Fasern passieren kann, verbunden mit der Folge, dass die oleophobe Wirkung entfällt.
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Bei einer Verwendung in der Extrusion kann das erfindungsgemäße Kunststoffgranulat wiederum zusammen mit weiteren Materialien wie beispielsweise reinem Polymer und/oder weiteren Additiven weiterverarbeitet werden, um Kunststoffteile, Granulate und dergleichen mit der gewünschten Zusammensetzung des Kunststoffes zur Erzielung gewünschter Materialeigenschaften herzustellen.
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Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Granulates zur Herstellung eines Spinnvlieses, wobei zur Faserherstellung das Granulat als Rohmaterial in einem Extruder erhitzt und unter hohem Druck durch eine Spinndüse gepresst wird.
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Vliesstoff oder kurz Vlies ist ein textiles Flächengebilde aus einzelnen Fasern. Im Sinne der Erfindung werden die Begriffe Feinfaserspinnvlies, Spinnvlies, Vlies oder Vliesstoff unabhängig von dem konkreten Herstellungsverfahren synonym verwendet und es sind alle nichtgewebten Stoffe umfasst, die in der englischen Sprache als sogenannte ”nonwoven” bezeichnet werden. Ein Vlies besteht aus lose zusammen liegenden Fasern, welche noch nicht miteinander verbunden sind. Die Festigkeit eines Vlieses beruht nur auf der fasereigenen Haftung, kann aber durch Aufarbeitung beeinflusst werden. Um dem Vlies besondere Festigkeitseigenschaften zu verleihen, kann es weiter verfestigt werden, wofür verschiedene Methoden angewandt werden können, insbesondere das Kalandrieren.
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Bei einem ersten bekannten Verfahren der Faserherstellung wird ein Polymer in einem Extruder erhitzt und auf einen hohen Druck gebracht. Das Polymer wird in genauer Dosierung mittels der Spinnpumpen durch eine Matrize, die so genannte Spinndüse gepresst. Das Polymer tritt aus der Düsenplatte als feiner Faden noch in geschmolzener Form aus. Durch einen Luftstrom wird es abgekühlt und noch aus der Schmelze gestreckt. Der Luftstrom befördert die Fäden auf ein Förderband das als Sieb ausgebildet ist. Durch eine Absaugung unter dem Siebband werden die Fäden fixiert. Dieses Faden- bzw. Fasergelege ist ein Wirrlagen-Vlies, das verfestigt werden muss. Die Verfestigung kann durch zwei beheizte Kalanderwalzen durch das sogenannte Kalandrieren oder durch einen Dampfstrom erfolgen.
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Bei dem sogenannten Meltblown-Verfahren wird zur Faserherstellung ebenfalls ein Polymer in einem Extruder erhitzt und auf einen hohen Druck gebracht. Das Polymer wird in genauer Dosierung mittels der Spinnpumpen durch eine Matrize, die so genannte Spinndüse gepresst. Nach dem Austritt durch die Düsenspitze wird das Polymer durch komprimierte Prozess-Heißluft gestreckt, d. h. mittels eines Hochgeschwindigkeitsheißluftstromes gestreckt. Das entstehende Mikrofaservlies wird auf einem luftdurchlässigen Siebband abgelegt. Zur Herstellung von Laminaten kann die Meltblown-Anlage um eine Abrollstation vor und hinter der Düse erweitert sein. Ein Kalander verbindet die zugeführten Materialien. So werden ein-, zwei- und mehrlagige Stoffe produziert.
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Im Sinne der Erfindung werden die Begriffe Feinfaserspinnvlies, Spinnvlies, Vlies oder Vliesstoff unabhängig von dem konkreten Herstellungsverfahren oder der Weiterverarbeitung der Fasern synonym verwendet und es sind alle nichtgewebten Stoffe umfasst, die in der englischen Sprache als sogenannte ”Nonwoven” bezeichnet werden, insbesondere sind alle durch Schmelzspinnen hergestellten Fasern und hieraus erzeugte nichtgewebte Stoffe umfasst.
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Vorzugsweise erfolgt nach dem Extrudieren im Extruder und dem Spinnen der Fasern eine Verfestigung der Fasern durch Kalandrieren zwischen zwei Kalanderwalzen. Dabei sind die Kalanderwalzen beheizt und die Fasern werden angeschmolzen, so dass das Feinfaserspinnvlies verfestigt wird und die gewünschten mechanischen Eigenschaften aufweist. Bei der Verfestigung durch einen Kalander ist meist eine der beiden Walzen mit einer Gravur versehen. An den Kontaktpunkten verschmelzen die Fasern und bilden somit einen festen Vliesstoff, der die gewünschten mechanischen Eigenschaften aufweist und dazu führt, dass der Vliesstoff für eine Vielzahl von Verwendungen, wie beispielsweise als Filtermaterial geeignet ist.
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Besonders vorteilhaft bei dem Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffgranulates auf Basis eines Polymers, wobei zur Herstellung des Kunststoffgranulates der Polymer gemeinsam mit zumindest einem Additiv als Rohmaterial geschmolzen und durch eine oder mehrere Düsen zu Strängen geformt wird, wobei die Stränge nach einem Abkühlen der Stränge in Abschnitte abgelängt werden, ist es, dass das Rohmaterial aus Polymer und einem Additiv gebildet ist und dem Polymer vor und/oder während des Schmelzens ein Anteil von bis zu 50% Perfluorbutansulfonsäure (C4HF9O3S) als Additiv beigemischt wird.
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Dabei wird das Schmelzen des Rohmaterials vorzugsweise in einem Schneckenextruder durchgeführt. Die Stränge werden in Abschnitte von wenigen Millimetern, insbesondere weniger als 5 mm abgelängt, sodass das erzeugte Granulat als Schüttgut weiterverarbeitbar und transportierbar ist.
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Besonders bevorzugt werden dem Rohmaterial vor und/oder während des Schmelzens ein oder mehrere weitere/s Additiv/e beigegeben, sodass weitere gewünschte Materialeigenschaften herbeigeführt werden können.
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Als Polymer kann dabei insbesondere Polyolefin und/oder Polypropylen zum Einsatz kommen.
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Ausführungsbeispiele
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Beispiel 1:
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Bei einem ersten Ausführungsbeispiel wurden einem Extruder Polypropylen und Perfluorbutansulfonsäure (C4HF9O3S) als Rohmaterial im Verhältnis 2 zu 1 zugeführt und vollständig geschmolzen. Die Schmelze wurde über Düsen zum Strängen von ca. 3 mm Durchmesser geformt und in Luft abgekühlt. Die Stränge wurden sodann mittels eines Messer auf Abschnitte von unter 3 mm Länge zerteilt. Das so erzeugte Kunststoffgranulat wies einen Anteil von 2/3 an Polypropylen und von 1/3 an Perfluorbutansulfonsäure auf.
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Beispiel 2:
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Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel wurden einem Extruder Polypropylen und Perfluorbutansulfonsäure (C4HF9O3S) als Rohmaterial im Verhältnis 1 zu 1 zugeführt und vollständig geschmolzen. Die Schmelze wurde über Düsen zum Strängen von ca. 3 mm Durchmesser geformt und in Luft abgekühlt. Die Stränge wurden sodann mittels eines Messer auf Abschnitte von unter 3 mm Länge zerteilt. Das so erzeugte Kunststoffgranulat wies einen Anteil von 50% an Polypropylen und von 50% an Perfluorbutansulfonsäure auf.
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Beispiel 3:
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Bei einem dritten Ausführungsbeispiel wurden einem Extruder Polypropylen und Perfluorbutansulfonsäure (C4HF9O3S) als Rohmaterial im Verhältnis 3 zu 2 zugeführt und vollständig geschmolzen. Die Schmelze wurde über Düsen zum Strängen von ca. 3 mm Durchmesser geformt und in Luft abgekühlt. Die Stränge wurden sodann mittels eines Messer auf Abschnitte von unter 3 mm Länge zerteilt. Das so erzeugte Kunststoffgranulat wies einen Anteil von 60% an Polypropylen und von 40% an Perfluorbutansulfonsäure auf.
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Beispiel 4:
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Bei einem vierten Ausführungsbeispiel wurden einem Extruder Polypropylen und Perfluorbutansulfonsäure (C4HF9O3S) als Rohmaterial im Verhältnis 7 zu 3 zugeführt und vollständig geschmolzen. Die Schmelze wurde über Düsen zum Strängen von ca. 3 mm Durchmesser geformt und in Luft abgekühlt. Die Stränge wurden sodann mittels eines Messer auf Abschnitte von unter 3 mm Länge zerteilt. Das so erzeugte Kunststoffgranulat wies einen Anteil von 70% an Polypropylen und von 30% an Perfluorbutansulfonsäure auf.
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Beispiel 5:
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Bei einem fünften Ausführungsbeispiel wurden einem Extruder Polypropylen und Perfluorbutansulfonsäure (C4HF9O3S) als Rohmaterial im Verhältnis 4 zu 1 zugeführt und vollständig geschmolzen. Die Schmelze wurde über Düsen zum Strängen von ca. 3 mm Durchmesser geformt und in Luft abgekühlt. Die Stränge wurden sodann mittels eines Messer auf Abschnitte von unter 3 mm Länge zerteilt. Das so erzeugte Kunststoffgranulat wies einen Anteil von 80% an Polypropylen und von 20% an Perfluorbutansulfonsäure auf.
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Beispiel 6:
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Bei einem sechsten Ausführungsbeispiel wurden einem Extruder Polypropylen und Perfluorbutansulfonsäure (C4HF9O3S) als Rohmaterial im Verhältnis 9 zu 1 zugeführt und vollständig geschmolzen. Die Schmelze wurde über Düsen zum Strängen von ca. 3 mm Durchmesser geformt und in Luft abgekühlt. Die Stränge wurden sodann mittels eines Messer auf Abschnitte von unter 3 mm Länge zerteilt. Das so erzeugte Kunststoffgranulat wies einen Anteil von 90% an Polypropylen und von 10% an Perfluorbutansulfonsäure auf.
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Beispiel 7:
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Bei einem siebten Ausführungsbeispiel wurden einem Extruder Polypropylen und Perfluorbutansulfonsäure (C4HF9O3S) als Rohmaterial im Verhältnis 95 zu 5 zugeführt und vollständig geschmolzen. Die Schmelze wurde über Düsen zum Strängen von ca. 3 mm Durchmesser geformt und in Luft abgekühlt. Die Stränge wurden sodann mittels eines Messer auf Abschnitte von unter 3 mm Länge zerteilt. Das so erzeugte Kunststoffgranulat wies einen Anteil von 95% an Polypropylen und von 5% an Perfluorbutansulfonsäure auf.
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Beispiel 8:
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Bei einem achten Ausführungsbeispiel wurden einem Extruder Polypropylen und Perfluorbutansulfonsäure (C4HF9O3S) als Rohmaterial im Verhältnis 98 zu 2 zugeführt und vollständig geschmolzen. Die Schmelze wurde über Düsen zum Strängen von ca. 3 mm Durchmesser geformt und in Luft abgekühlt. Die Stränge wurden sodann mittels eines Messer auf Abschnitte von unter 3 mm Länge zerteilt. Das so erzeugte Kunststoffgranulat wies einen Anteil von 98% an Polypropylen und von 2% an Perfluorbutansulfonsäure auf.
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Bei allen Ausführungsbeispielen ließen sich die hergestellten Kunststoffgranulate ohne Probleme weiterverarbeiten und zeigten sich als Material oder Materialbeigabe zur Herstellung von Kunststoffspritzgussteilen und/oder in der Extrusion und/oder in der Vliesherstellung geeignet.