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Die Erfindung betrifft mikrogranuliertes Polypropylen für das Rotationsformen, dessen Verwendung und Herstellung sowie daraus hergestellte Erzeugnisse.
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Bislang wurde Polypropylen auch wegen der bislang sehr hohen Herstellungskosten von Pulver beim Rotationsformen so gut wie nicht eingesetzt. Bekannt sind Verfahren mit unter flüssigem Stickstoff zu Pulver vermahlenem Granulat aus Polypropylen. Dies hat einmal den Nachteil, dass oft Fehlstellen (sog. Voids) im Werkzeug entstehen, da durch die unregelmäßige Teilchenform enge Hohlformen der Rotationsform durch das Pulver nicht verfüllt werden und sich Brücken bilden. Weiterhin hat dies Verfahren den Nachteil, dass die Vermahlung unter flüssigem Stickstoff sehr aufwändig und damit kostenintensiv ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist also eine Form von Polypropylen als Rohstoff zur Verfügung zu stellen, mit der Polypropylen ohne die bislang bekannten Nachteile beim Rotationsformen eingesetzt werden kann.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird in einer ersten Ausführungsform gelöst durch Polypropylen für das Rotationsformen, dadurch gekennzeichnet, dass es als Mikrogranulat vorliegt beziehungsweise ein Mikrogranulat ist.
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Bislang gab es das Vorurteil, dass Polypropylen aufgrund komplizierter Temperaturführung bei der Herstellung nicht zu Mikrogranulat verarbeitet werden kann. Man hat es bislang unter flüssigem Stickstoff vermahlen. Mit einem bislang für Polypropylen unüblichen Granulierverfahren ist es dem Erfinder aber vorliegend gelungen ein rotationsfähiges Mikrogranulat herzustellen. Polypropylen hat den Vorteil gegenüber beispielsweise Polyethylen, dass es resistenter gegenüber Säuren, Öl, Laugen, Fetten und Dieselkraftstoff ist, dass es steifer ist, dass es eine geringere Dichte hat und dass es leichter modifizierbar ist, beispielsweise um es galvanisierbar oder lackierbar zu machen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Polypropylen liegt das Aspektverhältnis des größten Durchmessers und des kleinsten Durchmessers eines einzelnen Korns vorteilhafterweise bei mindestens 50% der Körner in einem Bereich von 2,5:1 bis 1,1:1, insbesondere in einem Bereich von 2:1 bis 1,2:1. Liegt das Aspektverhältnis darüber, so können sich die einzelnen Körner miteinander leichter verhaken und auch sonst leichter mechanisch wechselwirken, so dass das Granulat nicht mehr so fließfähig ist und gerade komplexere Werkzeuge zum Rotationsformen nicht vollständig ausgefüllt werden. Liegt das Aspektverhältnis darunter, so sind die Körner zu kugelförmig und „rollen weg“.
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Vorzugsweise liegt die mittlere Korngröße des erfindungsgemäßen Mikrogranulats in einem Bereich von 100 bis 750 µm, insbesondere in einem Bereich von 200 bis 550 µm. Mit mittlerer Korngröße ist der Median der Korngröße über alle Körner, gemessen mit einem Lichtmikroskop, gemeint. Liegt die Korngröße oberhalb dieses Bereiches, so kann dies zu einer rauen Innenoberfläche des rotationsgeformten Erzeugnisses führen, an der dann leichter beispielsweise Dreck anhaftet.
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Vorzugsweise sind wenigstens 50%, insbesondere wenigstens 95%, ganz besonders bevorzugt alle der Körner linsenförmig. Sind die Körner zu rund, dann hat dies den Nachteil, dass aufgrund der geringeren Kontaktfläche eine höhere Energie zum Aufschmelzen benötigt wird. Sind die Körner linsenförmig, so ist weiterhin eine hervorragende Fließfähigkeit des Granulats auch in sehr komplexe Geometrien von Rotationsformen gegeben und das Granulat lässt sich dennoch mit wenig Energieaufwand aufschmelzen.
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Die Korngrößenverteilung des erfindungsgemäßen Mikrogranulats ist vorteilhafterweise so eingestellt, dass bei weniger als 5% der Körner der Korndurchmesser mehr als 100 µm vom Median der Korngrößen abweicht. Insbesondere weichen weniger als 5% der Körner mehr als 30 µm vom Median der Korngrößen ab. Dadurch kann der sogenannte „Paranuss-Effekt“ vermieden werden, bei dem sich in einem Behälter die besonders großen Körner oben anlagern und die kleinen Körner unten anlagern. Es wurde herausgefunden, dass mit einer solch engen Korngrößenverteilung wesentlich homogenere Innenoberflächen beim Rotationsformen erzielt werden können.
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Die Rundheit der Körner ist vorteilhafterweise nach DIN EN ISO 14688 ausgewählt aus kantengerundet, angerundet, gerundet, gut gerundet. Besonders bevorzugt sind die Körner gerundet oder gut gerundet. Unabhängig davon sind die Körner besonders bevorzugt nicht kantig oder sogar scharfkantig. Dadurch ist das Granulat besonders fließfähig und kann auch in sehr komplexen Formen für das Rotationsformen eingesetzt werden.
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Die Oberflächenstruktur der Körner ist nach DIN EN ISO14688 vorzugsweise glatt. Dadurch ist das Granulat besonders fließfähig und kann auch in sehr komplexen Formen für das Rotationsformen eingesetzt werden.
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Die Körner des erfindungsgemäßen Mikrogranulats sind vorzugsweise nicht strangförmig. Bislang ist dies die übliche Form, wenn ein Strang aus den Austrittsöffnungen einer Granulierscheibe heraustritt und mit Messern abgeschnitten wird. Diese Form hat aber den entscheidenden Nachteil, dass die Körner sich untereinander verhaken können und die Fließfähigkeit des Granulats abnimmt. Komplexe Formen können beim Rotationsformen mit solchem Granulat nicht eingesetzt werden.
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Das erfindungsgemäße Polypropylen kann vorzugsweise Antioxidantien enthalten. Diese sind besonders bevorzugt in einer Menge in einem Bereich von 800 und 1600 ppm enthalten. Diese sind beispielsweise ausgewählt aus gehinderten Phenolen, sekundären Arylaminen, Phosphorzusammensetzungen, Thioestern, Hydroxylaminen und Mischungen derselben.
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Das erfindungsgemäße Polypropylen kann vorzugsweise Entformunghilfe, insbesondere Calciumstearat, Amidwachse, Pentaerythrittetrastearat oder Mischungen derselben enthalten. Diese ist besonders bevorzugt in einer Menge in einem Bereich von 600 bis 1000 ppm enthalten.
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Das erfindungsgemäße Polypropylen kann vorzugsweise UV-Stabilisator enthalten. Dieser ist besonders bevorzugt in einer Menge in einem Bereich von 600 bis 1000 ppm enthalten. Der UV-Stabilisator kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe Benzphenone, Benzotriazole, „HALS" („Sterically Hindered Amines Light Stabilizers") und Mischungen derselben.
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Das erfindungsgemäße Polypropylen kann vorzugsweise andere Polyolefine, insbesondere Polyethylen enthalten. Diese sind besonders bevorzugt in einer Menge in einem Bereich von 0,5 bis 0,9, insbesondere in einem Bereich von 0,6 bis 0,8 Gew.% enthalten.
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Das erfindungsgemäße Polyropylen kann selbst mit Co-Monomeren polymerisiert sein. Insbesondere können dies Ethen, Buten, Hexen und/oder Octen sein. Die Co-Monomere können in einem Anteil in einem Bereich von 300 bis 1200 ppm enthalten sein. Dadurch kann die Kerbschlagzähigkeit erhöht werden.
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Das erfindungsgemäße Polypropylen kann auch als Elastomer vorliegen. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Polypropylen Weichmacher enthalten.
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Der Schmelzpunkt nach DIN EN ISO 3146 des erfindungsgemäßen Polypropylens liegt vorzugsweise in einem Bereich von 160 bis 170 °C.
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Der Vicat-Erweichungspunkt nach DIN EN ISO 306 des erfindungsgemäßen Polypropylens liegt vorzugweise in einem Bereich von 135 bis 145 °C bei 50N und 50°C pro Stunde.
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Der Schmelzflussindex MFI x des erfindungsgemäßen Polypropylens liegt vorzugweise in einem Bereich von 7 g/10 min. bis 18 g/10 Min. bei 230 °C/ 2,16 kg, insbesondere bei wenigstens 8/10 min. bei 230 °C/2,16 kg. Der Schmelzflussindex kann nach DIN EN ISO 1133 gemessen werden. Bei diesem Schmelzflussindex können besonders leicht besonders runde Körner nach Austritt aus der Granulierscheibe entstehen.
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Die Dichte des erfindungsgemäßen Polypropylens liegt beispielsweise in einem Bereich von 0,800 bis 0,910 g/cm3.
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Das E-Modul des erfindungsgemäßen Polypropylens liegt vorteilafterweise in einem Bereich von 1200 bis 1600 N/mm2. Dadurch kann die Wandstärke des rotationsgeformten Erzeugnisses gegenüber der bereits bekannten Technologie fast um die Hälfte verringert werden.
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Das mittlere Korngewicht liegt vorzugsweise im Median in einem Bereich von 0,1 bis 0,3 mg/Korn.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe gelöst durch die Verwendung von erfindungsgemäßem Polypropylen zum Rotationsformen.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von erfindungsgemäßem Polypropylen, dadurch gekennzeichnet, dass man das Polypropylen für das Rotationsformen mittels eines Extruders mit Granulierwerkzeug zu Granulat verarbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnungen in der Granulierplatte des Granulierwerkzeugs gleichmäßig beheizt sind.
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Vorzugsweise sind die Durchtrittsöffnungen mittels einer Ölheizung beheizt. Insbesondere umschließt die Ölheizung die Austrittsöffnungen vollständig.
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Die Austrittsöffnungen sind vorzugsweise als Nester ausgestaltet beziehungsweise gruppiert. Nester im Sinne der Erfindung meint insbesondere, dass die Austrittsöffnungen in Gruppen von 20 bis 100 Austrittsöffnungen gruppiert sein können. In diesen Gruppierungen sind die Austrittsöffnungen vorzugsweise gleichmäßig angeordnet. Die Gruppierungen können eine runde Form haben.
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Vorzugsweise ist beim erfindungsgemäßen Verfahren – sofern eingesetzt – die Pumpe, die Granulierplatte und der Extruder temperiert.
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Vorteilhafterweise wird die Temperatur beispielsweise mit einer Wasserkühlung oder beispielsweise zusätzlich zur Ölheizung so konstant gehalten, dass die Temperatur innerhalb von 1 h an temperierten Komponenten nicht mehr als 2 °C schwankt.
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Die Temperatur der Schmelzemasse im Extruder wird vorteilhafterweise auf bis zu 240 bis 270 °C eingestellt. Die Verweilzeit im Extruder liegt vorzugsweise in einem Bereich von 2 bis 6 Sekunden.
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Die Temperatur der Granulierplatte wird vorteilhafterweise auf eine Temperatur in einem Bereich von 290 bis 320 °C eingestellt.
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Die Schmelzetemperatur wird vorteilhafterweise maximal auf eine Temperatur in einem Bereich von 230 bis 260 °C eingestellt.
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Die Prozesswassertemperatur wird vorteilhafterweise auf eine Temperatur in einem Bereich von 38 bis 45 °C eingestellt.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe gelöst durch ein Erzeugnis aus rotationsgeformtem Polypropylen, insbesondere ein Abwasserschacht, Peeling für Kosmetikindustrie, Strahlgut für die Reinigung von Edelmetall, Gehäuse für Ventilatoren.
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Vorzugsweise handelt es sich um erfindungsgemäßes Polypropylen.
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Unabhängig davon wird das Polypropylen vorzugsweise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt.
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Ausführungsbeispiel
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Handelsübliches Polypropylengranulat wurde über übliche Dosiervorrichtungen einer Mischschnecke zugeführt. Diese Mischschnecke hatte über die Länge der Schnecke mehrere Einlassöffnungen, über die eine Batchzusammensetzung zugeführt wurde, so dass die gemischte Zusammensetzung 1 Gew.% dieser Batchzusammensetzung aufwies. Die Batchzusammensetzung enthielt 12,5 Gew.% übliche Antioxidantien, 7 Gew.% übliche UV-Stabilisatoren, 7 Gew.% Calciumstearat und im Übrigen Polyethylen. Anschließend wurde die Zusammensetzung in einen Extruder eingebracht. Das Extrudat wurde anschließend mit einer Bolzenfilteranlage gefiltert und mit Hilfe einer Schmelzepumpe durch eine Granulierplatte gedrückt. Bei dem Granuliersystem handelte es sich um ein modifiziertes Unterwasser-Granuliersystem der Firma BKG. Das Prozesswasser wurde auf 40 °C temperiert. Der Prozesswasserdurchfluss wurde auf 30 m3/h eingestellt. Die Granulierplatte wies 72 sogenannte Nester auf, die im Prinzip runde Anordnungen von jeweils 31 Löchern im selben Abstand zueinander waren. Diese Löcher hatten einen Durchmesser von jeweils 0,5 mm. Die Nester befanden sich in gleichen Abständen zueinander und waren jeweils vollständig von einer Ölheizung umgeben. Die Temperatur der Nester in der Granulierplatte wurde auf 328 °C eingestellt. Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Messerkopfes wurde auf 3600 U/min. eingestellt. Die Temperatur der Schmelze wurde vor Eintritt in die Granulierplatte auf 320 °C eingestellt. Der Massedruck vor der Granulierplatte wurde auf 131 bar eingestellt. Anschließend wurde das erhaltene Mikrogranulat bis zu einem Restwassergehalt von 1 Gew.% getrocknet und separiert, um die Agglomerate abzutrennen. Es wurde ein linsenförmiges Polypropylen-Mikrogranulat erhalten, das eine gut abgerundete und glatte Oberfläche ohne Kanten aufwies. Der Durchmesser der Körner betrug im Median 500 µm, wobei weniger als 5% der Körner mehr als 30 µm von diesem Median abwichen. Die Körner waren linsenförmig, wobei die Höhe der Körner im Median 380 µm betrug. Die Körner hatten ein Gewicht von 0,2 mg.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN ISO 14688 [0010]
- DIN EN ISO14688 [0011]
- DIN EN ISO 3146 [0019]
- DIN EN ISO 306 [0020]
- DIN EN ISO 1133 [0021]