DE102022127317A1 - Polyurethan, Walzenbezug und Herstellungsverfahren - Google Patents
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Abstract
Polyurethan zur Herstellung von Walzenbezügen, wobei bei der Umsetzung ein Vernetzer auf Peroxid-Basis zugegeben wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein peroxidisch vernetztes Polyurethan zur Verwendung in einem Walzenbezug, einen Walzenbezug, der ein solches Polyurethan umfasst, sowie ein Herstellungsverfahren für ein Polyurethan sowie einen solchen Walzenbezug.
- Derartige Walzenbezüge können beispielsweise bei Walzen für Maschinen zur Herstellung oder Verarbeitung von Faserstoffbahnen verwendet werden.
- Industriewalzen, insbesondere für Walzen in einer Anlage zur Herstellung oder Verarbeitung einer Papierbahn oder einer anderen Faserstoffbahn, bestehen häufig aus einem ganz oder weitgehend zylindrischen Walzenkern, der meist metallisch ausgeführt ist. Auf diesen Walzenkern wird dann ein ein- oder mehrlagiger Walzenbezug aufgebracht. Dieser Walzenbezug kann aus einem oder mehreren Polymeren bestehen. Durch geeigneten Wahl von Aufbau, Zusammensetzung und Herstellungsverfahren dieser Bezüge lassen sich die Eigenschaften der Walze für den vorgesehenen Anwendungsfall anpassen und optimieren.
- Für die Herstellung dieser Walzenbezüge finden häufig Polyurethane (PU) Verwendung. Dabei können PU-Walzen mit sehr verschiedenen Härten hergestellt werden, von harten Walzen (0 P&J) bis hin zu sehr weichen Walzen mit 100 P&J oder weicher.
- Üblicherweise werden PU-Bezüge mittels eines Gießverfahrens hergestellt. Dabei ist bekannt, dass über das Gießverfahren hergestellte Polyurethanbezüge generell hervorragende mechanische Eigenschaften haben und eine sehr gute Hydrolysestabilität aufweisen.
- Insbesondere bei vergleichsweise weichen Bezügen im Bereich von > 40 P&J (Pusey & Jones) und ganz besonders im Bereich über 60 P&J findet jedoch ein deutlicher Abfall dieser hervorragenden Eigenschaften statt.
- Des Weiteren sind diese Bezüge nur schwierig mit sogenannten funktionellen Füllstoffen auszustatten. Daher ist eine optimale Anpassung der Eigenschaften des Walzenbezugs nicht immer gewährleistet.
- Daher wird in der
DE 101 51 485 vorgeschlagen, das Gießverfahren zu vermeiden, und Walzenbezüge aus Polyurethan in einem Extrusionsverfahren oder mittels kalandrierter Platten herzustellen. Bezüglich der optimalen Ausgestaltung der verwendeten Polyurethane gibt dieDE 101 51 485 dem Fachmann allerdings nur vage Hinweise. - Generell ist bekannt, beispielsweise aus der
US 6,008,312 , dass es neben Gießpolyurethanen auch noch Thermoplastische Polyurethane sowie sogenannte „Millable“ Polyurethane gibt. - Diese Millable PUs sind für die in der
DE 101 51 485 beschriebenen Verfahren vorteilhaft, da sie mit herkömmlichen Walzen, Pressen oder anderen Geräten, die aus der Gummiverarbeitung bekannt sind, verarbeitet, und insbesondere auch im Extrusionsverfahren aufgetragen werden können. - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Lehre der
DE 101 51 485 weiterzuentwickeln. Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, einen Werkstoff für einen Walzenbezug mit guten mechanischen Eigenschaften guter Härtestabilität und/oder guter Gleichgewichtsrauigkeit vorzuschlagen. - Mit Härtestabilität soll dabei unter anderem bezeichnet werden, dass sich die Härte des Polyurethans, und dadurch insbesondere die Härte des Walzenbezugs, im Betrieb der Walze nicht, oder nur in geringem Maße verändert. Dies ist wünschenswert, da die Härte der Walzen in der Regel auf ihre jeweilige Einsatzposition hin ausgewählt bzw. optimiert werden.
- In vielen Bereichen hat es sich als sinnvoll herausgestellt, dass ein Walzenbezug als ,härtestabil' bezeichnet wird, wenn sich über die Betriebsdauer der Walze deren Härte (gemessen in Pusey & Jones (P&J)) um maximal 10% ändert.
- Eine härtestabile Walze, die beim Einbau eine Härte von 50 P&J aufweist, hat nach dieser Definition am Ende ihrer Betriebszeit eine Härte zwischen 45 und 55 P&J.
- Der Walzenbezug soll dabei auch eine reduzierte Markierungsneigung aufweisen. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Klasse von Polyurethanen vorzuschlagen, die auf Maschinen wie sie in der Gummiindustrie üblich sind verarbeitet werden kann (Kneter, Walzwerk, Strainer, Extruder,...).
- Die Herstellung eines Walzenbezuges kann aus walzbaren Polyurethan („millable PU“) im Extrusionsverfahren erfolgen, wobei die Viskosität des walzbaren Polyurethan so eingestellt werden kann, dass es aufgrund der hervorragenden Fließeigenschaften des walzbaren Polyurethans zu keinen störenden streifenförmigen Markierungen kommt, wie im
DE 101 51 485 A1 [0015] beschrieben. - Desweiteren kann durch die geeignete Wahl des Stabilisatorsystems und des Vernetzungsystems eine hervorragende Härtestabilität erzielt werden. Eine Härtestabilität über die Laufzeit ist eine der Hauptanforderungen, neben der Abriebsbeständigkeit, von Walzenbezügen in der Papierindustrie.
- Polyurethane (PU, DIN-Kurzzeichen: PUR) sind Kunststoffe oder Kunstharze, welche aus der Polyadditionsreaktion von Diolen beziehungsweise Polyolen mit Polyisocyanaten entstehen. Charakteristisch für Polyurethane ist die Urethan-Gruppe.
- NH - CO - O- - Es kann vorgesehen sein, dass bei der der Umsetzung ein zumindest ein Diisocyanat zugegeben wird. Das Diisocyanat kann ausgewählt sein aus der Gruppe der Methylendiphenylisocyanate (MDI), Naphthylen-1,5-diisocyanate (NDI), Isophorondiisocyanate (IPDI), Toluol-2,4-diisocyanate (TDI) oder H12MDI.
- Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass bei der Umsetzung Allylgruppen zugegeben werden, insbesondere in Form von Glyceryl-alpha-allylether oder Trimethylolpropanmonoallylether.
- Es hat sich gezeigt, dass mit einer peroxidischen Vernetzung eine deutliche bessere Härtestabilität erreicht werden kann als beispielsweise eine Schwefelvernetzung. Jedoch wird die peroxidische Vernetzung durch die Zugabe von üblichen Alterungsschutzmitteln negativ beeinflusst.
- Überraschenderweise haben die Erfinder gefunden, dass eine Mischung aus 4,6-Bis(octylthiomethyl)-o-cresol (Irganox 1520L) und 4,4'-bis(phenylisopropyl)diphenylamine (Naugard 445) eine geringe Beeinflussung der peroxidischen Vernetzung hervorruft und dennoch ihre Wirkung, insbesondere als Alaterungsschutzmittel behalten, auch unter den Bedingungen wie sie in einer Papiermaschine vorliegen, gegeben sind.
- Versuche zur Dosierung haben ergeben, dass 4,4'-bis(phenylisopropyl)diphenylamine (Naugard 445) in einer üblichen Dosierung zugegeben werden kann, beispielsweise 0,5 gew% bezogen aufs Polymer. Auch der Bereich von beispielsweise 0.4gew% bis 0.6 gew% kann möglich sein.
- Bei 4,6-Bis(octylthiomethyl)-o-cresol (Irganox 1520 L) hat es sich jedoch gezeigt, dass die üblicherweise für diesen Stabilisator verwendete, und auch vom Hersteller empfohlene Dosierung von 0.3 gew% häufig zu niedrig ist. Ein deutlich höherer Anteil von Irganox 1520L zwischen 0.8 gew% und 1.2 gew%, insbesondere von 1 gew% bezogen aufs Polymer, führt zu merklich verbesserenten Eigenschaften des Walzenbezugs, insbesondere zu einer besseren Härtestabilität.
- Weiterhin hat es sich die Zugabe von feinteiligen Polymeren als Füllstoff als vorteilhaft erweisen. Dadurch können beispielsweise die mechanischen Werte und Abriebsbeständigkeit nochmals verbessert werden.
- Auch die Zugabe von HD-Polyethylen Pulver (mit Partikelgrößen im Bereich von 0-80 µm), hat sich als vorteilhaft erwiesen.
- Bei dem HD-Polyethylen Pulver kann z.B. durch eine Plasmabehandlung die Verträglichkeit mit der Polymermatrix verbessert werden. Insbesondere kann eine deutlich verbesserte Dispergierung und Anbindung an das Matrixmaterial (das Polyurethan) erreicht werden.
- Anwendungsfelder für Walzenbezüge, die ein walzbares Polyurethan nach einem der beschriebenen Aspekte umfassen oder daraus bestehen, gibt es viele.
Im Bereich der Papiermaschine sind beispielhaft zu nennen - • „Coater Backing Rolls“. Diese Walzen in Streichwerken weisen üblicherweise eine Härte zwischen 40 - 70 P&J (Pusey&Jones) auf
- • Walzen für Filmpressen. In diesen Auftragswerken, die in der Regel für den Auftrag von Stärke auf die Papierbahn verwendet werden, weisen die Walzenbezüge meist eine Härte zwischen 10 - 75 P&J auf.
- • Lump-Breaker. Dies sind Walzen, die meist sehr weiche Walzenbezüge aufweisen. Hier sind Härten von 50 P&J bis zu 100 P&J möglich.
- Allgemein können mit einem walzbaren Polyurethan nach einem der beschriebenen Aspekte Walzenbezüge in einem Härtebereich zwischen 10 P&J und 150 P&J hergestellt werden.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10151485 [0008, 0010, 0011]
- US 6008312 [0009]
- DE 10151485 A1 [0016]
Claims (8)
- Polyurethan zur Herstellung von Walzenbezügen, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Umsetzung ein Vernetzer auf Peroxid-Basis zugegeben wird.
- Polyurethan nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei der Umsetzung Allylgruppen zugegeben werden, insbesondere in Form von Glyceryl-alpha-allylether oder Trimethylolpropanmonoallylether, - Polyurethan nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Umsetzung sowohl 4,6-Bis(octylthiomethyl)-o-cresol als auch 4,4'- bis(phenylisopropyl)diphenylamine zugegeben werden.
- Polyurethan nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die zugegebene Menge an 4,4'-bis(phenylisopropyl)diphenylamine zwischen 0.4gew% und 0.6 gew% liegt. - Polyurethan nach einem der
Ansprüche 3 oder4 , dadurch gekennzeichnet, dass die zugegebene Menge an 4,6-Bis(octylthiomethyl)-o-cresol zwischen 0.8 gew% und 1.2 gew% liegt. - Walzenbezug für eine Walze insbesondere zur Verwendung in einer Anlage zur Herstellung oder Verarbeitung einer Faserstoffbahn, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenbezug ganz oder teilweise aus einem Polyurethan gemäß einem der vorherigen Ansprüche aufgebaut ist.
- Beschichtungsvorrichtung, insbesondere Filmpresse für eine Maschine zur Herstellung oder Verarbeitung einer Faserstoffbahn, umfassend eine erste und eine zweite Walze, welche so angeordnet sind, dass sie einen Behandlungsnip für die Faserstoffbahn bilden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Walze, insbesondere beide Walzen einen Walzenbezug aufweisen, der gemäß
Anspruch 6 ausgeführt ist. - Beschichtungsvorrichtung gemäß
Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenbezug der ersten Walze und/oder der zweiten Walze eine Härte zwischen 10 P&J und 75 P&J aufweist.
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