DE1241981B

DE1241981B - Pressmassen aus Mischungen von thermoplastischen Kunststoffen und Holzmehl

Info

Publication number: DE1241981B
Application number: DE1965R0039903
Authority: DE
Inventors: Dr Sc Nat Ewald Dietzel
Original assignee: Ruhrchemie AG; Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH; Ruhrchemie AG
Priority date: 1965-02-13
Filing date: 1965-02-13
Publication date: 1967-06-08

Description

Preßmassen aus Mischungen von thermoplastischen Kunststoffen und Holzmehl Die Herstellung von Preßmassen aus Duroplasten und Holzmehl liefert Formkörper, die vielseitige Anwendung finden. Die Schlagzähigkeit dieser Massen ist jedoch für viele Einsatzgebiete unbefriedigend.
Es ist weiterhin bekannt, thermoplastische Kunststoffe mit Holzmehl oder Holzspänen zu verbinden.
Es ist aber bisher nicht gelungen, diese Produkte wirtschaftlich befriedigend herzustellen. Es wurde nämlich festgestellt, daß die im Holzmehl enthaltenen Wachse und Harze fast immer unverträglich mit thermoplastischen Kunststoffen sind.
Holzmehl, das als Füllstoff in plastischen Materialien eingelagert werden soll, wurde deshalb bisher mit geeigneten Lösungsmitteln behandelt, um diese Beimischungen daraus zu entfernen. Es ist weiterhin ein Verfahren bekannt, nach dem aus bekannten Cellulosefullstoffen alle Verunreinigungen, die in den amorphen Regionen dieser Stoffe vorhanden sind, durch eine hydrolysierende Saure herausgelöst und dadurch auf ein Minimum reduziert wurden. Die hierbei erhaltenen Cellulosematerialien bestanden zu wenigstens 95 °/0 aus Glukosematerial. Unbehandeltes Holzmehl konnte nur neben diesen sehr reinen Cellulosematerialien als Füllstoff für Kunststoff eingesetzt werden.
Es war das Ziel der Erfindung, ohne Vorbehandlung des Holzmehls und ohne Zusatz weiterer Stoffe Massen aus Holzmehl und Polyäthylen zu erhalten, die sich auf bekannten Kunststoff-Verarbeitungsmaschinen plastïfizieren lassen und Erzeugnisse liefern, deren Schlagzähigkeit weit besser ist als die von Produkten aus bisher gebräuchlichen Preßmassen, z. B. Phenolharzpreßmassen.
Gegenstand der Erfindung sind somit Preßmassen in Pulver-oder Granulatform aus Mischungen von thermoplastischen Kunststoffen und Holzmehl zur Herstellung von Profilkörpern, die a) ein Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von 300 000 bis 2 000 000, gegebenenfalls im Gemisch mit 10 bis 40 Gewichtsprozent eines Polyäthylens mit einem Molekulargewicht von höchstens 100 000, und b) bis 80 Gewichtsprozent an Holzmehl mit einem Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 1°/o enthalten.
Die Molekulargewichte der zum Einsatz kommenden hochmolekularen Polyäthylene wurden viskosimetrisch festgestellt. Dem Polyäthylen werden Stabilisatoren, Gleit-und Vernetzungsmittel sowie Pigmente von bekannter Art in der üblichen Weise zugemischt.
In der Gesamtmischung sollen zweckmäßig 20 bis 70 0/, Holzmehl vórliegen.
Zweckmäßig wird vorgetrocknetes Holzmehl mit hochmolekularem Polyäthylenpulver innig gemischt und bei erhöhter Temperatur unter Druck (60 bis 80 kg/cm2) verformt. Die Preßtemperatur liegt in der Erweichungszone des Polyäthylens, also bei etwa 160 bis 200°C. Der Preßdruck liegt zwischen 50 und 100 kg/cm2. Vorteilhaft hat das Holzmehl bei der Verarbeitung einen geringen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 0,1 bis 0,6 °/o Höhere als die erwähnten Feuchtigkeitsgehalte führen beim Extrudieren zu Blasenbildung (Lunker), sofern am Extruder keine Vakuumabsaugung vorhanden ist. Bei Einsatz der Vakuumabsaugung kann der Feuchtigkeitsgehalt jedoch bis zu 5 °/o betragen, da die preßfertige Mischung hierbei auf den zulässigen Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 1°/o vorgetrocknet wird.
Bei der Wärmebehandlung nach der Erfindung im Extruder oder in anderen Verformungsaggregaten treten unerwünschte Zersetzungen des Holzmehls, z. B. Säurebildung, nicht ein. Die bei der Vakuumabsaugung im Extruder kondensierte Feuchtigkeit reagiert neutral. Das Trocknen des Holzmehls soll unter Luftabschluß erfolgen. Länger andauerndes Erhitzen ergibt Farbveränderungen des Holzmehls.
Sind dunklere Farbtöne erwünscht, so können sie ohne weiteres beim Trocknungsvolgang eingestellt werden. Wird Holzmehl mit 0,1 bis 0,2 °/o Feuchtigkeit verwendet, so bleibt dieser Feuchtigkeitsgehalt beim Extrudieren in etwa erhalten. Die Formkörper nehmen beim Lagern Feuchtigkeit auf ; so steigt sie nach 10 Tagen bei einer Lagertemperatur von 20°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 90°/0, wenn die Mischung aus 50 °/0 hochmolekularem Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von etwa 1000 000 und 50 0/, Hartholzmehl bestanden hat, auf etwa 6°/o ; sie steigt auf etwa 7,5 °/0, wenn die Mischung aus 30°/0 hochmolekularem Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von etwa 1 000 000 und 70°/o Hartholzmehl bestanden hat.
Nach 4tägiger Wasserlagerung gemäß DIN 53472 bei 20°C ändern sich die mechanischen Werte nicht.
So beträgt z. B. die Schlagzähigkeit einer Mischung von 60 ° (o hochmolekularem Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von etwa 1 000 000 und 40 °/0 Holzmehl vor und nach der Wasseilagerung 120 kp CM/CM2. Bei einer Mischung von 30°/o hochmolekularem Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von etwa 1 000 000 und 70 °/o Holzmehl beträgt die Schlagzähigkeit vor und nach der Wasserlagerung 35 kp cm/cm2.
Die Herstellung von Profilkörpern kann vom Pulver oder Granulat in Strangpressen und Doppelschnecken-Extrudern kontinuierlich erfolgen, um verkaufsgeeignete Profile mit außerordentlich guter Oberfläche zu erhalten. Vom Granulat ausgehend ergeben sich sowohl beim Fahren in der Spritzpresse als auch in der Strangpresse effektvolle Maserungen, wobei die Granulatstruktur weitgehend bestehenbleibt.
Weiterhin wurde festgestellt, daß sich die nach der Erfindung hergestellten Preßkörper spanabhebend bearbeiten lassen (bohren, sägen, hobeln, fräsen, drehen). Sie lassen sich auch beizen, siegeln und lackieren, so daß die Verwendung auch da möglich ist, wo bisher Holz in nachbehandelter Form benötigt wird. Außerdem ist das aus den erfindungsgemäßen Preßmassen hergestellte Preßmaterial schweißbar.
Der Einfluß der Zumischung von Holzmehl zu hochmolekularem Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von 500 000 auf die Reißfestigkeit und Schlagzähigkeit ist in der Zeichnung dargestellt. Bei einem Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von etwa 1000 000 liegen Reißfestigkeit und Schlagzähigkeit entsprechend höher.
Beispiell Polyäthylen mit einem viskosimetrisch festgestellten Molekulargewicht von etwa 1 000000 mit einer Feinheit bis 500, hauptsächlich zwischen 60 und 150, a, wurde mit der gleichen Gewichtsmenge Hartholzmehl mit einer Teilchengröße unter 200p, hauptsächlich zwischen 60 und 120 Il, in einem Mischer bei einer Drehzahl von 750 U/min innig gemischt. Die Mischung wurde gesiebt (<500) und anschließend bei etwa 90° C im Vakuum so lange getrocknet, bis der Feuchtigkeitsgehalt der Mischung 0,20 °/o beträgt.
Auf einem Doppelschnecken-Extruder wurde dann ein Band von 16 cm Breite und 3 bis 4 mm Dicke, mit einer Ausstoßleistung von 10 kg/Std. ausgefahren.
Das extrudierte Band läßt sich durch Ziehpressen in der Wärme bei 160° C gut verformen. Auf einer Holzmatrize wurden kleine viereckige Schalen (12 cm lang, 9 cm breit und 3 cm tief) hergestellt, die auch in kochendem Wasser formbeständig blieben. Das extrudierte Band ließ sich auch im Bandgranulator zu einem Würfelgranulat schneiden. Dieses Granulat konnte bei 170 bis 180°C und einem Druck von 80 kg/cm2 zu einer Platte verformt werden, deren Aussehen interessante Effekte aufwies, die durch die Granulatstruktur bedingt sind und beliebig variiert werden können.
Das so hergestellte Band von 16 cm Breite und 3 bis 4 mm Dicke wurde unmittelbar hinter dem Austritt aus dem Extruder in noch heißem Zustand zu einer mehrlagigen Rolle aufgewickelt. Diese Rolle wurde dann nach kurzem Nachwärmen auf 170°C auf einer hydraulischen Presse unter einem Preßdruck von 80kg/cm2 quer zur Längsachse der Rollen zu einer Platte von 21 cm Durchmesser und 1,5 cm Dicke flach gedrückt und für 10 Minuten unter diesem Druck und unter dieser Temperatur belassen. Danach wurde die Platte unter Druck bis auf 100°C abgekühlt, 10 Minuten bei dieser Temperatur belassen und nach weiterem Abkühlen auf Raumtemperatur entformt.
Die Untersuchung der Platte ergab folgende mechanische Werte : Kerbschlagzähigkeit mit Spitzkerbe nach DIN 55453 21 kp cm/cm2 Schlagzähigkeit nach DIN 55453.................. 90 kp cm/cm" Reißfestigkeit bei 20°C nach DIN 53371 380kplom2 Reißdehnung bei 20°C nach DIN 53371.... 60°/o Die vorstehend erwähnte, auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 0,20°/o getrocknete Mischung wurde auf einem Doppelschnecken-Extruder zu einem Trapez Vollprofil und Trapez-Hohlprofil mit einer Ausstoßleistung von 10 kg/Std. gefahren. Die Profile hatten folgende Maße : Trapezhöhe 20 mm Grundseiten.............. 20 bzw. 15 mm Das Hohlprofil hatte eine Wandstärke von 3 mm.
Die Profile zeigten, auch bei langdauernder Belastung, eine bemerkenswerte Steifigkeit.
Das nach Beispiel 1 hergestellte Würfelgranulat konnte auch im Einschneckenextruder mit aufsteigender Temperatur von 20 bis 180°C plastifi2iert werden. Der Ausstoß betrug etwa 18 kg/Std. Mittels geeigneter Formwerkzeuge konnten auf diese Weise beliebige Profilkörper, wie Bänder, Stäbe, Rohre, erhalten werden.
Das Granulat konnte auch von Spritzgußmaschinen zu Profilkörpern verarbeitet werden. Es konnten hierfür Schneckenkolbenmaschinen mit Ein-sowie Doppelschneckenvorplastifizierung benutzt werden.
Beispiel 2 42,5 Gewichtsprozent Polyathylen mit einem viskosimetrisch festgestellten Molekulargewicht von etwa 1000 000 wurden mit 7,5 Gewichtsprozent Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von etwa 100 000 und mit 50 Gewichtsprozent Hartholzmehl in einem Mischer mit einer Drehzahl von 750 U/min innig gemischt. Der Feuchtigkeitsgehalt vor dem Extrudieren betrug 5%. Auf einem Doppelschnecken-Extruder mit Vakuumabsaugung, wodurch der Feuchtigkeitsgehalt unter 1 °/o verringert wurde, wurde ein Vollstab mit einem Durchmesser von 35 mm und einer Ausstoßleistung von 20 kg/Std. gefahren. Der Versuch zeigte, daß mit Extrudern dieser Bauart ein blasenfreies (lunkerfreies) Produkt hergestellt werden konnte.

Claims

Patentanspruch : Preßmassen in Pulver-oder Granulatform aus Mischungen von thermoplastischen Kunststoffen und Holzmehl zur Herstellung von Proßlkörpem, dadurch gekennzeichnet, daß sie a) ein Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von 300 000 bis 2 000 000, gegebenenfalls im Gemisch mit 10 bis 40 Gewichtsprozent eines Polyäthylens mit einem Molekulargewicht von höchstens 100 000, und b) bis 80 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmischung, an Holzmehl mit einem Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 1% enthalten.

In Betracht gezogene Druckschriften : Britische Patentschrift Nr. 960 101 ; italienische Patentschrift Nr. 553 888.