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Die Erfindung bezieht sich auf Platten aus Naturfaser-Compound wie in Schutzanspruch 1 definiert.
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Die bekannten Mischungen aus Holz und PE/PP (Polyethylen/Polypropylen) oder PVC (Polyvinylchlorid) (sog. ”WPCs” = ”Wood Plastic Composites” oder ”Naturfaser-Compounds”) eignen sich zwar zur Herstellung von Profilkörpern durch Extrusion, nicht aber zur Herstellung von großformatigen Platten durch Plattenextrusion, da WPC-Platten einen hohes Wasseraufnahmevermögen haben und verquellen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Platten aus Naturfaser-Compound mit einer holzähnlichen Oberfläche bereitzustellen, die wasserbeständig sind und auch andere vorteilhafte Eigenschaften haben und die wirtschaftlich sinnvoll hergestellt werden können und beliebig dimensioniert und strukturiert sein können.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch die in Schutzanspruch 1 definierten Platten mit einer holzähnlichen Oberfläche aus Naturfaser-Compound.
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Vorteilhafte und/oder bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Platten aus Naturfaser-Compound sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäßen Platten können großformatig durch Plattenextrusion hergestellt werden, beispielsweise im Format 2 m × 1,50 m. Natürlich unterliegt das Format keinen besonderen Beschränkungen. Die Platten können auch sehr dünn (ca. 1 mm) hergestellt werden, wenn dies erwünscht ist. Die Produktionskosten sind sehr günstig (abhängig vom gewählten Verfahren). Aus den Platten können auch Sandwich-Strukturen hergestellt werden, bei denen sich zwischen zwei oder mehreren erfindungsgemäßen Platten weiteres Material befindet, beispielsweise Streben oder Waben, die der Sandwich-Struktur Biege- und Verwindungsfestigkeit verleihen ohne deren Gewicht übermäßig zu erhöhen.
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Vorteilhafterweise enthält die erfindungsgemäß verwendete Extrusionszusammensetzung Reisschalenpulver mit einer Teilchengröße von 0,42–0,10 mm (40–140 mesh).
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Dem Prinzip der Erfindung folgend kann vorgesehen sein, dass in der erfindungsgemäß verwendeten Extrusionszusammensetzung das PVC-Pulver und das Reisschalenpulver etwa im Verhältnis 50:50 gemischt werden.
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Hierbei kann dem Gemisch aus PVC-Pulver und Reisschalenpulver auch noch einer oder mehrere der folgenden Zusatzstoffe beigemischt werden: chemische(r) Binder auf Thermoplastkunststoffbasis, Farbpigment(e), Gleit/Schmiermittel, Calciumcarbonat und PVC-Verarbeitungshilfsmittel.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäß verwendete Extrusionszusammensetzung ein Gemisch aus 30–40 Gew.-% PVC-Pulver und 20–40 Gew.-% Reisschalenpulver mit einer Teilchengröße von 0,42–0,10 mm (40–140 mesh), 8–14 Gew.-% chemische(r) Binder auf Thermoplastkunststoffbasis, 0,5–1 Gew.-% Farbpigment(e), 2–4 Gew.-% Gleit/Schmiermittel, 12–30 Gew.-% Calciumcarbonat und 8–12 Gew.-% PVC-Verarbeitungshilfsmittel enthält.
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Hierbei kann die Extrusionszusammensetzung von Vorteil etwa 31–37 Gew.-% PVC-Pulver enthalten.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann die erfindungsgemäß verwendete Extrusionszusammensetzung 33–36 Gew.-% Reisschalenpulver enthalten.
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Hierbei kann die Extrusionszusammensetzung 7–9 Gew.-% chemische(n) Binder auf Thermoplastkunststoffbasis enthalten.
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Die Extrusionszusammensetzung kann beispielsweise etwa 12–15 Gew.-% Calciumcarbonat enthalten.
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Von Vorteil haben das PVC-Pulver und das Reisschalenpulver etwa die gleiche Korngröße.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach der Extrusion die auf der Platte gebildete Kunststoffhaut entfernt wird. Von Vorteil wird die Kunststoffhaut durch Abschleifen entfernt, wobei das Abschleifen mit einem Schleifmaterial mit einer Körnung im Bereich von 24 bis 60, Fräsen, Hobeln oder Bürsten durchgeführt wird.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche der durch Extrusion gebildeten Platte lackiert oder lasiert wird.
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Die erfindungsgemäß zur Herstellung einer Platte aus Naturfaser-Compound verwendete Extrusionszusammensetzung enthält ein Gemisch aus 30–40 Gew.-% PVC-Pulver (PVC = Polyvinylchlorid) und 20–40 Gew.-% Pulver aus Reisschalen bzw. -hülsen. Vorteilhafterweise weist das Reisschalenpulver eine Teilchengröße von 0,42–0,10 mm (40–140 mesh) auf. Die Bezeichnung ”mesh” kennzeichnet die Maschenweite bei Sieben und dient damit als Maß für die Angabe von Partikel- bzw. Korngrößen. Je kleiner der mesh-Wert, desto größer ist die Teilchengröße des zu beschreibenden Schüttguts. Für die Umrechnung von mesh-Werten in Maschenweiten in mm gibt es Tabellen, beispielsweise vom US Bureau of Standards.
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Das verwendete PVC-Material unterliegt keinen besonderen Beschränkungen. Insbesondere kann auch PVC-Recyclingmaterial verwendet werden. Beispielsweise eignet sich neben PVC-Pulver auch eine PVC-Harz-Suspension mit einem K-Wert von 60–70. Unter dem K-Wert versteht man eine Zahl, die aus Messungen der Viskosität verdünnter Lösungen eines Polymers berechnet wird und ein Maß für den Polymerisationsgrad bzw. die Molekülgröße ist. Der K-Wert wird zur Harzspezifikation verwendet.
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Die verwendeten Reisschalen unterliegen ebenfalls keinen besonderen Beschränkungen, insbesondere nicht in Bezug auf bestimmte Reissorten. Reisschalen lassen sich sehr gut pulverisieren und optimal mit dem PVC-Pulver vermischen. Außerdem enthalten sie weniger Lignin (nur etwa 5%) und bleichen daher unter Witterungseinfluss (Sonne, Regen) weniger oder gar nicht aus.
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Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäß verwendeten Extrusionszusammensetzung zur Herstellung einer Platte aus Naturfaser-Compound sind das PVC-Pulver und das Reisschalenpulver etwa im Verhältnis 50:50 gemischt. Die Mischungsreihenfolge ist dabei generell beliebig.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäß verwendeten Extrusionszusammensetzung ist/sind dem Gemisch aus PVC-Pulver und/oder Reisschalenpulver auch noch einer oder mehrere der folgenden Zusatzstoffe bzw. Additive beigemischt: chemische(r) Binder auf Thermoplastkunststoffbasis (z. B. Poly(meth)acrylat), Farbpigment(e) (z. B. Kreide, Titandioxid, Rußschwarz, rotes Eisenoxid, Ocker), Schmier- bzw. Gleitmittel (z. B. Fettsäuresalze wie Calciumstearat, Fettsäureester, Fettsäureamide, Paraffinwachse, Polyethylenwachse, mikrokristallines Parafin), Calciumcarbonat und PVC-Verarbeitungshilfsmittel (”processing aids”) (z. B. Wärme- und Witterungsstabilisatoren, Antioxidantien, Alterungsschutzmittel, Lichtstabilisatoren, Ultraviolettabsorber, Antistatikmittel). Die vorgenannten Zusatzstoffe sind im Fachhandel erhältlich. Die zusätzlichen Komponenten können gleichzeitig mit dem PVC-Pulver und dem Reisschalenpulver oder auch in mehreren Stufen damit vermischt werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des zur Herstellung der erfindungemäßen Platten angewendeten Verfahrens wird eine Extrusionszusammensetzung verwendet, die ein Gemisch aus 30–40 Gew.-%, beispielsweise 31–37 Gew.-%, PVC-Pulver, 20–40 Gew.-%, beispielsweise 33–36 Gew.-%, Reisschalenpulver mit einer Teilchengröße von 0,42–0,10 mm (40–140 mesh), 8–14 Gew.-%, beispielsweise 7–9 Gew.-%, chemische(n) Binder auf Thermoplastkunststoffbasis, 0,5–1 Gew.-% Farbpigment(e), 2–4 Gew.-% Schmier- bzw. Gleitmittel, 12–30 Gew.-%, beispielsweise 12–15 Gew.-%, Calciumcarbonat und 8–12 Gew.-% PVC-Verarbeitungshilfsmittel, enthält.
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Der chemische Binder auf Thermoplastkunststoffbasis hat beispielsweise die Funktion, Feuchtigkeit oder Lösungsmittel von Naturstofffasern zu entfernen und verbindet bzw. vernetzt sich stark mit dem ”nonwoven web” bzw. Netzwerk aus Naturstofffasern. PVC-Verarbeitungshilfsmittel (”PVC processing aids”) können die Verschmelzung (”Fusion”) beschleunigen, die Schmelzstärke bw. Zähigkeit der Schmelze (”melt strenght”) verbessern, Oberflächendefekte eliminieren und das ”place out” verringern. Außerdem können sie im Produktionsprozess die Metallablösungseigenschaften verstärken. Geeignete Binder und Verarbeitungshilfsmittel sind dem Fachmann auf dem Gebiet der PVC-Verarbeitung geläufig und im Handel in großer Auswahl verfügbar.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäß verwendeten Extrusionszusammensetzung haben das PVC-Pulver und das Reisschalenpulver etwa die gleiche Korngröße.
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Das angewendete Plattenextrusionsverfahren unterliegt keinen besonderen Beschränkungen. Es können beliebige handelsübliche Plattenextruder eingesetzt werden. Die Bedienung erfolgt nach den Herstellerinstruktionen. Dem Fachmann ist klar, dass die erfindungsgemäß verwendete Extrusionszusammensetzung unter den Extrusionsbedingungen (z. B. Temperatur und Druck) ausreichend homogenisiert und verflüssigt werden muss, so dass sie durch die Extruderdüse gepresst werden kann.
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Geeignete Extrusionsbedingungen sind entweder die vom Hersteller spezifizierten oder werden vom Fachmann durch einfache Routineversuche ermittelt. Die Geometrie der verwendeten Extrusionsdüse bestimmt bekanntermaßen die Form bzw. das Profil des erhaltenen Extrusionsprodukts.
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Beispielsweise wird das PVC-Pulver in einem Hochgeschwindigkeitsmischer mit getrocknetem Reisschalenpulver (Teichengröße 40–140 mesh, Feuchtigkeitsgehalt z. B. 0,5 bis 1,0%) und optional Füllstoff (z. B. Calciumcarbonat) 5 min bei 125–140°C vermischt. Die optionalen Additive wie Farbpigment, Stabilisator, Verarbeitungshilfsmittel, Gleitmittel (z. B. Epoxy-Soyaöl, Wachs) werden in einem kleinen Mischer/Blender 10 min durchmischt und dann in den Hochgeschwindigkeitsmischer zu dem Gemisch aus PVC-Pulver/Reisschalenpulver/Füllstoff gegeben. Dann wird das gesamte Gemisch weitere 10 min homogen durchmischt. Schließlich wird das Gemisch in einem Kühltank ca. 30 min abkühlen gelassen und dann bei einer geregelten Temperatur im Bereich von beispielsweise 150–210°C oder 160–175°C zu der Platte aus Naturfaser-Compound als Endprodukt extrudiert.
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Zur Plattenherstellung kommen beispielsweise in Frage:
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Doppelbandpressen:
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Die Verpressung erfolgt über Kalander oder ähnliche Presssysteme bei sehr hohem Druck. Die Platten sind dabei im Endlosverfahren herstellbar.
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Platten-Extrusionsanlagen:
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Bei der Produktion auf Platten-Extrusionsanlagen muss die Torsion (und damit der Druckaufbau) im Extruder angepasst und verringert werden. Dazu ist eine Anpassung der erfindungsgemäßen Extrusionszusammensetzung durch Zugabe von externen Gleitmitteln notwendig. Die zugesetzte Menge hängt von den praktischen Gegebenheiten ab und kann vom Fachmann durch einfache Versuche ermittelt werden. Die Platten sind dabei im Endlosverfahren herstellbar
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Auch stationäre Pressen eignen sich. Hierbei wird durch große Platten stationärer Druck aufgebaut. Die Größe der Platten bestimmt die Pressanlage.
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Vorzugsweise wird nach der Extrusion die auf der Oberfläche des Extrusionsprodukts (Platten) gebildete Kunststoffhaut entfernt. Dadurch entsteht die sehr holzähnliche Haptik und Optik der Platten. Durch die Entfernung der Kunststoffhaut haben die Platten auch eine gute Griff- bzw. Rutschfestigkeit. Der Farbton der Platten kann durch die Farbpigmente gesteuert werden, welche in der zu ihrer Herstellung verwendeten Extrusionszusammensetzung enthalten sind. Praktischerweise wird kein intensiver Farbton eingestellt, sondern ein vergleichsweise eher blasserer. Der endgültige gewünschte Farbton wird dann durch Lackieren oder Lasieren der Platten eingestellt. Dadurch erspart man sich die Herstellung und Lagerung einer Vielzahl von Platten mit unterschiedlichen Farbtönen. Aus den Platten können beispielsweise Tischplatten hergestellt werden.
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Beispielsweise kann die Kunststoffhaut durch Abschleifen entfernt werden. Das Abschleifen kann z. B. mit einem Schleifmaterial wie Sand- oder Schleifpapier mit einer Körnung im Bereich von 24 bis 60 durchgeführt werden, beispielsweise unter Verwendung eines elektrisch betriebenen Handschleifers. Bei der Körnung steht ein kleinerer Zahlenwert für eine gröbere Körnung und ein höherer Zahlenwert für eine feinere Körnung. Eine Körnung von 24 ist eher grob und eignet sich z. B. zum Entfernen von Leim- oder Lackschichten, während eine Körnung von 60 eher mittel ist und beispielsweise zum groben Vorschleifen roher Holzflächen verwendet wird. Die geeignete Körnung wählt der Fachmann nach Maßgabe der praktischen Gegebenheiten bzw. des zu erzielenden Effekts.
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Alternativ kann die Kunststoffhaut auch auf andere Weise entfernt werden, beispielsweise durch Abfräsen, Abhobeln, Abbürsten oder Sandstrahlen.
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Die Platten können auf ihrer Oberfläche, ggf. nach einer entsprechenden Vorbehandlung (z. B. Grundierung), lackiert oder lasiert bzw. geölt werden. Zum Lackieren eignen sich beispielsweise wasserbasierte einkomponentige Lacke. Für die Extrembenutzung eignen sich besonders zweikomponentige Lacke.
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Je nach Pigmentierung und Oberflächentönung lassen sich verschiedene Holzoptiken und -haptiken realisieren, z. B. von Tropenholz wie Burma Teak, Siam Teak, Java Teak oder Aged Teak.
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Der erfindungsgemäßen Platten haben eine sehr holzähnliche Optik wie auch Haptik, und bieten gegenüber den allermeisten Holzarten in vielerlei Hinsicht wesentlich verbesserte Eigenschaften.
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Aufgrund der polaren Eigenschaften des verwendeten PVCs kann die Oberfläche der erfindungsgemäß hergestellten Platten problemlos geölt, lasiert oder lackiert werden. Die polaren Eigenschaften erlauben auch eine leichte Verklebbarkeit und verleihen antistatische Eigenschaften. Konventionelle Holz/PE-Composite (WPCs) sind wegen der nichtpolaren Eigenschaften von PE nicht oder nur sehr schwer lackierbar, nicht verklebbar und nicht antistatisch.
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Durch ihre Stabilität, Formbeständigkeit und absolute Widerstandsfähigkeit gegenüber Feuchtigkeitseinflüssen wie Regen sind die erfindungsgemäßen Platten den konventionellen Holz/PE-Compositen (WPCs) und auch vielen Holzarten weit überlegen. Der erfindungsgemäßen Platten sind nahezu wasserdicht. Das verwendete PVC ist nicht hygroskopisch und nimmt kein Wasser auf und verhindert so das Eindringen von Wasser durch eine Verletzung der Oberfläche, so dass keine Unterwanderung von aufgetragenen Lackschichten erfolgt und keine Lackabplatzungen auftreten. Der erfindungsgemäßen Platten sind daher auch dimensionsstabil, so dass eine Verformung auf natürlichem Wege (z. B. durch Aufquellen oder Schwinden) nicht möglich ist. Konventionelle Holz/PE-Composite quellen dagegen unter Feuchtigkeitseinfluß. Lacke haften nicht mehr, weil das eindringende Wasser diese unterwandert und dadurch ablöst.
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Der erfindungsgemäßen Platten eignen sich daher besonders für Anwendungen im maritimen Bereich, in Meeres- und Seenähe oder in Nassbereichen (z. B. Schwimmbad). Pilzbefall oder Insektenbefall tritt nicht auf.
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Aufgrund der hervorragenden Festigkeit ist das Einschlagen von Nägeln oder das Eindrehen von Schrauben in die erfindungsgemäßen Platten wie bei üblichen Holzmaterialien möglich. Auch die maschinelle Bearbeitung ist problemlos, so dass einfaches Durchschneiden mit einer Säge, Bohren, Fräsen, Schleifen oder sogar Sandstrahlen möglich ist. Der erfindungsgemäßen Platten reißen nicht und splittern nicht, und Schnittabfälle sind zu 100% recyclebar.
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Die Reisschalen in der erfindungsgemäß verwendeten Extrusionszusammensetzung fungieren als eine Art ”aktiver Füllstoff” und verleihen den daraus hergestellten Platten für die meisten Anwendungsgebiete verbesserte Bearbeitungseigenschaften. Die thermische Ausdehnung ist geringer und es wird die Konsistenz und Haptik von Naturholz erzielt.
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Konventionelle Holz/PE-Composite neigen wegen des hohen Ligningehalts im verwendeten Holz durch den Einfluss von Sonne und Regen, die das Lignin zersetzen, zum Vergrauen und Vergilben und sind dadurch schnell unansehnlich. Die erfindungsgemäßen Platten enthalten dagegen sehr wenig Lignin, so dass sie nicht vergilben.
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Auch andere Eigenschaften der erfindungsgemäßen Platten wie Schall- oder Wärmedämmung sind den charakteristischen Eigenschaften von natürlichem Holz ähnlich.
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Bei der Herstellung der Platten kann der erfindungsgemäß verwendeten Extrusionszusammensetzung aus PVC-Pulver und Reisschalenpulver auch in gewissem Maße Recyclematerial, z. B. Abfälle vom Zuschneiden der Platten beigemengt werden, was z. B. geschehen kann, wenn solches zur Entsorgung zur Verfügung steht.