DE2145399A1

DE2145399A1 - Verfahren zur Herstellung von Kurzfasern aus Kunststoffen

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Publication number: DE2145399A1
Application number: DE19712145399
Authority: DE
Inventors: Josef Dr. La Garenne-Colombes; Zemb Edgar Riedisheim; Lintner (Frankreich). P
Original assignee: Manufacture de Machines du Haut Rhin SA MANURHIN
Current assignee: Manufacture de Machines du Haut Rhin SA MANURHIN
Priority date: 1970-09-14
Filing date: 1971-09-10
Publication date: 1972-03-23
Also published as: ATA781971A; NL7112298A; ES394856A1; FR2105586A5; DE2145399B2; AT347005B; IT938935B; BE770993A

Description

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IDR. R. POSCHENRIEDER
¹ DR. E. BOETTNER .

DIPL-ING. H.-J. MÜLLER

\ Patentanwälte

8 MÜNCHEN 80
Lucile -Grahn-Straße38
Telefon 475155

MANUFACTURE DE MACHINES DU HAUT-RHIIi 10 rue de Soultz

F 68 - MULHOUSE-BOURTZWILLER / Frankreich

"Verfahren zur Herstellung von Kurzfasern aus Kunststoffen"

"Kurzfasern", das heißt Fasern von etwa 3 "bis 20 Millimeter Länge, wie sie z.B. für die Herstellung kunststoffhaltiger Papiere, Kartone, Pappen usw. verwendet werden, werden aus thermoplastischen Kunststoffen derart hergestellt, daß man in der für Textilfaser!! üblichen Arbeitsweise mit Hilfe von Spinndüsen zunächst Stränge "endloser" Fäden herstellt und diese Fadenstränge sodann in einem weiteren Arbeitsgang auf die gewünschte Faserlänge zerschneidet. Dieses Verfahren ist sehr kostspielig, denn die Leistung der Spinndüsen bezogen auf das verarbeitete Kunstharzgewicht ist im Vergleich zu den üblichen Maschinen, auf denen diese Kunststoffe verarbeitet werden, wie z.B. einem Extruder, gering und außerdem tritt beim Zerschneiden der Fadenstränge auf die gewünschte Faserlänge infolge einer Erwärmung der Schnittstellen beim schnellen Arbeiten ein'Verkleben der Fasern an den Schnittstellen ein. Das Verfahren erfordert kostspielige Spezialapparaturen. Die Überführung eines thermoplastischen Kunststoffs in Kurzfasern ist dementsprechend nach diesem zur Zeit üblichen Verfahren ein im Vergleich zu den sonst in der Verarbeitung der Kunststoffe angewendeten Verfahren ein relativ kostspieliger Prozeß und die Verteuerung des Kunststoffs bei seiner Überführung in Kurzfasern hat dazu geführt, daß Fasern aus thermoplastischen Kunststoffen bisher nur für die Fertigung weniger

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Typen teuerer Spezialpapiere in der Technik Verwendung finden konnten.

Fibrilierte endlose Garne können erhalten werden, wenn man thermoplastische Kunstharze, die in der Wärme gasabspaltende Produkte oder niedrig siedende Flüssigkeiten als Treibmittel enthalten, in Form von schmalen, sehr dünnen Bändern, z.B. von 40 χ o,5 mm Querschnitt extrudiert und diese Bänder anschließend im Verhältnis 2:1 bis 18:1 reckt. Anstelle der erwähnten Treibmittel wurde auch bereits vorgeschlagen, inerte Gase in der Strangpresse in die geschmolzenen Kunstharze einzuarbeiten. Auch diese Verfahren liefern endlose, allerdings fibrilierte Fäden, die, damit sie als "Kurzfasern" in der Papierindustrie verarbeitet werden können, einem Schneideprozeß oder einer analogen, mechanischen Aufbereitung unterworfen werden müssen.

7m auf direktem Wege thermoplastische Kunstharze in Kurzfasern überzuführen, die in der Papier-, Karton- und Pappenindustrie verwendet werden können, hat man vorgeschlagen, die Kunstharze unter Druck in Lösungsmitteln zu lösen bei einer Temperatur, die höher liegt, als die Siedetemperatur der verwendeten Lösungsmittel und diese Lösungen über eine Düse bei einer so hohen Temperatur zu entspannen, daß die Lösungsmittel augenblicklich explosionsartig verdampfen. Man erhält auf diesem Weg "watteähnliche" Gebilde, die mit den in der Papier-, Karton- und Pappenindustrie üblichen technischen Einj»^Lchtungen zu Kurzfasern aufgeschlossen werden, die diese Industrien ähnlich wie Zellulosefasern verarbeiten können. Dieses Verfahren erfordert den Einsatz erheblicher Mengen Lösungsmittel, die nach dem Austritt der Kunstharzlösung aus der Düse wieder rückgewonnen werden müssen, das heißt es erfordert aufwendige, technische Einrichtungen und ist infolge der zu handhabenden Lösungsmittelmengen kostspielig.

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Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung von für die Papier-, Karton- und Pappenindustrie geeigneten "Kurzfasern¹¹ beschrieben, das auf jeder Strangpresse ausgeführt werden kann, die mit einer Düse für die Herstellung von Folien und Schläuchen ausgerüstet ist, ohne daß hierzu spezielle Zusatzeinrichtungen erforderlich sind. Mit Rücksicht auf die hohe Leistung der Strangpressen in dieser einfachen Ausführung im Vergleich zu den bisher verwendeten Spinn- und Schneideverfahren ist dieses Verfahren viel billiger, als die bisher verwendeten Verfahren zur Herstellung von Kurzfasern aus thermo-

plastischen Kunststoffen, und "eröffnet diesen durch ihren niedrigen Preis völlig neue Einsatzmöglichkeiten.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Kurzfasern aus thermoplastischen Kunststoffen auf der Strangpresse ist dadurch gekennzeichnet, daß man in dem Kunststoff granulat, das in Kurzfasern übergeführt werden soll, zunächst ein leichtflüchtiges Lösungsmittel für das Kunstharz nach bekannten Verfahren auflöst und dieses lösungsmittelhaltige Kunstharzgranulat bei einer so hohen Temperatur extrudiert, daß ein mit Blasen durchsetztes Band aus der Düse der Strangpresse austritt (siehe FIG.1). Dies von Blasen durchsetzte Band wird anschließend unter gleichzeitiger Abkühlung so stark ausgezogen, daß aus den Blasen dünne "Schläuche¹¹ mit überaus dünnen Wänden entstehen (siehe PIG.2). Werden diese aus mikroskopischen "Schläuchen" aufgebauten Bänder oder Folien (PIG.2) in kaltem Zustand mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt so zerbrechen überraschenderweise die Wandungen dieser "Schläuche¹¹ in feinste Pasern, deren maximale Länge jeweils durch die Länge des "Elementarschlauchs¹¹ bestimmt wird, aus dem die Paser entsteht (x = bevorzugte Bruchstellen). Die Abzuggeschwindigkeit des mit Blasen durchsetzen Kunstharzbandes (PIG. 1) soll etwa 50 bis 150 mal größer sein, als seine Austrittsgeschwindigkeit aus der Düse der Strangpresse.

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Das Auflösen des extrudierten Bandes in Pasern kann sowohl auf trockenem Weg erfolgen, zum Beispiel auf der "Krempel" oder auch auf "nassem Weg" zum Beispiel im "Holländer", eventuell gleichzeitig mit dem "Mahlen" der Zellulosefasern. Man kann die in 50 cm bis 1 m Länge geschnittenen extrudierten und ausgezogenen Bänder (FIG.2) auch in den Pulper eintragen und den im Pulper erhaltenen Faserbrei über einen "Entstipper" und/oder mehrere "Kegelrefiner" führen. Man erhält auf diese Weise eine für die Verarbeitung auf Papier-, Karton- oder ■Pappemaschinen geeignete wäßrige Faseraufschlämmung des thermoplastischen Kunststoffs.

Wird das Band (FIG.2) auf trockenem Wege in Fasern aufgeschlagen, so imprägniert man es zunächst mit Produkten, die die elektrostatische Aufladung des Kunststoffs verhindern; der beim Faseraufschluß entstehende Staub wird zweckmäßig durch Windsichtung von den Fasern abgetrennt.

Beim Faseraufschluß auf nassem Weg setzt man dem Wasser zweckmäßig geringe Mengen eines Netzmittels zu, das eine Affinität zu dem verwendeten Kunststoff hat, um ein Zusammenballen der Fasern beim Aufschluß zu verhindern.

In dem Kunstharzgranulat löst man vor der Extrusion des Bandes etwa 3 bis 15 $ "Lösungsmittel" berechnet auf den Kunstharz auf; der Siedepunkt des verwendeten Lösungsmittels soll mindestens etwa 50-6O⁰C tiefer liegen als die angewendete Extrusionstemperatur, zweckmäßig etwa 80-100⁰C. Besonders geeignet sind solche Lösungsmittel, für die das Kunstharz bei Raumtemperatur nur ein geringes Lösungsvermögen hat, die jedoch bei den angewandten Extrusionstempera türen in den eingesetzten Mengen im Kunstharz löslich sind. Bei den meisten thermoplastischen Kunstharzen kann man niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe verwenden.

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Bei Polystyrol, das beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 140 und 160⁰C extrudiert werden soll, verwendet man als Blähmittel vorteilhafterweise ein Gemisch aus aliphatischen Kohlenwasserstoffen,deren Siedepunkte bei Atmosphärendruck etwa zwischen 25 bis 70⁰C liegen, wie zum Beispiel ein Gemisch aus Pentanen oder aus Pentanen und Hexanen. Dem Polystyrol werden etwa 3 bis 10 Gewichtsprozent von diesen aliphatischen Kohlenwasserstoffen beigegeben.

Neben solchen, in thermoplastischen Kunstharzen schwer löslichen Lösungsmitteln kann man als weiteres Blähmittel ein niedrigsiedendes, im Kunstharz lösliches Lösungsmittel beigeben, welches je nach der beigefügten Menge gestattet, die Größe der Blasen und damit die Länge der extrudierten Pasern zu beeinflussen.

Als Lösungsmittel kann man - je nach dem verwendeten Kunstharz - Ester mit niedrigem Molekulargewicht (wie z.B. Methylformiat, Methylazetat oder Äthylazetet), Äther (Dirnethyläther, Diäthyläther oder Tetrahydrofuran), Ketone (Azeton oder Methyl-Äthyl-Keton), und Chlorkohlenwasserstoffe mit niedrigem Molekulargewicht (wie z.B. Methylenchlorid, Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff oder Trichloräthylen) vorsehen. Die hiervon in jedem Einzelfall anzuwendende Menge hängt nicht nur von der Art des Kunstharzes ab, sondern auch von der jeweiligen Extrusionstemperatur und von der Größe der Blasen, die man erhalten will. Im allgemeinen verwendet man umso größere Mengen eines Lösemittels je größere Blasen man erhalten will, und mit je niedrigeren Extrusionstemperatüren man arbeitet.

In der Lö3ung des tiefsiedenden Lösungsmittels im Kunstharz kann bei der Ektrusionstempera tür ein Siedeverzug auftreten, waa eine unzureichende und unregelmäßige Blasenbildung in der extrufJ Lerten Folie zur Folge hat. Um diesen störenden "Siedeverzug" aufzuheben, setzt man zweckmäßig dem lösungsmifctelhaItigen Kuns tharzgranulat einen feinpulvrigeii

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"Siedebeschleuniger", das heißt ein feinpulvriges Material, zu, das bei der Extrusionstemperatur geringe Mengen G-as oder Wasserdampf abgibt, wie z.B. Kaolin (siehe das franz. Patent 1.404.270 bzw. DBP 1.270.279).

Über die Wahl des Lösungsmittels, über seinen Mengenanteil, über die Extrusionstemperatur, über die Abzuggeschwindigkeit des extrudierten Bandes und auch eventuell über den Zusatz eines "Siedebeschleunigers" kann man die Dimensionen der Fasern beeinflussen und fasern nach diesem Verfahren von wenigen Mikron Dicke aufwärts und bis zu einer Länge von etwa 25 Millimeter herstellen.

Das nach diesem Extrusionsverfahren hergestellte ausgezogene Band (PIG.2) hat große Ähnlichkeit mit dem in der Natur vorkommenden ASBEST, der in analoger Weise wie das nach dem vorliegenden Verfahren hergestellte Kunststoffband (PIG.2) auf mechanischem Weg in Pasern,insbesondere in Kurzfasern übergeführt wird.

Das Verfahren wird durch das folgende Beispiel für Polystyrol erläutert, es ist jedoch auch auf andere thermoplastische Kunstharze, wie zum Beispiel auf Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, polymerisiertes Vinylchlorid und Vinylchlorid und Vinylazetat und auf lineare Polyester, in analoger Porm anwendbar.

BEISPIEL:

Eine Mischung von Polystyrol als Granulat (mit einem K-Wert von 63-65 nach Pikentscher), das entsprechend dem im französischen Patent Nr. 1 234 625 bzw. im DBP Nr. 1 203 460 beschriebenen Verfahren etwa 5 Gewichtsprozent eines Treibmittels, bestehend aus etwa 75 $> Isopentan, 23 $> n-Pentan und 2 fo Methylenchlorid, enthält, und von 15 Gewichtsprozent feingemahlenem Kaolin wird auf einer

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Doppelschneckenpresse mit Banddüse extrudiert. Die Düse hat an der Mündung eine Öffnung von 4 x 108 mm. Die Schneckenpresse wird auf die folgenden Temperaturen eingestellt:

Eingangszone : 110⁰C

Mischzone : HO⁰C¹

Düsenkopf : 125⁰C

Düsenmund j 125⁰C¹

Auf diese Weise erhält man ein verschäumtes Band. Das Band wird mit Hilfe eines mit Anpreßrollen versehenen Rollganges abgezogen, wobei die Anpreßrollen die Haftung des abgezogenen Bandes auf dem Transportband gewährleisten.

Während die Beheizung der Strangpresse konstant gehalten wird, verringert man deren Beschickung und erhöht gleichzeitig die Abzuggeschwindigkeit des Bandes derart, daß diese etwa 70 mal größer ist als die Bandgeschwindigkeit am Austritt aus der Düse. Dies entspricht einer linearen Abzuggeschwindigkeit von etwa 50 m pro Stunde. Hierbei stellt man die folgenden Temperaturverhältnisse ein:

Eingangszone	: 11O⁰C
Mischzone	: 15O⁰C
Düsenkopf	: 145⁰C
Düs enmund	: 145⁰C

Das aus der Strangpresse austretende Band ist mit Blasen von einigen mm Durchmesser durchsetzt. Infolge des Abzugs des Bandes aus der Düse verlängern sich diese Blasen und das Band hebt sich von den Wandungen der Düse ab. Die Blasen werden in fortschreitendem Maße zu kleinen Röhrchen (Mikroröhrchen) ausgezogen und die Makromoleküle des Polystyrols orientieren sich nach der Längsrichtung des Bundes. Dieser Deformationsvorgang findet bei Raumtemperatur in der umgebenden Luft statt, so daß sich das Band zunehmend

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abkühlt und in kaltem Zustand in die Abzugsvorrichtung gelangt, wo die Mikrorb'hrchen duroh die Anpreßrollen zerquetscht und auf diese Weise in teilweise (an den Enden der Mikrοröhrchen) zusammengeschweißte Fasern verwandelt werden.

Das so erhaltene faservlies erreicht eine Breite von 100 mm und wiegt 5 g pro lfd. meter. Unter dem Mikroskop betrachtet, zeigt das Vlies, daß es aus einzelnen Fasern, aus Faserbündeln, die auf kurzer Länge zusammengeschweißt sind, und aus kleinen Knötchen, die von den Enden der ausgezogenen Zellen herstammen, besteht. Die Stärke der Fasern beträgt nur wenige Mikron, wobei die feinsten etwa 1 Mikron stark sind. Die Länge dieser Fasern beträgt 5 bis 8 mm.

Gleichartige Fasern erhält man auch, wenn man auf der Strangpresse mit den folgendermaßen geänderten Temperaturen arbeitet:

nach Verringerung der a-nfä-ntri i nb Beschickung und Erhöhung aniangixcn der Abzugsgeschwindigkeit

Eingangszone	115⁰C	117⁰C
Mischzone	145⁰C	157⁰C
Düsenkopf	130⁰C	150° C
Düse	130⁰C	15O⁰C

Das extrudierte und ausgezogene Band (FIG.2) wurde in ca. 1m lange Stücke geschnitten. In einem Pulper wird Wasser vorgelegt und diesem etwa 0,5 9^ eines Kondensationsprodukts aus Ricinolsäure + Äthylenoxyd zugesetzt. Bei laufendem Pulper wurden die Bandabschnitte eingetragen bis eine Kunstharzkonzentration von ca. 1,o - 1,5 $> im Pulper erreicht war. Die Faseraufschlämmung wurde während etwa 10 Minuten im Pulper aufgeschlossen; anschließend wurde sie über ein Rüttelsieb abgepumpt. Auf diesem wurden die nicht genügend aufgeschlossenen Bandteile abgetrennt und in den Pulper laufend zurückgeführt. Vom Rüttelsieb ging die Faseraufschlämmung über einen "Entstipper" auf einen "Eindicker". Auf diesem wurde die

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Hauptmenge des netzmittelhaltigen Wassers von den Fasern abgetrennt und in den Pulper zurückgeführt.

Das vom "Eindicker" abgenommene Faservlies kann nach neuerlicher Aufschlämmung in Wasser ohne Schwierigkeiten im Gemisch mit Zellulosefasern auf Papier-, Karton- und Pappemaschinen verarbeitet werden, oder aber auch zu "Stapelfasern" getrocknet werden. Die trockenen Fasern haben keine Tendenz zum Zusammenballen oder zum Verkleben.

Bei diesem Verfahren liegen die Kosten für die Überführung des Kunstharzes in für die Verarbeitung auf Papier-, Karton- oder Pappemaschinen geeignete Kurzfasern im Bereich der für das betreffende Kunstharz üblichen Extrusionskosten, das heißt, man erhält nach diesem Verfahren Kurzfasern der thermoplastischen Kunststoffe zu einem Preis, der in der Größenordnung der in diesen Industrien üblicherweise verwendeten Rohstoffe liegt. Das Verfahren ermöglicht als überaus billiges und einfaches Verfahren zur Herstellung von Kurzfasern aus thermoplastischen Kunststoffen erstmalig deren Einsatz in diesen Industrien auf breitester Basis auf den bereits vorhandenen Anlagen sowohl als infolge seiner Faserform leicht anzuwendender thermoplastischer Kleber für Papiere, Kartone, Pappen usw. auf der Grundlage von Zellulosefasern und/oder Glasfasern und/oder Asbestfasern als auch die Herstellung billiger Papiere, Kartone, Pappen usw. auf der Grundlage von Kunststoff-Fasern und es ermöglicht diesen Industrien den Zugang zur Kunststoffverarbeitung ohne zusätzliche Investitionen auf den vorhandenen Anlagen auf einer wirtschaftlich optimalen Rohstoffgrundlage.

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Claims

Pa tentansprüche

1.] Verfahren zur Herstellung von Kurzfasern aus thermoplastischen Kunstharzen, dadurch gekennzeichnet, daß man ein thermoplastisches Kunstharz, das 3-15 i» eines Stoffes enthält, dessen Siedepunkt mindestens 50-6O⁰C, vorzugsweise 80-100⁰C tiefer liegt, als die für dieses Kunstharz üblicherweise verwendete Extrusionstemperatur, zu einer Folie oder zu einem Band extrudiert, das erhaltene, mit Blasen durchsetzte Band während des Auskühlens stark streckt, indem man die Abaugsgeschwindigkeit des mit Blasen durchsetzten Kunstharzbandes etwa 50 bis 150 mal größer wählt als seine Austrittsgeschwindigkeit aus der Düse der Strangpresse, so daß diese Blasen zu feinsten Schläuchen ausgezogen werden und daß man das ausgekühlte, gestreckte Band schließlich einem für Faserstoffe üblichen Mahl- oder Faseraufschlußverfahren unterwirft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein tiefsiedendes Lösungsmittel für das Kunstharz verwendet, das bei Raumtemperatur nur eine geringe Löslichkeit im Kunstharz hat, jedoch bei der Extrusionstemperatur in den angewandten Mengen im Kunstharz leicht löslich ist.

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3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man dem das tiefsiedende Lösungsmittel enthaltenden Kunstharz vor oder bei der Extrusion ein feinpulvriges Material als "Siedebeschleuniger" zusetzt.

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