DE2635957C2 - - Google Patents

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DE2635957C2
DE2635957C2 DE2635957A DE2635957A DE2635957C2 DE 2635957 C2 DE2635957 C2 DE 2635957C2 DE 2635957 A DE2635957 A DE 2635957A DE 2635957 A DE2635957 A DE 2635957A DE 2635957 C2 DE2635957 C2 DE 2635957C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Folien bzw. Bahnen aus einem Gemisch aus pflanzlichen Fasern und Polyolefin, welche insbesondere eine erhöhte Beständigkeit gegenüber der Absorption von Wasser aufweisen.
Aus der französischen Patentanmeldung 22 00 212 ist bereits eine Arbeitsweise zur Herstellung von Halbfertigprodukten aus Holzteilchen und einem Kunststoffmaterial wie Polyvinylchlorid bekannt, bei welcher ein Gemisch der Bestandteile in eine Strangpreßvorrichtung eingeführt und in Form eines Stranges durchgesetzt wird, welcher in einer gekühlten Presse gepreßt wird, um ihm die gewünschte Form zu erteilen.
In der Deutschen Patentanmeldung 20 42 176 ist eine ähnliche Arbeitsweise beschrieben, bei welcher das Extrudat direkt in seine endgültige Form mit Hilfe eines geeigneten Spritzwerkzeuges, z. B. einer Strangpreßform für Folien, gebracht wird.
Diese bekannten Arbeitsweisen besitzen jedoch große Nachteile und Beschränkungen.
So erfordern sie speziell entworfene und mit Entgasungssystemen versehene Extrusionsvorrichtungen, um das Absaugen von aus den pflanzlichen Fasern freigesetztem Wasserdampf im Verlauf des Extrusionsvorganges zu ermöglichen. Weiterhin ist es wesentlich, daß der Feuchtigkeitsgehalt der eingesetzten, pflanzlichen Fasern einen begrenzten Wert nicht übersteigt, oberhalb dessen das Arbeiten auf der Strangpresse unmöglich wird. Wie auch immer der Feuchtigkeitsgehalt der pflanzlichen Fasern ist, das Einstellen der Extrusionsbedingungen ist immer ein delikater Arbeitsvorgang, insbesondere wenn das Produkt in seine endgültige Form durch Durchführen durch ein Profil gebendes Strangpreßwerkzeug durchgeführt wird.
Darüber hinaus ist es erforderlich, die Art der Fasern oder der Holzteilchen, welche in die Folien eingebaut werden, sorgfältig auszuwählen und insbesondere die Verwendung von harzartigen, pflanzlichen Fasern zu vermeiden, welche Ärger im Verlauf der Extrusion ergeben könnten.
Schließlich weisen die erhaltenen Produkte im allgemeinen eine unzureichende Beständigkeit gegenüber der Absorption von Wasser auf. Hieraus ergibt sich ein starker Abfall der mechanischen Eigenschaften bei der Verwendung solcher Produkte in feuchten Umgebungen.
Die in der DE-OS 20 48 311 beschriebenen Formkörper bestehen aus Olefinpolymerisaten, feinzerteiltem Holz und Geweben, Netzen und/oder Vliesen, die außerhalb der neutralen Faser eingelagert sind. Bei dem dort beschriebenen Herstellungsverfahren wird eine vorgeheizte Plattenpresse verwendet, in die die Bestandteile eingefüllt werden. Nach schrittweiser Druckerhöhung wird zunächst unter Beibehaltung des Druckes auf 100°C abgekühlt und erst nach Abkühlen auf Raumtemperatur entformt.
Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung solcher Bahnen bzw. Folien, welches die zuvor genannten Nachteile der vorbekannten Arbeitsweisen nicht aufweist und das die Herstellung von Bahnen oder Folien bzw. Platten auf Basis von pflanzlichen Fasern und Polyolefinen ermöglicht, welche eine verbesserte Beständigkeit gegenüber einer Wasserabsorption aufweisen.
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung von Folien oder Bahnen mit einer hohen Wasserabsorptionsbeständigkeit aus einem Gemisch aus pflanzlichen Fasern und Polyolefin, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein homogenes Gemisch aus 25 bis 75 Gew.-% pflanzlichen Fasern in Form von Teilchen mit einer mittleren Abmessung zwischen 0,1 und 3 mm und aus 75 bis 25 Gew.-% geschmolzenem Polyolefin, welches gegebenenfalls übliche Zusatzstoffe wie Stabilisatoren und Gleitmittel enthalten kann, herstellt, und daß man das Überführen dieses Gemisches zu einer Folie oder Bahn durch Heißkalandrieren auf einem Kalander durchführt, bei welchem wenigstens die beiden ersten Walzen auf der Oberfläche auf eine Temperatur gebracht sind, welche zwischen der Schmelztemperatur des Polyolefins plus 2°C und der gleichen Temperatur plus 20°C liegt.
Die Tatsache, daß es möglich wäre, ein solches Gemisch zu einer Bahn oder einer Folie bzw. einer Platte durch Kalandrieren in der Wärme umzuwandeln, war überraschend, da es wohlbekannt war, daß geschmolzene Polyolefine sich überhaupt nicht für diese Arbeitsweise der Überführung zu Folien eignen. Tatsächlich ist es bekannt, daß solche Harze auf den Walzen bzw. Zylindern der Kalandriervorrichtung kleben, sobald die Temperatur der letzteren die Schmelztemperatur des Harzes erreicht oder übersteigt.
Das homogene Gemisch aus pflanzlichen Fasern und geschmolzenem Polyolefin kann nach jeder geeigneten Weise hergestellt werden, insbesondere durch Einführung der Bestandteile in dosierten Mengen in einen Innenmischer mit Stempel, wie z. B. einen Werner-Mischer oder einen Banbury-Mischer.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Gemisch aus pflanzlichen Fasern und geschmolzenem Polyolefin, das mit Hilfe eines Innenmischers hergestellt wurde, auf einem Außenkneter mit Walzen aufgenommen, welcher die aufeinander folgenden Dosismengen des von dem Innenmischer angelieferten Gemisches zu einem kontinuierlichen Band überführt, das in die Kalandriervorrichtung über einen Bandförderer eingeführt werden kann. Es ist daher möglich, trotz des diskontinuierlichen Arbeitens der Innenmischer Folien bzw. Bahnen kontinuierlich herzustellen.
Weiterhin wurde gefunden, daß bei Anwendung von unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten bei den Walzen des Außenmischers das behandelte Gemisch sich um die Walze mit der höchsten Rotationsgeschwindigkeit umwickelt, und daß die Abnahme eines kontinuierlichen Bandes auf dieser Walze überhaupt kein Problem darstellt.
Diese Arbeitsweise der Herstellung des Gemisches aus pflanzlichen Fasern und geschmolzenem Olefin weist darüber hinaus den Vorteil auf, daß die Verwendung von pflanzlichen Fasern mit einem hohen Feuchtigkeitsgehalt möglich ist, da die Freisetzungen von Wasserdampf bei der Behandlung in dem Innenmischer oder auf dem Außenmischer sich leicht freisetzen können, ohne den Arbeitsvorgang der Überführung zu Folien oder Bahnen zu stören, da letztere erst bei dem späteren Kalandriervorgang durchgeführt wird. Schließlich ermöglicht es diese Arbeitsweise, harzartige, pflanzliche Fasern einzusetzen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das homogene Gemisch aus pflanzlichen Fasern und geschmolzenem Polyolefin durch Extrusion hergestellt werden, wobei das Gemisch in diesem Fall in Form eines Stranges mit einem beliebigen Querschnitt durchgesetzt wird, der kontinuierlich in die Vorrichtung zum Kalandrieren in der Wärme eingeführt wird, wo die Überführung zu der Folie bzw. der Bahn durchgeführt wird.
Beim Arbeiten in der letztgenannten Weise ist man selbstverständlich mit den Nachteilen konfrontiert, welche der Anwesenheit von Wasser in den pflanzlichen Fasern innewohnen, jedoch in einem sehr viel geringeren Ausmaß, da diese Anwesenheit von Wasser nicht mehr die Gefahr mit sich bringt, die Überführung zu Folien oder Bahnen schwierig zu machen, da der letztgenannte Arbeitsvorgang von demjenigen der Extrusion getrennt erfolgt. Das Durchführen der Extrusion wird daher stark erleichtert, da das Bedienungspersonal nicht mehr auf das Aussehen des extrudierten Stranges achten muß.
Wie auch immer die besondere Ausführungsform der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, ist es vorteilhaft, wenn das homogene Gemisch aus pflanzlichen Fasern und geschmolzenem Polyolefin in Apparaturen hergestellt wird, welche dieses Gemisch auf eine Temperatur bringen, die wenigstens gleich und vorzugsweise höher als der Schmelzpunkt des Polyolefins liegt. Selbstverständlich muß die Temperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur eines beliebigen Bestandteiles des Gemisches liegen. Sie ist vorzugsweise um wenigstens 2° höher als der Schmelzpunkt des Polyolefins. Der Aufbau der Vorrichtung zum Kalandrieren in der Wärme, welche die Überführung des Gemisches zu einer Folie bzw. Bahn sicherstellt, ist überhaupt nicht kritisch. Erfindungsgemäß werden Kalander mit vier geheizten Walzen, die in einem "L" angeordnet sind, bevorzugt, jedoch können auch Vorrichtungen eines anderen Typs verwendet werden. Es ist jedoch wesentlich, daß wenigstens die beiden ersten und vorzugsweise alle Walzen derart geheizt sind, daß ihre Oberfläche und als Folge davon die Kalandriertemperatur auf einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Polyolefins während des Arbeitsvorganges der Überführung zu einer Folie bzw. Bahn gehalten werden.
Die Temperatur der Walzen liegt in dem Intervall, das durch die Schmelztemperatur des Polyolefins plus 2°C und dieser Temperatur plus 20°C gebildet wird. Auf die Kalandriervorrichtung folgt selbstverständlich eine Kühlbahn, welche die Verfestigung der heißen, kalandrierten Folie bzw. Bahn sicherstellt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Herstellung von dünnen Folien möglich, deren Stärke bzw. Dicke im allgemeinen oberhalb von 0,2 mm liegt und bis zu 4 mm und sogar mehr reichen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders gut für die Herstellung von Folien oder Bahnen mit einer Dicke von ungefähr 0,6 bis 3 mm geeignet. Es ist unmöglich, nach den vorbekannten Arbeitsweisen Folien mit einer Stärke von 0,6 mm in großen Breiten herzustellen.
Schließlich ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von Qualitätsfolien aus Gemischen, welche einen überwiegenden Gewichtsanteil von pflanzlichen Fasern enthalten und welche sich ohne Problem für das Recycling von Abfällen eignen, was mit den vorbekannten Arbeitsweisen nicht möglich wäre.
Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Polyolefin kann ein beliebiges Polymerisat sein, das eine überwiegende Anzahl von Monomereneinheiten enthält, die von einem Olefin mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen in ihrem Molekül abstammen. Als Beispiel seien Polyäthylene mit niedriger oder hoher Dichte, Polypropylen, Copolymerisate aus Äthylen und Propylen, Polybuten-(1), Poly-4-methylpenten-(1), Copolymerisate aus Äthylen und Propylen, Copolymerisate aus Äthylen-Vinylacetat und Copolymerisate aus Äthylen-Vinylchlorid genannt.
Vorzugsweise verwendet man Polyolefine, bei denen alle Einheiten von nicht-substituierten, 2 bis 8 Kohlenstoffatome in ihrem Molekül enthaltenden Olefinen abstammen. Die besten Ergebnisse werden mit Polymerisaten erhalten, welche wenigstens 70% und vorzugsweise wenigstens 90% an von Propylen abstammenden Einheiten in ihrem Molekül enthalten. Selbstverständlich kann man auch Mischungen von Polyolefinen untereinander oder mit anderen Polymerisaten verwenden. Im letzteren Fall wird es jedoch bevorzugt, wenn wenigstens 50 Gew.-% und vorzugsweise wenigstens 75 Gew.-% an Polyolefinen in der Mischung vorhanden sind. Falls man mehrere Polyolefine einsetzt, muß die Temperatur des Kalandrierens wenigstens gleich der Schmelztemperatur des Polyolefins mit der tiefsten Schmelztemperatur sein. Vorzugsweise ist sie wenigstens gleich der Schmelztemperatur des Polyolefins, welche die höchste Schmelztemperatur bzw. den höchsten Schmelzpunkt besitzt.
Wenn man die bevorzugte Ausführungsform anwendet, gemäß der Polymerisate von Propylen eingesetzt werden, wird die Temperatur des Kalandrierens vorzugsweise zwischen 172°C und 190°C ausgewählt.
Das Polyolefin kann in einer beliebigen Form eingesetzt werden, welche das Gemisch mit den pflanzlichen Fasern ermöglicht. Vorzugsweise ist es frei von groben Teilchen. So kann das Harz in Form eines Pulvers, von Schnitzeln, Teilchen, Fibrillen, Fasern oder Faserabfällen usw. vorliegen.
Das Polyolefin kann vorteilhafterweise übliche Zusatzstoffe wie Stabilisatoren, Gleitmittel, antistatische Mittel oder Fungizide usw. enthalten. Darüber hinaus kann es Pigmente, farbgebende Materialien, Füllstoffe, usw. enthalten.
Die pflanzlichen Fasern können ebenfalls beliebiger Natur sein und sie liegen vorzugsweise in Form von Teilchen mit einer mittleren Abmessung zwischen 0,1 und 3 mm vor. Diese Teilchen können insbesondere Holzmehl oder Sägemehl, gehacktes Stroh, Textilfasern usw. sein, wobei die Möglichkeit des Einsatzes von Fasern, die aus harzartigem Holz herrühren, wie Sägemehl von Tannen oder von Eukalyptus überhaupt nicht ausgeschlossen ist.
Es wurde gefunden, daß die Arbeitsweise der Überführung zu Folien oder Bahnen durch Kalandrieren in der Wärme gemäß der Erfindung zu Produkten führt, die ein verbessertes Oberflächenaussehen besitzen: die Folien bzw. Bahnen weisen an der Oberfläche eine feine, kontinuierliche und glatte Haut aus Polyolefin auf.
Darüber hinaus weisen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Folien oder Bahnen eine sehr gute Beständigkeit gegenüber einer Wasserabsorption auf, wenn sie in feuchter Atmosphäre angeordnet werden. Daher behalten sie ihre ausgezeichneten, mechanischen Eigenschaften und insbesondere eine ausgezeichnete Biegefestigkeit bei, selbst wenn der Wert der relativen Feuchtigkeit der Umgebung sehr hoch liegt.
Solche Folien können bei zahlreichen Anwendungen verwendet werden, für welche sie in ihre endgültige Form durch Thermoverformung überführt werden können. Ebenfalls können sie beispielsweise vor einer Thermoverformung mit einer dekorativen Haut beschichtet werden, um ihr Aussehen zu verbessern. Man verwendet sie beispielsweise zur Herstellung von Armaturenbrettern oder Türverkleidungen in der Kraftfahrzeugindustrie.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand eines praktischen Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Bei der Durchführung dieses Beispiels wurde die in der Figur der Zeichnung schematisch dargestellte Vorrichtung verwendet, welche einen Innenmischer mit Stempel 1, einen Bandförderer 2, welcher die von dem Innenmischer angelieferten Dosismengen oder Chargen 3 auf die Walzen eines Außenmischers 4 überführt, eine Kalandriervorrichtung 5 mit vier geheizten Walzen, die in L-Form angeordnet sind, eine Transporteinrichtung 6, welche das auf der Walze 8 des Außenmischers abgenommene Band 7 in den ersten Spalt der Kalandriervorrichtung überführt und eine Kühlbahn 9 umfaßt.
Beispiel
In den Innenmischer 1 der Fig. 1 wurden durch aufeinander folgende Dosierung 5 kg einer Masse eingeführt, welche in Gewichtsteilen enthielt:
500 TeilePolypropylen 500 TeileHolzmehl (mittlere Abmessung=0,4 mm) 0,5 TeileCalciumstearat 0,5 Teile2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol 0,5 TeileGlyzerinmonostearat.
Der Innenmischer (Typ GK5 von Werner & Pfleiderer) wurde auf 170°C vorerhitzt, und der Mischzyklus betrug 90 Sekunden. Die Arbeitsleistung betrug 40 bis 50 kgm. Die von dem Innenmischer abgegebenen Dosismengen oder Chargen wurden auf den auf 175°C gebrachten Walzen eines Berstorff-Außenmischers aufgenommen. Auf der Walze 8 wurde ein Band von 5 cm Breite abgenommen, welches in den ersten Spalt der Kalandriervorrichtung überführt und hierbei verteilt wurde. Die nachfolgenden Walzen der Kalandriervorrichtung waren auf 185°C, 182°C, 182°C bzw. 172°C gehalten. Das von der letzten Kalandrierwalze austretende Band bzw. die hier austretende Bahn besaß eine gleichförmige Stärke von 1,5 mm, und sein bzw. ihr Oberflächenaussehen nach dem Abkühlen und Verfestigen in der Kühlbahn 9 war ausgezeichnet.
Eine Probe der Folie wurde einem Biegefestigkeitsversuch unterworfen, wobei ein Wert von 380 kg/cm² gefunden wurde.
Aus der Folie wurde eine Probe von 100 mm×100 mm ausgeschnitten und dem folgenden Test unterworfen.
Nach dem Überziehen der Schnittflächen der Probe mit Paraffin wurde die Probe ausgewogen und anschließend während 24 Stunden in auf 23°C gehaltenem Wasser eingetaucht. Nach dieser Zeitspanne wurde die Probe entnommen, mit einem Filterpapier abgetrocknet, wobei darauf geachtet wurde, daß das Paraffin nicht weggewischt wurde, und die Probe wurde erneut ausgewogen. Die Gewichtsdifferenz vor und nach dem Eintauchen, bezogen auf das Gewicht vor dem Eintauchen, ergibt die prozentuale Wasserabsorption.
Es wurde gefunden, daß sich dieser Prozentsatz auf 4% für die untersuchte Probe belief.
Es wurde ein neuer Biegefestigkeitsversuch an der Probe durchgeführt, die dem Wasserabsorptionstest unterworfen worden war, und es wurde gefunden, daß sich der Wert immer noch auf 380 kg/cm² belief.
Zum Vergleich wurde mit größtmöglicher Sorgfalt eine Folie aus der gleichen Masse nach der Extrusionsarbeitsweise unter Zuhilfenahme eines Plattenspritzwerkzeuges hergestellt.
Bei dem Wasserabsorptionsversuch wurde gefunden, daß sich der Prozentsatz der Absorption auf 8% belief. Darüber hinaus wurde gefunden, daß die Biegefestigkeit der Folie nach dem Eintauchen nur mehr 75% der Biegefestigkeit der dem Eintauchtest nicht unterworfenen Probe betrug.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von Folien oder Bahnen mit einer hohen Wasserabsorptionsbeständigkeit aus einem Gemisch aus pflanzlichen Fasern und Polyolefin, dadurch gekennzeichnet, daß man ein homogenes Gemisch aus 25 bis 75 Gew.-% pflanzlichen Fasern in Form von Teilchen mit einer mittleren Abmessung zwischen 0,1 und 3 mm und aus 75 bis 25 Gew.-% geschmolzenem Polyolefin, welches gegebenenfalls übliche Zusatzstoffe wie Stabilisatoren und Gleitmittel enthalten kann, herstellt, und daß man das Überführen dieses Gemisches zu einer Folie oder Bahn durch Heißkalandrieren auf einem Kalander durchführt, bei welchem wenigstens die beiden ersten Walzen auf der Oberfläche auf eine Temperatur gebracht sind, welche zwischen der Schmelztemperatur des Polyolefins plus 2°C und der gleichen Temperatur plus 20°C liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das homogene Gemisch aus pflanzlichen Fasern und geschmolzenem Polyolefin in einem Innenmischer mit Stempel durch Einführen der Bestandteile in dosierten Mengen hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das homogene Gemisch aus pflanzlichen Fasern und geschmolzenem Polyolefin, welches aus dem Innenmischer mit Stempel austritt, auf einem Außenmischer mit Walzen aufgenommen wird, welcher die aufeinander folgenden Dosismengen des von dem Innenmischer angelieferten Gemisches zu einem kontinuierlichen Band überführt, welches in eine Heißkalandriervorrichtung eingeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das homogene Gemisch aus pflanzlichen Fasern und geschmolzenem Polyolefin durch Extrusion hergestellt wird, und daß es in Form eines Stranges abgegeben wird, der durch Heißkalandrieren zu einer Folie bzw. Bahn überführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das homogene Gemisch aus pflanzlichen Fasern und geschmolzenem Polyolefin vor dem Kalandrieren auf eine Temperatur gebracht wird, welche wenigstens gleich dem Schmelzpunkt des Polyolefins ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißkalandrieren auf einem Kalander durchgeführt wird, bei welchem alle Walzen an der Oberfläche auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Polyolefins gebracht sind.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man Polyolefine, welche nur monomere, von Olefinen mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen in ihrem Molekül abstammende Einheiten enthalten, verwendet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man Polyolefine einsetzt, welche wenigstens 70% Propylen-Einheiten in ihrem Molekül enthalten, und daß man die Kalandriertemperatur zwischen 172°C und 190°C wählt.
DE19762635957 1975-08-29 1976-08-10 Verfahren zur herstellung von folien bzw. bahnen aus einem gemisch aus pflanzlichen fasern und polyolefinen Granted DE2635957A1 (de)

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