DE3882758T2 - Verstärkte Polymerplatte. - Google Patents
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Description
- Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung einer verstärkten Polymerplatte mittels Papierherstellungstechnologie, ausgehend von einer wässrigen Dispersion eines teilchenförmigen thermoplastischen Polymers und verstärkenden Fasern mit einer Mindestänge von 2 mm.
- Es ist bekannt, faserverstärkte Polymer-Erzeugnisse mittels verschiedener Verfahren zu erzeugen, z.B. Extrudieren von Schmelzen einer faserenthaltenden Polymerzusammensetzung zur Bildung von Folien, Filmen, Platten, Rohren, Rohrleitungen, Profilen usw., Kalandrieren von ähnlichen Zusammensetzungen zur Bildung von Folien oder Filmen, Spritzgießen, Blasformen und Formpressen von ähnlichen Zusammensetzungen zur Bildung von gepreßten Gegenständen, insbesondere jenen mit einer verminderten Wanddicke, z.B. Becher, Flaschen und anderer Behältnisse. Solche Techniken bieten keine besonderen Probleme, vorausgesetzt daß Stapelfasern von verhältnismäßig kurzer Länge, d.h. mit einer Länge von weniger als 2 mm, verwendet werden. Mit längeren Fasern werden zur Zeit sehr wenige der vorgenannten Techniken in einem wirklich handelsüblichen Umfang praktiziert, weil es sehr beschränkte Möglichkeiten zur Erreichung des gewünschten Grades von Homogenität in dem Gemisch von Faser und Polymer gibt, in dem Augenblick, wo ein genaues Pressen oder Formgeben im Begriff ist, durchgeführt zu werden. Weil die verstärkende Wirkung eine Funktion der Faserlänge ist, besteht ein allgemeiner Anreiz, längere Fasern zu verwenden, beispielsweise mit einer Länge von mindestens 5 mm.
- Es ist vorgeschlagen worden, das Problem, das sich auf die Verarbeitung von langen verstärkenden Fasern in Thermoplasten bezieht, durch eine vollständig unterschiedliche Technologie zu lösen, die ein Papierherstellungsverfahren ist, basierend auf Verwendung eines thermoplastischen Polymers in Teilchenform, beispielsweise eines Puders oder von Granulaten, die auf eine sehr geringe Teilchengröße gemahlen worden sind, als Bindemittel für die Fasern. Demzufolge wird ein Papier erzeugt, wenn die Fasern Cellulosefasern sind, oder es kann ein papierähnliches Material oder ein synthetisches Papier aus Metallfasern, Glasfasern, Kohlenstoffasern, Nylonfasern, Polyaramidfasern. usw. erzeugt werden.
- Die kommerzielle Entwicklung dieser unterschiedlichen Technologie hängt von der Verwendung von Olefinpolymeren, z.B. Polyethylen, Polypropylen oder Polybuten als Bindemittelpolymer ab (vgl. EP-A 69650, EP-A 100726, EP-A 180863 und FR-A 2530274). Die Bindungseigenschaften solcher Polyolefine sind jedoch ziemlich schlecht, am wahrscheinlichsten wegen ihrer ausgesprochen hydrophoben Eigenschaften. Deswegen ist es notwendig, verschiedene grenzflächenaktive Verbindungen, Detergentien oder Flockungsmittel zu verwenden, um die Benetzbarkeitsleistung zu verbessern. Diese Hilfsmittel hätten sogar bei verschiedenen Stufen des Papierherstellungsverfahrens verwendet werden können, was bezeichnenderweise die Technologie kompliziert. Daher ist es ein Bedürfnis, ein vereinfachtes Verfahren aufzufinden.
- Unerwarteterweise haben die Anmelderinnen gefunden, daß ein anderes thermoplastisches Polymer eine sehr attraktive Befeuchtungsfähigkeit besitzt und daß es keine strikte Notwendigkeit ist, die vorgenannten Hilfsmittel anzuwenden. Dieses Polymer ist ein alternierendes Copolymer von Kohhlenmonoxid und einer olefinisch ungesättigten Verbindung, vorausgesetzt, daß sein durchschnittliches Molekulargewicht mindestens 2000, vorzugsweise mindestens 6000, ist.
- Daher bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Erzeugung einer faserverstärkten Polymerplatte mittels Papierherstellungstechnologie, ausgehend von einer wässrigen Dispersion eines teilchenförmigen thermoplastischen Polymers mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von mindestens 2000 und von Fasern mit einer Mindestlänge von 2,0 mm, wobei die Fasern in einer Menge von 5 bis 450 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteile des Polymers verwendet werden, mit dem kennzeichnenden Merkmal, daß das Polymer ein alternierendes Copolymer von Kohlenmonoxod und einer olefinisch ungesättigten Verbindung ist und daß das Verfahren in Abwesenheit einer grenzflächenaktiven Verbindung, eines Detergens oder eines Flockungsmittels durchgeführt wird. Die Fasern werden vorzugsweise in einer Menge von 20 bis 200 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteile Copolymer angewendet.
- Die Teilchengröße des Copolymers sollte derart sein, daß eine adäquate Handhabung des Produkts in der Maschinerie erhalten wird. Die Anwesenheit von Teilchen, die sowohl zu klein als auch zu groß für diesen Zweck sind, ist zu vermeiden. Bevorzugte Teilchengrößen betragen 0,01 bis 0,75 mm, am besten sind sie ausgewählt aus dem Bereich von 0,05 bis 0,3 mm. Bevorzugte Faserlängen sind mindestens 4,5 mm.
- Alternierende Copolymere von olefinisch ungesättigten Verbindungen und Kohlenmonoxid sind als solche bekannt. Sie können mittels eines katalytischen Copolymerisationsverfahrens hergestellt werden, wie es z.B. in der EP-A 121965 und EP-A 181014 beschrieben ist.
- Der in dieser Beschreibung verwendete Ausdruck "Copolymer" schließt Terpolymere einer olefinisch ungesättigten Verbindung, z.B. Ethylen, Kohlenmonoxid und eine andere olefinisch ungesättigte Verbindung, wie Styrol, Norbornen, Propylen, Buten-1, Decen, Vinylacetat usw. ein.
- Der hierin verwendete Ausdruck "alternierend" definiert jene Copolymere mit der allgemeinen Formel
- &lsqbstr; A - CO &rsqbstr;ν
- in welcher Einheiten -A- sich von der olefinisch ungesättigten Verbindung, Z.B. -CH&sub2;CH&sub2;-, in einem Copolymer von Ethylen und Kohlenmonoxiod ableiten. In einem Terpolymer sind einige der Einheiten -A- durch eine Einheit einer anderen olefinisch ungesättigten Verbindung ersetzt. Eine solche Substitution bewirkt eine Herabsetzung des Schmelzpunktes des Kohlenmonoxid-Copolymers. Bevorzugte Terpolymere sind solche von Ethylen, Propylen und Kohlenmonoxid mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 215 bis 240ºC. Bevorzugte Copolymere sind Copolymere von Ethylen und Kohlenmonoxid.
- Die Durchführung des Verfahrens der Erfindung stellt keine Probleme für den Fachmann dar. Eine homogene Dispersion der verstärkenden Fasern und der Polymerteilchen in Wasser wird auf die Filterpartie einer Papierherstellungsmaschine gebracht, das Wasser wird abgeleitet, so daß man nach dem Trocknen bei erhöhter Temperatur eine selbsttragende Folie von verstärktem Polymer erhält. Für die weitere Bearbeitung können mehrere dieser Folien aufeinandergeschichtet und bei einer Temperatur um oder oberhalb des Schmelzpunktes des Polymers formverpreßt werden.
- Ein Formpressen kann auch mit auf Stapel gesetzten Folien durchgeführt werden, die zusammengebracht worden sind, um eine Verbundfolie von erhöhter Dicke in einem vorherigen formgebenden Arbeitsgang, z.B. Kalandern, zu bilden, bei dem von Klebefolien oder Beschichtungen auf verschiedenen Schichten von Folien Gebrauch gemacht wird.
- Die verstärkten Copolymerzusammensetzungen der Erfindung können weiterhin zahlreiche Zusätze, wie Füllstoffe, Farbstoffe, Weichmacher, Hitzebeständigkeitsmittel oder Antioxidantion enthalten. Andere polylymere Bestandteile können ebenfalls eingearbeitet werden, z.B. Polyethylen oder Polypropylen, und es ist auch möglich, Hybride als verstärkende Fasern zu verwenden.
- Die Erfindung wird an Beispielen veranschaulicht, die nicht zur Begrenzung des Umfangs der Arbeitsbedingungen für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung bestimmt sind.
- Ein Pulver eines Ethylen/Propylen/Kohlenmonoxid-Terpoly mers mit einem kristallinen Schmelzpunkt von 221ºC und einer Grenzviskosität von 1,01 dl.g&supmin;¹ (bestimmt in m-Cresol bei 85ºC) wurde in demineralisiertem Wasser, das keinerlei grenzflächenaktive Verbindungen oder Flockungsmittel enthielt, zu einer dichten Suspension verrührt. Dann wurden verschiedene Fasern zugegeben, wie es in der nachstehenden Tabelle angezeigt ist. Alle Fasern hatten eine Länge von 6 mm. Die Fasern wurden mittels kräftigem kontinuierlichem Rühren der Suspension mit einem Feststoffgehalt von 1 g.l&supmin;¹ defibriert. Dann wurde die Suspension auf ein Filter gegossen, das Wasser wurde ablaufen gelassen. Die erhaltene selbsttragende Folie wurde zwischen zwei Schichten von Filterpapier angeordnet und mit einer schweren Walze gewalzt, um das meiste Wasser in der feuchten Folie zu absorbieren. Endtrocknen wurde durch Trocknen über Nacht bei Raumtemperatur und in einem Vakuumofen unter Stickstoff bei 50ºC drei Stunden lang durchgeführt.
- Jede einzelne Folie wurde in einer heißen Presse unter Verwendung von 1 mm dicken Metallunterlagen formgepreßt.
- Vier formgepreßte Folien wurden aufeinandergelegt, in einem Ofen bei 110ºC vorerhitzt und ein weiteres Mal bei 235ºC formverpreßt, um eine Testplatte it einer Dicke von 0,7 bis 1,0 mm zu erhalten. Zum Vergleichszweck wurden einzelne Folien von Terpolymeren durch Formpressen des Terpolymerpulvers bei der gleichen Temperatur erzeugt. Vier derartig erhaltene Folien wurden dann aufeinandergestapelt und bei 235ºC formverpreßt. um eine Testplatte mit einer Dicke von 0,7 bis 1,0 mm zu erhalten. In der Tabelle sind die berichteten Fasermengen Cewichtsteile je 100 Gewichtsteile des Terpolymers. Tabelle Fasern keine Glas Polyaramid Kohlenstoff Menge Zugfestigkeit,MPa E-Modul, GPa
- Alle gepreßten Proben von verstärktem Polymer zeigten eine homogene Verteilung der fibrillierten Fasern in der Polymermatrix.
Claims (8)
1. Ein Verfahren zur Erzeugung von faserverstärkten
Polymerfolien mittels Papierherstellungstechnologie, ausgehend von
einer wässrigen Dispersion eines teilchenförmigen
thermoplastischen Polymers mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht
von mindestens 2000 und Fasern mit einer Mindestlänge von 2,0
mm, wobei die Fasern in einer Menge von 5 bis 450
Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteile des Polymers verwendet werden,
dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ein alternierendes
Copolymer von Kohlenmonoxid und einer olefinisch ungesättigten
Verbindung ist und daß das Verfahren in Abwesenheit einer
grenzflächenaktiven Verbindung, eines Detergens oder eines
Flockungsmittels durchgeführt wird.
2. Ein Verfahren wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei das
Molekulargewicht des Copolymers mindestens 6000 ist.
3. Ein Verfahren wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, wobei
die Fasern in einer Menge von 20 bis 200 Gewichtsteilen je 100
Gewichtsteile des Polymers verwendet werden.
4. Ein Verfahrten wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3
beansprucht, wobei die Teilchengröße des Copolymers innerhalb
des Bereichs von 0,01 bis 0,75 mm ausgewählt ist.
5. Ein Verfahren wie in Anspruch 4 beansprucht, wobei die
Teilchengröße des Copolymers innerhalb des Bereichs von 0,05
bis 0,30 mm ausgewähhlt ist.
6. Ein Verfahren wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5
beansprucht,
wobei das Copolymer ein Terpolymer von Ethylen,
Kohlenmonoxid und Propylen ist.
7. Ein Verfahren wie in Anspruch 6 beansprucht, bei dem ein
Terpolymer mit einem Schmelzpunkt von 215 bis 240ºC verwendet
wird.
8. Ein Verfahren wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5
beansprucht, bei dem das Copolymer ein Copolymer von Ethylen und
Kohlenmonoxid ist.
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