DE4026068A1

DE4026068A1 - Verfahren zur herstellung von verbundwerkstoffen nach dem prinzip der heissverklebung

Info

Publication number: DE4026068A1
Application number: DE19904026068
Authority: DE
Inventors: Hans Immo Sachs; Peter Kasperek; Ulrich Dr Liman; Werner Dr Rasshofer; Joachim Dr Wagner
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1990-08-17
Filing date: 1990-08-17
Publication date: 1992-02-20

Description

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstel lung von gegebenenfalls mehrschichtig zusammengesetzten Verbundwerkstoffen, insbesondere Formkörpern auf Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, lignocellu losehaltigen Materialien und aromatischen Polyiso cyanaten als Bindemittel.

Die DE-OS 38 40 167 beschreibt ein Verfahren zur Herstel lung von ein- oder mehrschichtigen Formkörpern aus Klein- und Kleinstteilen aus bestimmten Polyisocyanat- Polyadditionsprodukten unter der Einwirkung von Hitze und Druck, wobei als Hilfsmittel u. a. auch organische Polyisocyanate mitverwendet werden können. Es hat sich aber gezeigt, daß es in den nach diesem Verfahren her gestellten Formkörpern zu Desintegrationserscheinungen kommen kann, insbesondere wenn in ein- und demselben Aufbau Materialien mit stark unterschiedlichen Eigen schaften, beispielsweise stark unterschiedlicher Ober flächenspannung oder unterschiedlicher Härte oder Dichte miteinander verpreßt werden sollen. Derartige Schwierigkeiten treten insbesondere auch dann auf, wenn Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte, die innere Trenn mittel aufweisen, miteinander verpreßt oder wenn bei spielsweise lackierte und unlackierte Materialien mit einander zu einem Verbund vereinigt werden sollen.

Es war daher die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ein neues Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern zur Verfügung zu stellen, welches einerseits nicht mit den genannten Nachteilen behaftet ist und andererseits für die Herstellung von Verbundkörpern auf Basis der unterschiedlichsten Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte geeignet ist.

Diese Aufgabe konnte mit der Bereitstellung des nach stehend näher beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst werden. Das erfindungsgemäße Prinzip besteht im wesentlichen darin, Gemische aus Polyisocyanat-Poly additionsprodukten in zerkleinerter Form mit ligno cellulosehaltigen Materialien in ebenfalls zerkleinerter Form unter Verwendung von aromatischen Polyisocyanaten einer Heißverklebung zu unterziehen. Aufgrund der Mit verwendung der lignocellulosehaltigen Materialien ist das nachstehend näher beschriebene erfindungsgemäße Ver fahren zur Herstellung von Verbundkörpern auf Basis von beliebigen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten anwend bar, insbesondere auch auf Basis von solchen Ausgangs materialien, die Verstärkungsstoffe der unterschied lichsten Art enthalten, wobei stets wertvolle Verbund werkstoffe erhalten werden, so daß auf diese Weise eine sinnvolle Verwendung von Polyisocyanat-Polyadditions produkten, die als Nebenprodukte oder Abfall bei der Produktion von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten anfallen, oder ein Recycling von alten Kunststoffmate rialien ermöglicht wird.

Es war zwar bereits bekannt, aus lignocellulosehaltigen Materialien mit Hilfe von aromatischen Polyisocyanaten als Bindemittel Verbundkörper herzustellen (DE-OS 27 11 958 bzw. DE-OS 29 21 681), jedoch sind diesen Vor veröffentlichungen keinerlei Anregungen zu entnehmen, wie Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte der beim erfin dungsgemäßen Verfahren als Komponente A) einzusetzenden Art in zerkleinerter Form zu hochwertigen Werkstoffen verarbeitet werden könnten.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Her stellung von Verbundwerkstoffen nach dem Prinzip der Heißverklebung, dadurch gekennzeichnet, daß man

A) gegebenenfalls Verstärkungsstoffe aufweisende Poly isocyanat-Polyadditionsprodukte des Dichtebereichs 40 bis 2000 kg/m³ in zerkleinerter Form und
B) lignocellulosehaltige Materialien in zerkleinerter Form in einer Menge von 1 bis 99 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten A) und B), unter Verwendung von
C) aromatischen Polyisocyanaten mit einem NCO-Gehalt von 5 bis 32 Gew.-% und einer Viskosität bei 23°C von 10 bis 10000 mPa·s in einer Menge von 1 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten A) und B), als Bindemittel,
gegebenenfalls unter Mitverwendung von
D) weiteren Hilfs-, Füll- und Verstärkungsstoffen

bei einem Druck von 10 bis 1000 bar bei 80 bis 250°C miteinander verpreßt, wobei die Komponenten A) und B), sowie gegebenenfalls D) in Abmischung miteinander und/oder schichtweise zum Einsatz gelangen.

Bei der Komponente A) handelt es sich um Polyisocyanat- Polyadditionsprodukte der aus der Polyurethanchemie an sich bekannten Art des Dichtebereichs 40 bis 2000 kg/m³, vorzugsweise 400 bis 2000 g/m³. Diese Polyisocyanat- Polyadditionsprodukte können somit eine praktisch be liebige Dichte aufweisen, ausgehend von der Dichte leichter Schaumstoffe bis zur Dichte von hochgefüllten, massiven Kunststoffen. Es kann sich bei den Polyiso cyanat-Polyadditionsprodukten somit auch um solche handeln, bei deren Herstellung Füll- und Verstärkungs stoffe wie beispielsweise Bariumsulfat, Kieselgur, Schlämmkreide, Mica oder insbesondere Glasfasern, LC- Fasern, Glasflakes, Glaskugeln, gegebenenfalls be schichtete Polypropylen-, Aramid- oder sonstige Kunst stoffasern oder Kohlefasern oder Matten, Gestricke, Gewirke oder Gewebe aus diesen Materialien in Mengen von bis zu 80 Gew.-%, vorzugsweise von bis zu 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der gefüllten bzw. ver stärkten Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte mitverwen det worden sind. Es kann sich jedoch auch um solche Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte handeln, bei deren Herstellung, gegebenenfalls Bohrungen oder Durchbrüche aufweisende, Flächengebilde aus Holz, massivem, gegebe nenfalls verstärktem Kunststoff oder Metall als Stütz elemente mitverwendet worden sind, wie sie beispiels weise bei der Herstellung von umschäumten Schalttafeln, Konsolen, Dachhimmeln oder Armaturenbrettern oder zur Herstellung sonstiger Innenverkleidungen im Fahrzeugbau zum Einsatz gelangen. Bei der anschließenden Zerkleine rung von derartige Verstärkungsstoffe enthaltenden Poly isocyanat-Polyadditionsprodukten fallen naturgemäß ent sprechende Klein- und Kleinstteile an, in denen diese Verstärkungsstoffe in entsprechend zerkleinerter Form vorliegen.

Vorzugsweise weisen die Polyisocyanat-Polyadditions produkte A) eine Härte Shore D von 70 bis 100 auf. Die Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte A) kommen in zer kleinerter Form, d. h. in Form von Granulaten, Schnipsel, Flocken, Spänen oder Mehl zum Einsatz, wobei mindestens 80 Gew.-% der genannten Teilchen ein Sieb der Maschenweite 5 cm, vorzugsweise der Maschenweite 1 cm und besonders bevorzugt der Maschenweite 0,5 cm passieren.

Die Art der Herstellung der Polyisocyanat-Polyadditions produkte A) ist nicht erfindungswesentlich. In Betracht kommen beliebige geschäumte oder nicht-geschäumte, ge füllte oder nicht-gefüllte Polyisocyanat-Polyadditions produkte, insbesondere Polyurethankunststoffe der an sich bekannten Art. Bezüglich der Herstellung dieser Materialien kann daher auf die einschlägige Literatur verwiesen werden (vgl. z. B. Kunststoff-Handbuch, Band 7, "Polyurethane", herausgegeben von Dr. Günter Oertel, Carl Hanser Verlag, München, Wien (1983)). Besonders gut geeignet sind insbesondere auch Polyisocyanat-Poly additionsprodukte wie sie gemäß DE-OS 38 40 167 zum Einsatz gelangen. Die Herstellung der beim erfindungs gemäßen Verfahren einzusetzenden Klein- und Kleinstteile kann beispielsweise durch Schneiden, Spanen, Hacken, Sägen oder Mahlen in z. B. Schneid- oder Prallmühlen erfolgen.

Bei der Komponente B) handelt es sich um lignocellulose haltige Materialien, beispielsweise um Holzspäne, wie sie zur Herstellung von Spanplatten verwendet werden, ferner um Granulate, Späne, Fasern oder Mehl aus Rinde, Kork, Holz, Reisschalen oder Stroh. Die lignocellulose haltigen Materialien B) weisen oftmals einen Wasserge halt von bis zu 35 Gew.-% auf. Die Teilchengröße wird ebenfalls so gewählt, daß mindestens 80 Gew.-% ein Sieb der Maschenweite 5 cm, vorzugsweise der Maschenweite 1 cm und besonders bevorzugt der Maschenweite 0,5 cm passieren.

Die lignocellulosehaltigen Materialien B) kommen beim erfindungsgemäßen Verfahren in einer Menge von 1 bis 99 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 80 Gew.-% und insbesondere 40 bis 60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Kom ponenten A) und B) zum Einsatz.

Bei den als Bindemittel eingesetzten Polyisocyanaten C) handelt es sich um solche mit ausschließlich aromatisch gebundenen Isocyanatgruppen und einem Isocyanatgehalt von 5 bis 32, vorzugsweise 25 bis 32 Gew.-% und einer Viskosität bei 23°C von 10 bis 10000, vorzugsweise von 50 bis 600 mPa·s.

Geeignet sind beispielsweise die in EP-B-00 81 701, Kolonne 3, Zeile 30 bis Kolonne 4, Zeile 25 genannten aromatischen Verbindungen, wobei die dort als bevorzugt herausgestellten Polyisocyanate auch im Rahmen der vor liegenden Erfindung als Komponente C) bevorzugt sind. Besonders bevorzugt werden die obigen Ausführungen ent sprechenden, gegebenenfalls durch partielle Urethanisie rung und/oder Carbodimidisierung der Isocyanatgruppen modifizierten, Polyisocyanatgemische der Diphenylmethan reihe eingesetzt.

Die Komponente C) kommt beim erfindungsgemäßen Verfahren in einer Menge von 1 bis 25, vorzugsweise 2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten A) und B) zum Einsatz.

Vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können dem der Heißverpressung zuzuführenden System weitere Hilfsmittel D) zugemischt werden, um die Eigen schaften der resultierenden Verbundkörper zu verbessern. Hierzu gehören beispielsweise Antistatika, Antifouling mittel, Mikrobenschutzmittel, Flammschutzmittel, Mittel zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit, Verstär kungsstoffe wie Glas- oder Kohlefasern oder -matten oder Füllstoffe wie Bariumsulfat oder Glimmer, insbesondere auch Gummi- und PUR-RIM-Granulat oder auch Granulat aus anderen Kunstharzen wie beispielsweise solchen aus Poly amid oder Polyolefin. Besonders wichtig ist die oftmals erfolgende Mitverwendung von gegebenenfalls oberflächen modifizierten, flächigen Verstärkungsstoffen wie Ge weben, Gewirken, Matten etc. aus organischen oder anor ganischen Fasern, Holzfurnieren, Melaminharzfolien, Schaummatten, wie sie zur Geräuschdämmung eingesetzt werden, als äußerster Schicht. In solchen Fällen ent stehen Verbundkörper mit einer aufkaschierten Dekor- oder Verstärkungsschicht. Auch die Mitverwendung von gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähigen organischen Verbindungen, inbesondere von höhermolekularen Poly ether- oder Polyesterpolyolen in unterschüssigen Mengen, bezogen auf die Isocyanatgruppen der Komponente C), ist prinzipiell möglich, im allgemeinen jedoch nicht erfor derlich.

Die Ausgangskomponenten A), B) und die gegebenenfalls mitverwendeten weiteren Hilfsmittel D) können vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Ge mische vorgelegt und/oder, soweit es sich nicht um Flüssigkeiten wie die beispielsweise als Hilfsmittel D) in Betracht kommenden Polyhydroylverbindungen handelt, schichtweise übereinander angeordnet werden. Auf jeden Fall muß dafür Sorge getragen werden, daß die der erfin dungsgemäßen Heißverpressung zuzuführenden Gemische bzw. Aufbauten das als Bindemittel verwendete Polyisocyanat C) in ausreichender Menge und feinverteilter Form ent halten. Bei der Verwendung von Gemischen der genannten Ausgangsmaterialien kann hierzu entweder das vorab her gestellte Gemisch mit einer geeigneten Menge des Binde mittels C) vermischt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, mindestens eine Komponente des Gemischs, beispielsweise die Komponente B) mit einer geeigneten Menge des Bindemittels zu vermischen und die restlichen Komponenten mit der so vorbehandelten Komponente B) ab zumischen. Falls bei der Durchführung des erfindungsge mäßen Verfahrens ein Schichtaufbau zum Einsatz gelangt, muß selbstverständlich dafür Sorge getragen werden, daß jede einzelne Schicht für sich selbst mit einer geeig neten Menge des Bindemittels vermischt ist.

Die Herstellung der Verbundkörper erfolgt in geeigneten Werkzeugen wie beispielsweise Plattenwerkzeugen oder einfach zwischen zwei Metallplatten, zwischen denen ein komprimierbarer Rahmen das heißzuverklebende Gemisch enthält.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens er folgt bei einem Druck von 10 bis 1000, vorzugsweise 50 bis 400 bar und bei einer Temperatur von 80 bis 250°C, vorzugsweise 120 bis 200°C. Die Formstandzeiten liegen im allgemeinen, abhängig von der Schichtdicke, zwischen 10 sec und 20 min, vorzugsweise zwischen 1 min und 10 min, besonders bevorzugt zwischen 2 und 6 min.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Teile können Fertigteilcharakter haben oder auch als Halbzeug ausgebildet sein, um beispielsweise in einem weiteren Arbeitsgang einzeln oder im Verbund mit belie bigen weiteren Materialien zu Fertigartikeln verarbeitet zu werden, z. B. zu sogenannten Tischlerplatten. Weiter können Inserts etc. mitverarbeitet werden, die eine spätere Fixierung des hergestellten Artikels an einem anderen Gegenstand erleichtern.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Herstellung von besonders hochwertigen Verbundkörpern, die den unterschiedlichsten Verwendungszwecken zugeführt werden können. So eignen sich die erfindungsgemäßen Verbund körper beispielsweise in Form von Hohlkörpern für Ein sätze, Becher, Behälter verschiedener Abmessungen und Inhalte, als Träger für Armaturentafeln, Schaltkonsolen, Fahrzeugtür-Innenverkleidungen, Lenkradsäulen-Verklei dungen, für flächenförmige Fahrzeug-Karosserieelemente wie Türblätter, Seitenteile, Kotflügel oder Motorraum und Kofferraumhauben, sowie Radkappen und für Ringe für Glaskolben nach dem Deutschen Gebrauchsmuster 75 04 257.

In flacher Form eignen sich die Verbundkörper auch für Schreibunterlagen, Anzeigetafeln mit Magnethalterungen, Klebeschildern, Schutzfolien und Beschichtungen für die verschiedensten Zwecke. Erfindungsgemäße Verfahrens produkte können auch in Form von kleinen Formteilen wie Tastaturelementen, hartelastischen Dichtungsteilen und Manschetten, Griffmulden und Griffkörpern, kleinen Dämpfungselementen, Unterleg- und Distanzscheiben Ver wendung finden.

Die erfindungsgemäßen Verfahrensprodukte können auch zur Herstellung von versteiften und unversteiften Profilen für Kabelkanäle und Dichtungslippen oder zur Herstellung von beliebigen anderen, massiven kleinen Körpern verwen det werden. Verwendungen sind auch z. B. im Sport- oder Bausektor für Fußböden- oder Wandbeläge denkbar. Für solche Zwecke können sie gleich mit Feder und Nut aus gebildet werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen nach dem Prinzip der Heißverklebung, dadurch ge kennzeichnet, daß man

A) gegebenenfalls Verstärkungsstoffe aufweisende Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte des Dichtebereichs 40 bis 2000 kg/m³ in zerklei nerter Form und
B) lignocellulosehaltige Materialien in zerklei nerter Form in einer Menge von 1 bis 99 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten A) und B),

unter Verwendung von

C) aromatischen Polyisocyanaten mit einem NCO- Gehalt von 5 bis 32 Gew.-% und einer Viskosi tät bei 23°C von 10 bis 10000 mPa·s in einer Menge von 1 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten A) und B), als Bindemittel,

gegebenenfalls unter Mitverwendung von

D) weiteren Hilfs-, Füll- und Verstärkungs stoffen

bei einem Druck von 10 bis 1000 bar bei 80 bis 250°C miteinander verpreßt, wobei die Komponenten A) und B), sowie gegebenenfalls D) in Abmischung miteinander und/oder schichtweise zum Einsatz ge langen.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte A) harte, gegebenenfalls Verstärkungsstoffe enthalten de Polyurethankunststoffe des Dichtebereichs 400 bis 2000 kg/m³ und einer Härte Shore D von 70 bis 100 verwendet.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß man die lignocellulosehaltigen Materialien B) in einer Menge von 20 bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten A) und B), verwendet.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die in zerkleinerter Form zur Anwen dung gelangenden Ausgangskomponenten A) und B) je weils eine solche Korngröße aufweisen, daß sie zu 80 Gew.-% ein Sieb mit der Maschenweite 1 cm passieren.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß man als Bindemittel C) ein, gegebe nenfalls durch partielle Urethanisierung und/oder Carbodiimidisierung der Isocyanatgruppen modifi ziertes Polyisocyanatgemisch der Diphenylmethan reihe mit einem NCO-Gehalt von 25 bis 32 Gew.-% und einer Viskosität bei 23°C von 50 bis 600 mPa·s in einer Menge von 2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten A) und B), verwen det.