DE60310169T2 - Verfahren und Additiv zum Zusammenfügen und Kneten von Pulvern, Formen von Lagen daraus - Google Patents

Verfahren und Additiv zum Zusammenfügen und Kneten von Pulvern, Formen von Lagen daraus Download PDF

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    • C08J2327/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08J2327/12—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
    • C08J2327/18—Homopolymers or copolymers of tetrafluoroethylene

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum trockenen Zusammenfügen und Kneten von Pulvern zum Herstellen von Lagen aus diesen.
  • Es ist bekannt, dass ein sehr bedeutendes Problem, das in verschiedenen industriellen Bereichen auftritt, in der Handhabung, Verarbeitung und Verwendung von Pulverprodukten besteht, welche häufig Schwaden bilden, mit den daraus folgenden Problemen der Umweltverschmutzung.
  • Ein Nachteil, der bei herkömmlichen Verfahren zur Handhabung von Pulvern auftritt, besteht darin, dass die hohe Flüchtigkeit dieser Pulver, wenn sie sehr fein sind, schwere Probleme bei der Verarbeitung verursachen.
  • Dieser Nachteil macht in einer Vielzahl der Fälle die Verwendung dieser Pulver praktisch unmöglich.
  • Daher ist es unmöglich, unter Nutzung dieser herkömmlich verbreiteten Verfahren zur Verarbeitung von Pulvern alle gewünschten Produktionsartikel zu erzeugen.
  • Das Dokument EP-A-O 770 659 offenbart "die mechanische Stabili tät von wässrigen PTFE-Emulsion(en)" (Seite 1, Zeilen 17–21), aber es offenbart nicht und schlägt auch nicht vor, ein solches PTFE-Material in Pulver zu dispergieren.
  • Das Dokument US-A-3 551 205 offenbart die simultane Koagulation und Ausfällung einer wässrigen PTFE-Emulsion durch starke mechanische Bewegung und somit das Bilden eines Bindemittels für eine Mischung aus Fasern und leitenden Materialien (Spalte 4, Zeilen 14–22).
  • Obgleich das zuletzt genannte Dokument Zwischenschritte des kennzeichnenden Schritts des vorliegenden Verfahrens lehrt, ist nicht ganz eindeutig, ob "getrocknetes ausgeflocktes Polytetrafluorethylen" explizit in diesem Dokument offenbart wird. "Das Ausfällen und Koagulieren von Polytetrafluorethylen in der Aufschlämmung kann durch Zugabe von Aceton zu der wässrigen Aufschlämmung während der mechanischen Bewegung gefördert werden. Wenn die Aufschlämmung gegossen wird, um ein Netz zu bilden, breitet sich Polytetrafluorethylen über das gesamte Netz aus und verbindet die Kohlenstoffpartikel mit den Fasern. Einmal getrocknet, ist das Polytetrafluorethylen resistent gegenüber den meisten organischen Lösungsmitteln und stellt eine unlösliche Komponente dar, die für den Einsatz in vielen organischen und wässrigen Elektrolytsystemen geeignet ist" (Spalte 4, Zeilen 19–28). Auf keinen Fall offenbart oder schlägt dieses Dokument die Schritte des vorliegenden Anspruchs 1 vor, geschweige denn in Verbindung mit den sich daran anschließenden Schritten.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Dementsprechend besteht die Zielstellung der vorliegenden Erfindung darin, die vorstehend genannten Nachteile zu überwinden durch Bereitstellen eines Verfahrens zum trockenen Zusammenfügen und Kneten von Pulvern zum Herstellen von Lagen aus diesen, das dafür ausgelegt ist, diese Pulver mit einer Mikrofaserbeschichtung zu beschichten, welche die Pulverpartikel aggre giert, wodurch ein Material bereitgestellt wird, das auf einfache Weise zu dünnen Lagen weiterverarbeitet oder in Schichtform gebracht werden kann.
  • Innerhalb des Rahmens der oben genannten Zielstellung besteht eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein solches Verarbeitungsverfahren und Additiv zur Verfügung zu stellen, das – wenn es für Pulvermaterialien zur Anwendung kommt – ermöglicht, die Pulverhandhabung zu verbessern und die Verschmutzung der umgebenden Umwelt durch diese Pulver zu vermeiden, wodurch auf einfache Weise ein breites Sortiment an Produktionsartikeln erzeugt werden kann.
  • Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein solches schmierendes Additiv zur Verfügung zu stellen, durch welches die damit kontaktierten Pulvermaterialien sehr gute Gleiteigenschaften erhalten, wodurch die Verarbeitung dieser Pulvermaterialien, z. B. das Formpressen und Extrudieren selbiger, ermöglicht wird.
  • Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden das oben genannte Ziel und die Aufgaben, ebenso wie noch weitere Aufgaben, die nachstehend verdeutlicht werden, durch ein Verfahren zum trockenen Zusammenfügen und Kneten von Pulvermaterialien entsprechend dem Hauptanspruch erreicht bzw. gelöst.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend verdeutlicht anhand der folgenden detaillierten Offenbarung eines Verfahrens zum trockenen Zusammenfügen und Kneten von Pulvermaterialien zum Herstellen von Lagen aus diesen, wobei das Verfahren allgemein den Schritt umfasst, mit einer kommerziell erhältlichen wässrigen Suspension oder Emulsion von Polytetrafluorethylen (-(CF2CF2)N-) zu beginnen.
  • Im Allgemeinen haben die zu verarbeitenden Pulvermaterialien eine Partikelgröße im Bereich von 1 Mikron bis 3 mm.
  • Insbesondere wird das Polymer mit Wasser verdünnt in einem Umfang, der von den Aggregations- und Absorptionseigenschaften des Pulvers abhängt, bei welchem das Polymer zur Anwendung kommt.
  • Um eine optimale Ausflockung des Polytetrafluorethylen-Materials in die wässrige Suspension oder Emulsion zu erreichen, wird es rotierend gerührt, mit einer sehr hohen Rührleistung, z. B. mit bis zu 2500 U/min, wobei das Ende der Ausflockungsbehandlung durch die Klarheit des Filtratmaterials angezeigt wird.
  • Beim Filtern wird diese Emulsion vollständig getrocknet, und das Konzentratmaterial, das dadurch erhalten wird, wird in den zu verarbeitenden Pulvermaterialien dispergiert.
  • Es sollte deutlich sein, dass die Polymermenge in Abhängigkeit von den Kohäsionseigenschaften, die den zu verarbeitenden Pulvermaterialien verliehen werden sollen, ausgewählt werden sollte.
  • Insbesondere wird die Polymermenge vorteilhafterweise zwischen einem Minimalwert von 0,2 % und einem Maximalwert von 30 % liegen.
  • Danach wird das Material des im Pulver dispergierten Konzentrats einem Knetschritt unterzogen, entsprechend herkömmlichen Knetverfahren, und es kann nachfolgend zum Herstellen von Lagen durch Laminieren weiterverarbeitet werden.
  • Das so erhaltene Material kann in einem sehr breiten Anwendungsbereich eingesetzt werden, z. B. zum Mischen von Harzen mit "gamma-absorbierenden" Metallen, für radiologische Abschirmungsanwendungen, für Verpackungsanwendungen und zum Herstellen von Umverpackungsmaterialien.
  • Außerdem kann dieses Material auch verwendet werden, um Innen- Beschichtungen für Autos bereitzustellen, zum antimagnetischen Abschirmen von elektronischen Geräten, zur Herstellung von synthetischen Marmor- und Betonmaterialien, "Hohlraumwänden", Dachziegelunterlagematerialien, ultraleichten Mauersteinen, leichten Zwischendecken usw., zum Agglomerieren von feinen chemischen Pulverprodukten und sehr feinen chemischen Pulverprodukten (SiO2, PTFE für Farbstoffe und Pigmentmaterialien usw.), für Masterbatch-Verbundmassen, Kunststoffmaterial-Agglomerate und PVC, Tinten, Farben, Gummis in der kosmetischen und pharmazeutischen Industrie und auf dem Gebiet der Galvanik und den Gebieten der Pharmazie und Lebensmittel.
  • Ferner kann dieses Material auch zur Verarbeitung von Silica, Pigmenten und Farbstoffen, feuerfesten Materialien, Schmieradditiven, Zinkborat, Molybdän, Disulfid, Graphit, feinstzerkleinertem Natriumbenzoat, Hartgummipulver, feinstzerkleinertem Polyethylen, feinstzerkleinertem PVC, Eisen- oder Kohlenstoffpulver, feinstzerkleinerten Wachsen, Talkum, Titandioxid, Aluminiumsilikat, Pulvern von Metallen wie z. B. Aluminium, Bronze, Kupfer, Gold und dergleichen, pharmazeutischen Zwischenprodukten und Tonerprodukten verwendet werden.
  • Eine weitere mögliche Anwendung besteht in der Möbelindustrie bei der Herstellung von geschäumten Paneelen, direkt bedruckten Halbfabrikaten, synthetischen Marmorprodukten, Waschbeckenteilen usw.
  • In diesem Zusammenhang sollte betont werden, dass die vorstehend genannten Produkte vom Gesichtspunkt der Umweltverschmutzung her sehr sicher wären, wodurch sie zum Beseitigen von Aschenmaterialen verwendet werden können, z. B. durch Einbetten dieser darin.
  • Aus der vorstehenden Erörterung sollte ersichtlich sein, dass die Anwendungsgebiete der Erfindung sehr unterschiedlich sein können.
  • Als eine neuartige Anwendung für diese kann die Erfindung z. B. zur Herstellung von feinstzerkleinertem Silica genutzt werden, für Farben, Polyesterharze, Gummi- und Elastomermaterialkleber, Kunststoffmaterialien, PVC, Papiermaterialien, Kabel, kosmetische und Lebensmittelprodukte, Zahnpasten sowie RTV- und HTV-Verbindungen.
  • Insbesondere macht die Verwendung der Erfindung auf diesem Gebiet es möglich, Silicapulver zu vermeiden, die fähig wären, die Umwelt zu verschmutzen, sowie Einsparungen bei der Lagerung dieser Materialien, dem Verpacken und deren Versand zu erreichen und die Uwweltbedingungen zu verbessern.
  • Außerdem ermöglichen die vorstehend genannten Produkte, die Bearbeitungs- und Verarbeitungseigenschaften aufgrund der Schmierkraft, die durch das erfindungsgemäße Additiv bereitgestellt werden, zu verbessern, wodurch die Nutzung kürzerer Verarbeitungszyklen und höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten bei geringerer Energie und mit besserer Effizienz ermöglicht werden.
  • Ein weiteres besonderes Anwendungsgebiet besteht in der Herstellung von Verbundmaterialien, da die erfindungsgemäßen Produkte es ermöglichen, Chargen unterschiedlicher Additive in Pulverform herzustellen, die in anderen Medien intensiv vermischt und dispergiert werden sollen, wie z. B. Harzen, Lösungsmitteln, Kunststoffmaterialien und dergleichen, und zwar ohne dass verschmutzende, gefährliche und großvolumige Pulver gehandhabt werden.
  • Dasselbe Verfahren und dieselben Produkte ermöglichen darüber hinaus, die Lager-, Transport- und etwaige andere Kosten, die mit Rohstoffen zur Herstellung einer gewünschten Rezeptur im Zusammenhang stehen, deutlich zu senken.
  • Zur Herstellung von Pigment-Masterbatches sowie färbenden und Additivmaterialien ist es möglich, den wirksamen Anteil in großen Dosierungen bereitzustellen, da das erfindungsgemäße Additiv Luft agglomerieren und entfernen kann, die in granulierten und anderen Rohstoffen eingeschlossen ist.
  • Außerdem kann das erfindungsgemäße Produkt zur Verarbeitung von Pigmenten und Farbstoffen in unterschiedlichen Dosierungen zugesetzt werden, um auf vorteilhafte Weise nichtpulvrige Agglomerate, Pasten und andere Verbundmaterialien bereitzustellen.
  • Ferner ist es bei der Verarbeitung von Sinterpulvern wie z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, PVC und dergleichen möglich, Herstellungsprodukte ohne elastisches Gedächtnis und ohne Spannungseigenschaften zu erzeugen, die dementsprechend einfach strukturiert und geformt werden können.
  • Es ist auch möglich, durch Einbeziehen von Schaumbildnern zellenartige Hartschaumstrukturen herzustellen.
  • Außerdem ist es auch möglich, Verstärkungsschirme, Gaze- oder Fasermaterialien mit mehrschichtigem Aufbau mit verzierenden, glänzenden Außenschichtelementen herzustellen.
  • Bei der Verarbeitung von aushärtenden Pulvern, wie z. B. Beton, Gips-, Calciumoxidmaterialien und dergleichen, können diese Pulver strukturiert werden, bevor sie mit Wasser angerührt werden, um dünne Strukturen zu erhalten.
  • Diese Pulver können ferner Präge- und ähnlichen Bearbeitungsvorgängen unterzogen werden.
  • Ein Hauptmerkmal des erfindungsgemäßen gekneteten Materials besteht in der Möglichkeit, die daraus hergestellten Schichtelemente zu stanzen, um alveolare Strukturen mit geringer Dichte bereitzustellen.
  • Der Einschluss von wässrigem, aushärtendem Material würde durch die Reaktionsstöchiometrie gesteuert werden, und diese Herstellungsprodukte können ebenso Schaumbildner enthalten.
  • Bei der Verarbeitung von wasserempfindlichen Pulvermaterialien, wie z. B. Titanhexafluorid oder Polysacchariden, ist es auch möglich, eine trockene Behandlung und Formgebung anzuwenden, und zwar ohne jegliche Schwierigkeiten.
  • Noch ein weiteres Anwendungsbeispiel der neuartigen Technologie entsprechend der Erfindung ist deren Anwendung zur Herstellung von unterschiedlichen Produktserien wie z. B. Waschbecken, Objekten und dergleichen aus synthetischen Marmormaterialien durch ein neuartiges Verfahren.
  • Bei einem solchen Verfahren ermöglicht das erfindungsgemäße Produkt nach der Herstellung einer Form oder Matrix gemäß dem vorstehend offenbarten Prozess und der sorgfältigen Auswahl der Mineralmaterialien, diese Materialien durch Verwendung eines Harzes gut zu verdichten: in diesem Zusammenhang sollte betont werden, dass die unterschiedlichen Dichten und spezifischen Gewichte der verwendeten Mineralmaterialien das Auftreten etwaiger Suspensions- und Schichtenbildungserscheinungen verhindern würden.
  • Somit werden die Herstellungsprodukte durch eine gleichmäßig verteilte Struktur gekennzeichnet sein.
  • Bei diesen neuartigen Verfahren ist es möglich, Quarz und Natursteinmaterialien mit unterschiedlichen Dicken und Gewichten zu verwenden, während zugleich das Verhältnis Harz/Mineralmaterial in einem deutlich verbesserten Bereich gehalten wird, wodurch Produkte mit sehr hohem ästhetischem Anspruch bereitgestellt werden.
  • Ein weiterer wichtiger Vorteil besteht darin, dass es möglich ist, Endprodukte herzustellen, die alle vorstehend offenbarten Eigenschaften aufweisen, und zwar durch Nutzung eines einfachen Gießverfahrens, d.h. sehr preiswerter Formen, und ohne die Notwendigkeit, komplexe Verarbeitungs- oder Behandlungsmaßnahmen an den Mineralmaterialien vorzunehmen.
  • Eine noch weitere Anwendung der Erfindung liegt in der Herstellung von Füllstoffen für hochdichte Polyethylen- oder Polypropylenpolymere.
  • In diesem Zusammenhang muss betont werden, dass Polypropylen gegenwärtig mit Holzmaterialien gefüllt wird, durch Anwenden der Solvay-Technik oder des so genannten "Woodstock"-Verfahrens.
  • Insbesondere ermöglicht die Erfindung, diese Füllstoffe bis zu einem Maximalanteil von 70 Teilen pro 100 Teilen hochdichten Polyethylens einzuschließen, um z. B. gefüllte Polyethylenpaneele und dergleichen herzustellen.
  • Die Erfindung kann außerdem dazu genutzt werden, geschäumte, zellenverstärkte Betonmaterialien herzustellen, und zwar durch Verwenden eines Verarbeitungsautoklavs sowie ausgehend von einer Silicasand-Basis sowie CaO-Pulver und Aluminium.
  • Ein Paneel mit 10 cm Dicke würde insbesondere ein Flächengewicht von weniger als 80 kg/m2 und eine Schalldämpfungswirkung von R(dV) = 40 sowie eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
  • Bei der Herstellung von Außenmörtel würde die optimale Partikelgrößenverteilung der Aggregate die Einbettung von Luft darin ohne Probleme begünstigen.
  • Bei einer beispielhaften Zusammensetzung werden eine Basis 270, ein Sand 1000 und ein Betonmaterial 350 unter Zugabe eines filmbildenden Haftmittels verwendet.
  • Bei der Herstellung von Plattenelementen für Zwischendecken würde andererseits ein laminiertes Mörtel- oder Gipsmaterial mit geringen Stärken (2–3 mm) verwendet werden, um in situ gebogen und ausgehärtet zu werden.
  • Eine solche Zusammensetzung würde eine Basis 100 sowie ein Mörtel- oder Gipsmaterial 400 bilden und könnte vollfarbig sein und mit Metallgaze oder Mikrofasern verstärkt werden, mit optionalen Prägevorgängen.
  • Zur Beschichtung von Wänden wäre es möglich, eine Rezeptur auf CaO-Basis mit Farbpigmenten und kleinen Mineralsteinen herzustellen, um sie mit Wasser anzubringen und zu versprühen.
  • Eine solche Mischung würde eine Basis 100, Mineralien 200 und CaO 100 umfassen, und sie könnte zur Herstellung von Wandbeschichtungen verwendet werden, indem sie mit elektrisch leitenden Schichtelementen, die aus Graphit hergestellt sind, oder mit speziellen Karbonschwarzmaterialien verbunden werden.
  • Zur Herstellung von gewellten Schichtelementen für Dächer wäre das am besten geeignete Polymermaterial ein hochdichtes Polyethylenpulver, das mit einem Sandmaterial entsprechend der vorliegenden Erfindung zu verkneten wäre.
  • Bei einer solchen Anwendung würde man ein Schichtmaterial auf einem röhrenförmigen Netz in einem IR-Ofen bearbeiten, um in diesem ein kontinuierliches, quer geripptes Muster bereitzustellen.
  • In einem solchen Fall würden ein Sand 300 und ein hochdichtes Polyethylen-Polymer 100 verwendet werden.
  • Insbesondere könnten geschäumte Polypropylen-Paneele mit einer Dichte zwischen 0,2 und 0,3 g/cm3 herkömmliche Raufaserpaneele auf den Gebieten des Möbel-, Automobilbaus und im Eisenbahnwesen ersetzen.
  • Bei einer solchen Anwendung würden Sinter-, Schäum- und Formgebungsprozesse simultan ausgeführt werden, mit den Vorteilen geringer Kosten, verbesserter Steifigkeit, einfach herzustellender Produkte mit geringer Wärmeleitfähigkeit.
  • Bei der Herstellung von Spezialfiltern kann ein pflanzliches Kohlenstoffmaterial auf einfache Weise geknetet und zu Lagen verarbeitet werden, beispielsweise zum Ausbilden von Kapseln zur Absorption schädlicher Gase sowie für photovoltaische und Brennstoffzellen-Anwendungen für verbesserte Batterien, die Salzmaterialien wie z. B. Titanhexafluorid enthalten, das mit thermoplastischen Pulvern versteift und mit einer Kohlenstoffelektrode gekoppelt ist.
  • Bei modernen Batterien könnten insbesondere deren bipolare Plattenelemente mit der gleichen Technologie hergestellt werden.
  • Anhand der vorstehenden Offenbarung sollte ersichtlich sein, dass die Erfindung das gesetzte Ziel und die Aufgaben zur Gänze erreicht bzw. erfüllt.
  • Insbesondere stellt die Erfindung ein Verfahren zum trockenen Zusammenfügen und Kneten von Pulvermaterialien zum Herstellen von Lagen aus diesen zur Verfügung, das ermöglicht, alle Verfahrensschritte zu optimieren und Endergebnisse zu erhalten, die mit herkömmlichen Verfahren nicht erhalten werden könnten.
  • Die Erfindung steht, so wie sie offenbart ist, verschiedenen Modifikationen und Varianten offen, die alle in den Schutzumfang der Erfindung fallen.
  • Außerdem können alle Strukturdetails durch andere technisch äquivalente Elemente ersetzt werden.
  • Bei der Ausführung der Erfindung können die genutzten Materialien, sofern sie mit der beabsichtigten Anwendung kompatibel sind, ebenso wie die mögliche Größe und die möglichen Formen in Abhängigkeit von den Anforderungen beliebig sein.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Herstellung eines gekneteten aggregierten Materials zum Herstellen von Lagen daraus, wobei dieses Material aus Pulvermaterialien hergestellt ist, umfassend den Schritt des Zusammenfügens und Knetens der Pulvermaterialien, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des Weiteren den Schritt umfasst, die Pulvermaterialien zu aggregieren, indem in den Pulvermaterialien, die zusammengefügt und geknetet werden, ein Additivmaterial dispergiert wird, das hergestellt wird durch: Bilden einer wässrigen Polytetrafluorethylenemulsion, Rühren der Emulsion bis zum Ausflocken der Emulsion, und vollständiges Trocknen der ausgeflockten Emulsion, so dass getrocknetes geflocktes Polytetrafluorethylen entsteht, wodurch ein geknetetes und aggregiertes Material bereitgestellt wird, das ein Pulvermaterial und dispergiertes geflocktes Polytetrafluorethylen enthält und das mittels eines beliebigen Lagenherstellungsverfahrens zu Lagen weiterverarbeitet werden kann.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulvermaterialien eine Teilchengröße im Bereich von 1 Mikron bis 3 mm haben.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rühren ein Rotationsrühren ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationsrühren mit einer Rührrate von maximal 2500 U/min ausgeführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass das getrocknete geflockte Polytetrafluorethylen in den Pulvermaterialien dispergiert wird, indem das getrocknete geflockte Polytetrafluorethylen in einer Menge von 0,2 % bis 30 % eingemischt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass das Verfahren einen weiteren Knetschritt und einen optionalen Laminierungsschritt umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des Weiteren einen Schritt des Filterns der Polytetrafluorethylensuspension umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv in einer gefilterten und trockenen Form bereitgestellt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv den Pulvermaterialien in einer Menge von 0,2 % bis 30 % der Pulvermaterialien beigegeben wird.
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