DE60316275T2 - Extrusionsverfahren zur Herstellung von gefüllten Thermoplasten - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung gefüllter Thermoplasten mit einer hohen Produktivität.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Viele Thermoplasten enthalten Füllstoffe, entweder um die Eigenschaften des Thermoplasten in der einen oder anderen Richtung zu steigern, oder um die Kosten zu reduzieren, indem ein billiger Füllstoff zugegeben wird. Eine Kombination beider Ziele ist wünschenswert. Um die optimalen Eigenschaften des gefüllten Thermoplasten zu erzielen, muss eine Agglomeration des Füllstoffes vermieden werden, und der Füllstoff oder die Füllstoffe müssen gleichförmig in dem Thermoplasten dispergiert werden. Dies wird erfüllt, sobald jedes Partikel der Füllstoffe vollständig von dem Thermoplasten beschichtet ist, was bedeutet, dass kein Füllstoffpartikel direkt einen anderen Füllstoffpartikel berührt.
  • Vorteilhafte Eigenschaften eines gefüllten Thermoplasten können mit Füllstoffen erzielt werden, die eine spezielle Struktur aufweisen, z.B. Talk. Spezielle Vorteile von mit Talk gefüllten Thermoplasten sind Steifheit, Wärmebeständigkeit und geringe Schrumpfung.
  • Talk weist die Struktur von Plättchen auf, welche vorteilhafterweise nicht dazu neigen, Oberfläche an Oberfläche zu agglomerieren, sobald sie vollständig in dem Thermoplasten dispergiert sind. Um den Vorteil der Eigenschaften von Talk vollständig zu nutzen, sollten die Talkpartikel eher klein sein. Die Schüttdichte des kommerziell erhältlichen Talks liegt in dem Bereich von 0,23 bis 0,26 g/cm3. Berücksichtigt man, dass Talk ein hydrophobes und inertes hydriertes Magnesiumblattsilikat ist, mit der chemischen Formel Mg3Si4O10(OH)2 und mit einer Dichte von 2,78 g/cm3, ist mehr als 90% des Massevolumens Luft. Zusammen mit dem geschmolzenen Polymer muss diese Menge der Luft zusammen mit dem Füllstoff von der Seitenzuführung zu der ersten Entgasungsstation transportiert werden. Natürlich unterscheiden sich die Beförderungsbedingungen von Luft vollständig von den Beförderungsbedingungen von Polymer und Füllstoff, unabhängig davon wird eine beträchtlicher Anteil des freien Volumens des Extruders für die Beförderung nutzloser Luft verbraucht. In anderen Worten verschlechtert sich die Ausstoßrate des Extruders und ist unzureichend.
  • US 5876647 offenbart ein Verfahren zur Herstellung leitfähiger thermoplastischer Harzzusammensetzungen in dem Carbon Black und Carbon Black-haltige Chargenpellets in einem Extruder geknetet werden. Die Mischung wird bei herkömmlichen Druck entgast.
  • WO 03029078 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erhöhung der Dichte des fein verteilten teilchenförmigen Materials unter Verwendung eines Verdichtungsdrucks. Die verdichtete Luft dringt durch die Belüftungen in dem Gehäuse nach außen, wobei die Belüftungen dazu neigen zu verstopfen und gereinigt werden müssen.
  • Gegenstand der Erfindung
  • Der Gegenstand der Erfindung ist es daher, die Menge an Luft, welche den Füllstoff begleitet, zu reduzieren oder zu eliminieren, und so den Durchsatz der Thermoplast-Füllstoff-Mischung durch den Extruder zu erhöhen, wodurch der Ausstoß des gefüllten Thermoplasten deutlich erhöht wird.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Überraschenderweise hat man herausgefunden, dass der Durchsatz durch einen Extruder deutlich erhöht werden kann, wenn das Entgasungsvakuum in einem Extruder nach der Seitenzuführung erfolgt und die Seitenzuführung auf eine solche Weise betrieben wird, dass der Füllstoff in dieser gegen das Vakuum abdichtet. Die vorliegende Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung gefüllter Thermoplasten, wobei in dem ersten Abschnitt eines Extruders ein Thermoplast eingeführt und geschmolzen wird, in dem Anfang des zweiten Abschnittes ein Füllstoff über eine Seitenzuführung zugegeben wird, in dem dritten Abschnitt ein Vakuum angelegt wird, welches zurück in die Seitenzuführung reicht, um die Luft zu evakuieren und an dem Ende des vierten Abschnittes der Rest von flüchtigen Stoffen entgast wird, Druck aufgebaut wird und extrudiert wird, um den gefüllten Thermoplasten als Pellet, Halbfertig- oder Fertigprodukt bereitzustellen.
  • Bei der Durchführung der Erfindung wird ein Thermoplast in der Form von Pulverflocken oder -pellets in einen verbindenden Extruder eingeführt und in einem ersten Abschnitt des Extruders geschmolzen. Der Thermoplast kann aus Polyolefinen bestehen, wie Polyethylenen, Polypropylenen und ihren Kopolymeren, Polyamiden, wie Nylon 6, Nylon 66, Polyethern oder Polyestern.
  • Die bevorzugten Thermoplasten sind Polyethylen, Polypropylene und ihre Kopolymere. Die Thermoplasten können Zusatzstoffe enthalten, wie Stabilisatoren, Pigmente, Kupplungsmittel und andere Mittel.
  • An dem Anfang des zweiten Abschnittes wird der Füllstoff über eine Seitenzuführung zu der Schmelze geführt. Es kann auch mehr als eine Seitenzuführung vorhanden sein.
  • Beispiele der Füllstoffe sind mineralische Füllstoffe, wie Talk, Kalk, Kaolin, Wollastonit, Magnesiumoxid, Bariumsulfat, Glasblasen oder Metallpulver, organische Füllstoffe wie Sägespäne, Melamin etc. Weitere Beispiele sind zerhackte mineralische, synthetische oder natürliche Fasern, wie Glasfasern, metallische Fasern, Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Baumwollfasern, nicht modifizierte oder modifizierte Zellulosefasern, Hanf, Jute, Sisal oder Flachs.
  • Die bevorzugten Füllstoffe sind Talk, Wollastonit oder Kalk. Der Talk weist eine Teilchengröße von 2 bis 60 μm auf, und jede Art von Talk kann verwendet werden, einschließlich verdichteter oder dichter Talk, welcher immer noch Luft zwischen den dichten Teilchen enthält. Die am häufigsten kommerziell erhältlichen und verwendeten Teilchengrößen von Talk sind 20 μm, 7 μm oder 3 μm.
  • Der zweite Abschnitt enthält des weiteren Mittel zum Erwärmen, Befördern, Verteilen, Dispergieren, Kneten und Mischen der Bestandteile. Solche Mittel werden in unterschiedlicher Art, unterschiedlicher Anzahl und unterschiedlicher Abfolge angewandt, abhängig von der Art und Struktur des Thermoplasten, der Art und Struktur des Füllstoffes, der Viskosität, der Temperatur des Rests etc.
  • In dem dritten Abschnitt wird ein Vakuum angelegt, welches zurück in die Seitenzuführung reicht, um die Luft aus dem Füllstoff zu evakuieren. Da das Vakuum zurück in die Seitenzuführung reicht, wird der Füllstoff auf diese Weise in der Seitenzuführung verdichtet und bildet dort eine Dichtung gegen das Vakuum. Der Füllstoff und Luft wird in den zweiten Abschnitt gesaugt, der Füllstoff wird von der Polymerschmelze aufgenommen und gleichzeitig wird die begleitende überschüssige Luft durch das Vakuum herausgesaugt. Das Füllmaß dieses Bereichs ist höher, daher ist der Durchsatz der Bestandteile höher und daher wird der Ausstoß des gefüllten Thermoplasten deutlich erhöht. Es ist wichtig, dass die Evakuierung in dem dritten Abschnitt des Extruders durchgeführt wird und nicht zu bald nach der Seitenzuführung, da der Füllstoff bereits in den Thermoplast eingearbeitet sein muss. Sonst wird der Rest des Füllstoffes, welcher noch nicht eingearbeitet wurde, zusammen mit der überschüssigen Luft weiterbefördert. Füllstoff würde verloren gehen und so den umgebenden Bereich verunreinigen.
  • Der dritte und vierte Abschnitt enthält auch Mittel zur Beförderung und zum Mischen. Am Ende des vierten Abschnitts wird der Rest entgast, um flüchtige Stoffe zu eliminieren, welche in der Schmelze vorhanden sind und/oder während der Verarbeitung aufgebaut wurden. Nach diesem Entgasen muss mit geeigneten Mitteln etwas Druck aufgebaut werden, welcher notwendig ist, um den gefüllten Thermoplasten durch die Formplatte zu pressen.
  • Der gefüllte Thermoplast kann schließlich in jeder gewünschten Form erhalten werden, entweder in der Form von Pellets oder Granulaten oder direkt in der Form von Halbfertig- oder Fertigprodukten.
  • Beispiele solcher Produkte sind Platten, Rohre, Kraftfahrzeugteile, wie Armaturenbrett, Stoßstange, Silfinishers, kleine Geräte oder Haushaltsgeräte.
  • Beispiel 1
  • Ein Doppelschraubenextruder, Werner & Pfleiderer ZSK 40 mit einer Schraubengeschwindigkeit von 300 Umdrehungen je Minute und einem Temperaturprofil von 190/220/225/230/230/230/220/210/200°C wurde in den ersten Abschnitt des Extruders mit einer Mischung aus 32,5 Gew.-% eines elastomeren modifizierten PP-Homopolymers mit einem MFR (230°C/2,16 kg) von 35 und 32 Gew.-% eines Elastomeren modifizierten PP-Kopolymers mit einem MFR (230°C/2,16 kg) von 12 und 7,5 G Gew.-% Stabilisatoren und Zusatzstoffen befüllt.
  • Zu Beginn des zweiten Abschnittes wurden über die Seitenzuführung 28 Gew.-% Talk mit einer Teilchengröße von 20 μm zugegeben, ein Vakuum wurde in dem dritten Abschnitt des Extruders angelegt, welcher bis zur Seitenzuführung zurückwirkte. Die Seitenzuführung wurde vollständig betrieben. Am Ende des vierten Abschnittes des Extruders wurde der Rest entgast, um flüchtige Stoffe zu eliminieren, Druck wurde aufgebaut und der gefüllte Thermoplast wurde in der Form von Pellets erhalten, nachdem er durch die Formplatte gepresst wurde. Der maximale Ausstoß des Talkgefüllten Thermoplasten betrug 130 kg/h.
  • Vergleichsbeispiel:
  • Unter Verwendung des gleichen Extruderaufbaus, Arbeitsparameter und Materials, wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass die Seitenzuführung nur mit einer atmosphärischen Belüftung verbunden war, anstelle einer zurückwirkenden Aktivierung des Seitenzuführungsbereiches durchzuführen. Der maximale Ausstoß am talkgefüllten Thermoplast betrug 90 kg/h.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung gefüllter Thermoplasten, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Abschnitt eines Extruders ein Thermoplast eingeführt und geschmolzen wird, in dem Anfang des zweiten Abschnitts ein Füllstoff über eine Seitenzuführung zugegeben wird, in dem dritten Abschnitt Vakuum angelegt wird, welches sich zurück bis zu der Seitenzuführung erstreckt, um die Luft zu evakuieren, und wobei an dem Ende des vierten Abschnitts der Teil von flüchtigen Anteilen entgast wird, Druck aufgebaut und extrudiert wird, um den gefüllten Thermoplast als Pellet, Halbfertig- oder Fertigprodukt zu erzielen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast aus der Gruppe gewählt ist, welche aus Polyolefinen, ihren Copolymeren und Polyamiden besteht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast aus der Gruppe gewählt ist, welche aus Polyethylenen und Polypropylenen und deren Copolymeren besteht.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff aus der Gruppe gewählt ist, welche aus mineralischen Füllstoffen und organischen Füllstoffen besteht.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff aus der Gruppe gewählt ist, welche aus Talk, Wollastonit oder Kreide besteht.
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