DE69701799T2

DE69701799T2 - Anzeigevorrichtung und-anordnung

Info

Publication number: DE69701799T2
Application number: DE69701799T
Authority: DE
Inventors: S. Tijanic
Original assignee: Mark IV Industries Corp
Current assignee: Kapsch TrafficCom IVHS Corp
Priority date: 1996-03-05
Filing date: 1997-01-06
Publication date: 2000-12-28
Anticipated expiration: 2017-01-07
Also published as: MY118497A; GR3034032T3; GB2310946B; GB2310946A; NO312647B1; HUP9901574A3; AU708645B2; ES2122931B1; US6216370B1; US6209243B1; DE69701799D1; PL327609A1; HU221962B1; AR006098A1; BR9707615A; DK0885437T3; ATE192257T1; GB9702999D0; PL185776B1; NO982458L

Description

Technisches Gebiet

Die hierin beschriebene Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Herstellung eines färbbaren und anstreichbaren, besonders zur Verwendung als Türen- oder Fensterkomponenten, wie auch Siding-Anwendungen geeigneten Verbundwerkstoffs (Komposits), umfassend einen ersten Kunststoff und eine im Wesentlichen homogene Mischung zwischen einem zweiten Kunststoff und natürlichen Fasern.

Hintergrund der Erfindung

Auf dem Gebiet der Fenster- und Türenkomponenten und - profile, wurden solche Komponenten historisch aus 100%-igem Naturholz hergestellt. Fenster von Wohngebäuden werden gewöhnlich aus Erzeugnissen aus "Milled-Wood" hergestellt, die mit Glas zur Bildung von Doppelflügel- und Flügelrahmeneinheiten zusammengesetzt sind. Holzfenster, obgleich sturkturell fehlerfrei, brauchbar und zur Verwendung in vielen Wohneinrichtungen gut angepasst, können sich unter bestimmten Umständen verschlechtern. Holzfenster benötigen einen Anstrich und andere regelmäßige Instandhaltung. Holzfenster sind auf Grund der steigenden Knappheit von brauchbarem Konstruktionsholz, besonders Produkte aus fehlerfreiem Holz (clear wood products) teuer. Als Alternative zu Holz werden oft Metallkomponenten mit Glas kombiniert und in Fenster eingebaut. Metallfenster jedoch leiden während der Wintermonate unter wesentlichem Energieverlust.
In den letzten Jahren wurden extrudierte thermoplastische Materialien bei der Fenster- und Türenherstellung verwendet. Gefüllte und ungefüllte Thermoplasten wurden in Komponenten zur Herstellung von Kunststofffenstern und in Dichtungselemente, Profil, Wetterabdichtung (weatherstripping), Überzüge und andere Fensterkonstruktionskomponenten extrudiert. Thermoplastische Materialien wie Polyvinylchlorid (PVC) wurden mit Holzteilen bei der Herstellung einiger Fenster für bestimmtes Leistungsverhalten und bestimmte Kostenvorteile kombiniert. Der Kunststoff ist oft mit einem Farbstoff gefärbt, um ihm eine holzähnliche Erscheinung zu geben oder um an die Farben des umgebenden Bereichs anzupassen. Obgleich der gefärbte Kunststoff etwas holzähnlich erscheinen mag, kann er nicht wie richtiges Holz gestrichen oder abgeschmirgelt oder gefärbt werden. Aus diesem Grund war es schwierig, wenn nicht unmöglich, Kunststoffkomponenten an natürliche Holzumgebungen anzupassen. Eine Lösung des Stands der Technik umhüllt den Kunststoff mit einer Folie oder einem Laminat mit holzähnlicher Erscheinung. Eine weitere Lösung verwendete ein Epoxid, um Holzlaminate auf den Thermoplasten zu kleben. Solche Laminate sind, wie auch immer, teuer und leicht beschädigbar.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt verschiedene Arten von Kunststoffen mit verschiedenen Arten natürlicher Fasern, wie Holzmehl, zerkleinerten Nussschalen und anderen natürlichen Materialien zu kombinieren, das Gleiche wird zum Beispiel in der Kanadischen Offengelegten Anmeldung 2,144,566 gelehrt. Der Zweck derartiger früherer Kombinationen war es, die physikalischen Eigenschaften zu verbessern und die Kosten des Produkts herabzusetzen. Da Patent jedoch lehrt die Verwendung von Polyvinylchlorid/Holzmehl/Metalltrennmittel/Fusionsverstärker-Kombination, welche ihre Vorteile aus der physikalischen Mischung der Reaktanten erhält. Es gibt weder eine Lehre irgendeiner Form von Physisorptions- oder Chemisorptionsbindung, noch der Vorteile, welche sich davon ableiten könnten. Dementsprechend besteht ein wesentlicher Bedarf an einem Verbundwerkstoff, das aus einem Polymer und Holzfasern hergestellt werden kann, mit einer gegebenenfalls beabsichtigten Wiederverwendung eines Abfallstroms, welcher seine Verbundwerkstoffmischungseigenschaften aus der. Inkorporierung einer polymeren oberflächenaktiven Substanz in die Reaktionsmischung erhält. Durch diese innige Bindung kann ein homogen dispergierter Cellulosefaser/Polymermischung- Verbundwerkstoff erhalten werden. Ein weiterer Bedarf besteht hinsichtlich eines Verbundwerkstoffs, der in einer Form extrudiert werden kann, die ein direkter Ersatz für die gefräste (milled) Form eines hölzernen oder metallischen Strukturteils ist. Dieser Bedarf erfordert einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der annähernd Holz entspricht, ein Material, welches in reproduzierbare stabile Dimensionen extrudiert werden kann, eine hohe Druckfestigkeit, eine niedrige Wärmeübertragungsrate, eine verbesserte Beständigkeit gegenüber Insektenangriff und Fäulnis bei der Verwendung und eine Härte und Steifigkeit die Sägen, Fräsen und Haftungsretention (fastening retention), vergleichbar mit Holz, erlaubt.
Des Weiteren wurden Unternehmen, die Fenster- und Türenprodukte herstellen, deutlich sensibler gegenüber Abfallströmen, die bei der Herstellung solcher Produkte entstehen. Wesentliche Mengen von Holzabfällen, einschließlich Holzrandabfälle, Sägestaub, Holzfräsnebenprodukte, wiederverwerteten Thermoplaste, einschließlich wiederverwertetes Polyvinylchlorid, verursachten bei Fensterherstellern signifikante Ausgaben. Gewöhnlich werden diese Materialien entweder auf Grund ihres Heizwerts für die Elektrizitätsgewinnung verbrannt oder geordneter Entsorgungsdeponien zugeführt. Solche Abfallströme sind mit wesentlichen Anteilen Schmelztauch- oder lösemittelbasierter Adhäsive, Abfallthermoplasten wie Polyvinylchlorid, Farbe, Konservierungsmittel und anderen organischen Materialien kontaminiert. Es besteht ein beträchtlicher Bedarf, ein produktives, umweltkompatibles Verfahren zur Nutzung solcher Abfallströme für nützliche Strukturteile zu finden, und so zu vermeiden, dass die Materialien auf einem umweltschädlichen Weg in die Umwelt zurückkehren.
Daher lehrt der Stand der Technik, dass herkömmliche Fenster- und Türenherstellung gewöhnlich Holz, Metall und thermoplastische Verbundwerkstoffe oder eine Kombination davon verwendete. Holzfenster, obgleich strukturell fehlerfrei, können sich unter bestimmten Umständen verschlechtern und benötigen einen Anstrich und andere regelmäßige Instandhaltung. Thermoplastische, metallene oder Fenster aus thermoplastischen Verbundwerkstoffen haben dieses Problem überwunden, aber andere kreiert. Metallfenster leiden typischerweise während der Wintermonate unter wesentlichem Energieverlust. Thermoplastische oder Fenster aus thermoplastischen Verbundwerkstoffen haben, obgleich strukturell fehlerfrei, kein Holz auf der Innenseite, was üblicherweise vom Kunden bevorzugt ist. Um diese Unzulänglichkeit zu überwinden, haben Hersteller verschiedene Alternativen verwendet. Eine dieser Alternativen ist die Kombination von Holz, Metall oder Thermoplasten zur Herstellung von Fenstern, welche das Metall oder den Thermoplasten an der Außenseite des Fensters haben (wobei Anstrich eliminiert wird), während die Innenseite des Fensters Holzoberfläche ist, welche dann geschmirgelt, gestrichen oder gefärbt werden kann. Der Hersteller von Thermoplasten oder thermoplastischen Verbundwerkstoffen hüllt oft die auf der Fensterinnenseite sichtbaren Oberflächen mit einer Folie oder einem Laminat mit holzähnlicher Erscheinung ein. Solche Folien sind jedoch teuer, schwer und zeitaufwendig anzubringen und vom Endverbraucher leicht zu beschädigen. Bestenfalls sind sie nur eine Imitation, was für den Endverbraucher offensichtlich ist und können nicht geschmirgelt oder gefärbt werden. Ein anderer Ansatz ist es Furnierholz auf die Fensterinnenseiten zu kleben. Dieses ist jedoch schwer anzubringen und extrem kostspielig.
NL-A-9302125 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten thermoplastischen Materialien mit Porosität, welche durch eine Aufschäumwirkung in der Oberfläche des Materials durch Substanzen erhalten, die wenn das Extrudat das Werkzeug verlässt und der Umgebungsdruck abgelassen wird, unter der Wirkung gesteigerter Temperatur, Gase abgeben. Der Bedarf von Aufschäumgasen wird durch die vorliegende Erfindung eliminiert.
EP-A-292 584 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Paneelen und verschiedene Herstellungsschritte, die bei der Bildung einer Mischung von thermoplastischem Harz und organischem Füllstoff angewendet werden, worin die Plastifizierung dieser Mischung gleichzeitig mit deren Bildung durchgeführt wird. Es wird keinerlei irgendwie geartete Kombination von Additiven erwähnt, worin die Additive untereinander in antagonistischer Weise wirken, wie dies der Situation in der vorliegenden Erfindung entspricht.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues und verbessertes Produkt und ein Verfahren zur Herstellung dieses Produkts, welches effektiv in seiner Verwendung ist und die vorgenannten Schwierigkeiten und Nachteile überwindet, während bessere und vorteilhaftere Gesamtergebnisse zur Verfügung gestellt werden.

Zusammenfassung der Erfindung

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Kombinieren von Cellulosefasern und thermoplastischen Polymermaterialien, zum Beispiel Holzfasern und Polyvinylchlorid, verbunden mit der Zugabe einer kontrollierten Menge eines Trennmittels und eines Grenzflächenmittels, innerhalb definierter Scherratenbereiche zur Verfügung gestellt, um ein Verbundwerkstoffmaterial zu bilden, welches nützlich bei der Bildung von Strukturteilen kontrollierbarer Porosität ist, wodurch die Aufbringung von Färbemitteln und/oder Anstrichen, in einer ähnlichen Weise zu der von Naturholz, gestattet wird.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung den zusätzlichen Schritt des Coextrudierens eines zusätzlichen thermoplastischen Materials (z. B. PVC), um einen einzigartigen Verbundwerkstoff eines Verbundwerkstoffs zusammen mit einem Thermoplasten (d. h. Verbundwerkstoff aus einem Thermoplasten und Holzmehl zusammen mit entweder dem gleichen oder einem anderen Thermoplasten) zu bilden. Dieser Verbundwerkstoff kann verwendet werden, um Fenster- oder Türteile herzustellen, die auf der natürliche Faser/Thermoplasten-Seite geschmirgelt, gestrichen oder gefärbt werden können und den Vorteil des Thermoplasten auf der anderen Seite besitzen. Dieses Verbundwerkstoffmaterial kann verwendet werden, um aus Holz, Thermoplasten oder Metall, wie Aluminium, oder einer Kombination davon hergestellte Teile zu ersetzen.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt eine Verbundwerkstoffform her, umfassend eine Mischung eines ersten Polymers und Cellulosefasern mit gegebenenfalls einem zweiten Polymer, wie Polyvinylchlorid. Bei der Herstellung des natürliche Faser/PVC-Verbundwerkstoffs werden etwa 10-55% Faser und etwa 90 - 45% Polymer in einem Extruder kombiniert. Die Materialien werden in einem Schnellmischer gemischt und in einem Multischneckenextruder extrudiert. Dies ist das bevorzugte Verfahren, es ist jedoch zuerkannt, dass Vermischen und Mischen im Mehrschneckenextruder durchgeführt werden können, wodurch der Schnellmischer eliminiert wird. Die Mischung wird unter Schmelzbedingungen im Extruder, unter ausreichenden Temperatur- und Druckbedingungen vermischt, die ein Entgasen erlauben (d. h. Extrahieren von Wasser aus Holzmehl und der flüchtige Stoffen und Wasser aus dem PVC) vermischt und gleichzeitig ein Extrudat mit einer Porosität ermöglichen, das, wenn gebildet, geschmirgelt, angestrichen und gefärbt werden kann.
Das bevorzugte Verbundwerkstoffmaterial kann aus vielen verschiedenen Kunststoffen hergestellt werden, z. B. Polyolefin, Polystyren, Poly(meth)acrylat oder Polyester. Das bevorzugteste System verwendet Polyvinylchlorid und Holzmehl. Es wurde gefunden, dass die Zugabe eines Metalltrennmittels nötig ist, um eine bruchfreie Schmelze zu erhalten. Dieses Mittel kann mit einem Grenzflächenmittel wechselwirken und die zwei Komponenten müssen in definierten Verhältnissen kombiniert werden, um gute Fusion und die erwünschte Porosität zu erhalten. Scherraten durch die Werkzeugöffnungen beeinflussen die Porosität. Je höher die Scherrate, desto höher ist die Porosität. Es wurde gefunden, dass Scherraten im Bereich von 200-500 sec&supmin;¹ die die gewünschte Porosität ergeben. Während Doppelschneckenextruder als die beste Ausführungsform der Erfindung angesehen ist, wird angenommen, dass ein Einschneckenextruder mit bestimmten Schnecken- und Schraubenschaftveränderungen ebenfalls ein akzeptables Produkt produziert.
Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, durch welches Holzmehl, thermoplastisches Polymer, Metalltrennmittel und Grenzflächenmittel kombiniert werden, um in einem Verbundwerkstoff zu resultieren, welches kontrollierte Porosität besitzt.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es ein verbessertes Extruderschneckendesign zur Verfügung zu stellen, durch welches der obige Verbundwerkstoff gebildet werden kann.
Diese und andere Ziele der Erfindung werden augenscheinlich, wenn sie im Lichte der Zeichnungen, detaillierten Beschreibung und der angehängten Ansprüche betrachtet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung kann in Form bestimmter Teile oder Anordnungen von Teilen Gestalt annehmen, wobei eine bevorzugte Ausführungsform davon im Detail in der Beschreibung beschrieben werden und in begleitenden Zeichnungen, die einen Teil hiervon bilden, veranschaulicht wird, und worin:
Abb. 1 ein typischer Herstellungsaufbau von Ausrüstung ist, die zur Verbindung eines PVC/Holz-Verbundwerkstoffs verwendet wird;
Abb. 2 ein Herstellungsaufbau ist, der zwei Extruder und einen doppelten Extrusionskopf mit nachfolgender Materialverarbeitungsausrüstung zeigt;
Abb. 3 eine Seitenansicht einer Extruderschnecke ist, wie sie in Abb. 2 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet würde;
Abb. 3a eine erweiterte Ansicht einer Furchenkombination im Vorkompressionsbereich der wie in Abb. 3 gezeigten Extruderschnecke ist;
Abb. 4 eine Seitenansicht eines Extruders mit verschiedenen bezeichneten Temperaturzonen ist;
Abb. 5 eine Seitenansicht eines Extruders ist, die den geeigneten Zufuhrspiegel innerhalb des Zuführungsrohrs zeigt;
Abb. 6 eine Seitenansicht im Querschnitt des Coextrusionswerkzeugs ist;
Abb. 7 eine Seitenansicht einer Vakuumkalibrierungsvorrichtung ist;
Abb. 8 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 8-8 der in Abb. 7 gezeigten Vakuumkalibrierungsvorrichtung ist;
Abb. 9 eine Seitenansicht einer Prägestation ist;
Abb. 10 eine perspektivische Ansicht eines Profilstücks ist, das gemäß des in dieser Erfindung beschriebenen Verfahrens hergestellt wurde;
Abb. 11 eine perspektivische Ansicht einer Griffschiene (handle rail) ist, die gemäß des in dieser Erfindung beschriebenen Verfahrens hergestellt wird;
Abb. 12 eine perspektivische Ansicht eines Doppelflügelfenster unter Verwendung von Komponenten ist, die gemäß des in dieser Erfindung beschriebenen Verfahrens hergestellt wurden;
Abb. 13 eine Stahl-, Fiberglas- oder Holztür ist, die Komponenten, welche gemäß des in dieser Erfindung beschriebenen Verfahrens hergestellt wurden, verwendet;
Abb. 14 eine Fensterkomponente ist, die gemäß des in dieser Erfindung beschriebenen Verfahrens hergestellt wurde;
Abb. 15 eine scanelektronenmikroskopische Aufnahme aus einem natürlichen Faser/PVC-Verbundwerkstoff ist, die bei 15 kV bei 20x Vergrößerung aufgenommen wird;
Abb. 16 ist eine vergrößerte scanelektronenmikroskopische Aufnahme der Abb. 15, aufgenommen bei 15 kV bei 100x Vergrößerung; und
Abb. 17 ist ein FTIR-Spektrum, welches die Wirkung der Zugabe eines Grenzflächenmittels zeigt, worin Probe A ein oxidiertes Polyethylen als Grenzflächenmittel besitzt und Probe B kein zugegebenes Grenzflächenmittel besitzt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Sich nun auf die Zeichnungen beziehend, worin die Darstellungen nur zum Zweck der Veranschaulichung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und nicht zum Zwecke der Beschränkung derselben sind, zeigen die Abbildungen ein Verfahren und ein Produkt, welches aus dem in dieser Erfindung gelehrten Verfahren resultiert.
Wie in Abb. 10 gezeigt, wird ein Verbundwerkstoffartikel (150) mit einer ersten Zone (152) und einer zweiten Zone (154) gezeigt. In einer bevorzugten Ausführungsform, ist die erste Zone komplett aus Kunststoff, noch bevorzugter Polyvinylchlorid. Die zweite Zone ist ein Verbundwerkstoff aus natürlichen Fasern und Kunststoff. Nochmals, der bevorzugteste Kunststoff ist Polyvinylchlorid während die bevorzugte natürliche Faser Holzmehl ist. Andere nicht beschränkende Beispiele anderer in dieser Erfindung als brauchbar angenommener Thermoplasten würden Polyolefine, Polystyrene, Polyacrylate und Polyester einschließen, während andere natürliche Fasern, wie zerkleinerte Nussschalen, ebenfalls als zur erfolgreichen Inkorporation in dieser Erfindung befähigt vorstellbar sind.
Die Oberfläche (156) der zweiten Zone (154) ist so gebildet, dass sie genügend Porosität zum Halten und Zurückhalten gewöhnlicher Holzfarbe besitzt. Die Porosität der Oberfläche (156) wird durch einen Mechanismus kontrolliert, welcher bislang nicht völlig verstanden wird, aber wovon angenommen wird, dass mehrere Variablen involviert sind. Die Zugabe kleiner Mengen von Porositätshilfsmitteln, manchmal als Metalltrennmittel bezeichnet, beeinflusst die Oberflächenporosität. Erhöhen der Menge des Porositätshilfsmittels im Verbundwerkstoff setzt die Porosität der Oberfläche herab, während Herabsetzen der Menge des Porositätshilfsmittels die Porosität erhöht. Das bevorzugteste Porositätshilfsmittel ist unter dem kommerziellen Namen Rheochem Rheolube, einer Paraffin und/oder Kohlenwasserstoffwachs-Mischung [CAS Reg. No. 8002-74-2] mit einem Schmelzpunkt über 170ºF (76,7ºC) (vorzugsweise über 185ºF (85ºC)) erhältlich, obgleich Porositätshilfsmittel, entweder alleine oder in Kombination mit anderen Porositätshilfsmittel oder Metalltrennmitteln, welche in einer ähnlichen Kapazität funktionieren, auch innerhalb des Umfangs der Erfindung vorstellbar sind. Porositätshilfsmittel werden in einer Menge von 0,01% bis 5%, bevorzugter von 0,1% bis 4 % und noch bevorzugter 0,5% bis 3 Gew.-% zugegeben.
Grenzflächenmittel spielen in diesem Verfahren ebenfalls eine Rolle durch Unterstützen bei der innigen Mischung der unähnlichen Oberflächen von Holzmehl (hydrophil) und Polymer (hydrophob). Das Grenzflächenmittel wirkt als polymere oberflächenaktive Substanz und hilft bei der Bildung der Polymer/Holzmehl-Mischung durch seine duale Funktionalität des Besitzens von wenigstens einem hydrophilen Teil des Teils und wenigstens einem anderen Teil des Moleküls, der hydrophob ist. Vielleicht anders ausgedrückt, muss der Teil bis zu dem Ausmaß funktionalisiert sein, worin zumindest ein Teil des Moleküls, in entweder physikalischem oder chemischem Sinn, an wenigstens die Cellulose-Komponente des Holzmehls binden kann, während wenigstens ein anderer Teil des Moleküls sich mit dem Polymer mischen und/oder kompatibilisieren kann.
Die Scherrate durch die Öffnung des Extrusionswerkzeugs bestimmt ebenfalls die endgültige Porosität des Verbundwerkstoffs und messbare Porosität wurde nur unter Verwendung einer Scherrate die zwischen 220-500 sec&supmin;¹ lag erhalten. Die Oberfläche (156) ist auch mit gewöhnlichem Sandpapier schmirgelbar und kann auch anstreichbar sein. Als solche kann die Oberfläche abgeschmirgelt, gestrichen oder gefärbt werden, um echtem Holz stark zu ähneln, und kann an andere Innenoberflächen angepasst werden.
Holzmehl (wie auch Holz) schließt verschiedene Holzpartikel ein, welche in ihrer Farbe zu variieren neigen. Ein Farbstoff (z. B. TiO&sub2;) wird zugegeben, um diese Variation zu eliminieren. Dies wird in der zweiten Zone (154) vollzogen, wo Variationen und Farbe natürlicher Fasern eine solche Farbemulation innerhalb genauer Farbschemata schwierig kontrollierbar machen. Typischerweise wird ein weiterer Farbstoff (z. B. Ferro V9156) zur Simulation von Holzfarben zugegeben.
Der Verbundwerkstoff, der die zweite Zone ausmacht, schließt 10% bis 55% natürliche Fasern und 45% bis 90% PVC und eine ausreichende Menge von sowohl einem Porositätshilfsmittel als auch einem Grenzflächenmittel, wie zuvor definiert, ein, um eine zur Färbung brauchbare Oberfläche zu erhalten, ein.
Ein Beispiel eines Grenzflächenmittels ist ein Copolymer aus Ethylen und Acrylsäure, d. h. Poly(ethylen-co-acrylsäure) (- CH&sub2;CH&sub2;-)x[-CH&sub2;CH(CO&sub2;H)-]y mit variierendem Acrylsäuregehalt. Die CAS-Nummer für diese Verbindungsfamilie ist [9010-77-9]. Das Grenzflächenmittel wird benötigt um Fusion im Extruder vor dem Belüften zu fördern, um das Anlegen eines Vakuums zu gestatten, um Feuchtigkeit aus der natürlichen Faser zu ziehen. Das Grenzflächenmittel wird typischerweise in einer Menge von 0,01% bis 2% zugegeben, noch bevorzugter von 0,05% bis 1% und am bevorzugtesten von 0,01% bis 0,5 Gew.-%.
Man stellt sich vor, dass eine Anzahl von Polymeren fähig ist als Grenzflächenmittel zwischen Celluloseoberflächen im Holzmehl, welche einen hohen Hydroxygehalt besitzen, und der Polymerphase, z. B. Polyvinylchlorid, zu wirken. Ohne auf irgendeine Theorie beschränkt zu werden, wird angenommen, dass das Grenzflächenmittel auf der Oberfläche der Celluloseteilchen adsorbiert und diese Oberfläche polymerähnlich gegenüber dem umgebenden Polyvinylchlorid "aussehen" lässt. Somit ist von jeder polymeren Verbindung, die mit hoher Wahrscheinlichkeit der Physisorption oder Chemisorption auf Cellulose befähigt ist, anzunehmen, dass sie die gewünschte Grenzflächenmischungen liefert, welche notwendig zur wirksamen Bildung der gewünschten Produktmischung ist.
Verschiedene in dieser Anmeldung wirksame Copolymere würden, Copolymere von Ethylen und Acrylsäure, d. h. Poly (ethylen-co-acrylsäure), (-CH&sub2;CH&sub2;-)x[-CH&sub2;CH(CO&sub2;H)-]y, kommerziell erhältlich mit variierendem Acrylsäuregehalt einschließen. Einer der Schlüssel zur Wirksamkeit dieser Gruppe von Verbindungen ist die "-co-Acrylsäure"-Gruppe oder Gruppe eines ähnlichen Polymertyps. Andere viel versprechende Kandidaten dieser Art würden einschließen:
Poly(ethylen-co-methacrylsäure), (-CH&sub2;CH&sub2;-)x[-CH&sub2;C(CH&sub3;)(CO&sub2;H)-]y;
Poly(ethylen-co-acrylsäuremethylester-co-acrylsäure), (-CH&sub2;CH&sub2;-)x[-CH&sub2;CH(CO&sub2;CH&sub3;)-]y[-CH&sub2;CH(CO&sub2;H)-]z;
Poly(methacrylsäuremethylester-co-methacrylsäure) [-CH&sub2;C(CH&sub3;)(CO&sub2;CH&sub3;)-]x[-CH&sub2;C(CH&sub3;)(CO&sub2;H)-]y; und
Poly(acrylsäure-tert-butylester-co-acrylsäureethylesterco-methacrylsäure), [-CH&sub2;CH[CO&sub2;C(CH&sub3;)&sub3;]&sub3;-]x[-CH&sub2;CH(CO&sub2;C&sub2;H&sub5;)-]y[-CH&sub2;C(CH&sub3;)(CO&sub2;H)-]z.
Ein anderes Charakteristikum, von dem angenommen wird, dass es eine Rolle bei der Wirksamkeit des Grenzflächenmittels spielt, ist dessen Hydroxygehalt. Angenommen Physisorption ist der dominierende Mechanismus, dann würden Verbindungen, von welchen angenommen wird, dass sie in der Zusammensetzung helfen, einschließen:
Poly(styren-co-allylalkohol), [-CH&sub2;CH(C&sub6;H&sub5;)-]x[-CH&sub2;CH(CH&sub2;OH)-]y; und
Poly(vinylalkohol-co-ethylen), (-CH&sub2;CH&sub2;-)x[-CH&sub2;CH(OH)-]y.
Wie später in dieser Anmeldung diskutiert werden wird, besitzt jedwedes Carbonsäuregruppen enthaltende Polymer zumindest einen gewissen Wirkungsgrad in diesem System, wenn Chemisorption wenigstens eine der Wirkungsweisen dieser Erfindung hinsichtlich des Grenzflächenmittels und der Cellulose ist. Zusätzlich können Esterbindungen aus Amiden, Acrylaten, Acylhaliden, Nitrilen und Säureanhydriden durch Reagieren mit Hydroxylgruppen gebildet werden. Zusätzliche repräsentative Polymere würden einschließen:
carboxyliertes Poly(vinylchlorid),
Poly(vinylchlorid-co-vinylacetat-co-maleinsäureanhydrid)
und [-CH&sub2;CH(Cl)-]x[-CH&sub2;CH(O&sub2;CCH&sub3;)-]y[-CH(CO&sub2;H)CH(CO&sub2;H)-]z
verschiedene -co-Maleinsäure- oder -Pfropf- Maleinsäurepolymere, von denen es viele gibt.
Amide werden unter saueren Bedingungen mit Alkoholen reagieren, um einen Ester und ein Ammoniumsalz zu bilden, eher als Wasser, wie im Fall von Carbonsäuren, von welchen repräsentative Beispiele einschließen würden:
Polyacrylamid, [-CH&sub2;CH(CONH&sub2;)-]n; und
Poly(acrylamid-co-acrylsäure), [-CH&sub2;CH(CONH&sub2;)-]x[CH&sub2;CH(CO&sub2;H)-]y,
obgleich die hygroskopischen Qualitäten dieser Polymere etwas deren Wirksamkeit in der Anwendung vermindern.
Eine andere anwendbare Chemie ist die der Acrylate, die eine Untergruppe der Ester sind. Es wäre möglich eine Esterbindung mit einem Alkohol unter Gewinnung eines anderen Alkohols in einer Umesterungsreaktion zu bilden. Zum Beispiel könnte ein Methacrylat enthaltendes Polymer mit dem Oberflächenhydroxyl reagieren, so dass Oberflächenesterbindungen und Methanol gebildet werden. Repräsentative Beispiele würden einschließen:
Poly(methacrylsäuremethylester), [-CH&sub2;O(CH&sub3;)(CO&sub2;CH&sub3;)-]n;
Poly(methacrylsäureethylester), Poly(ethylen-co-acrylsäureethylester), (-CH&sub2;CH&sub2;-)x[-CH&sub2;CH(CO&sub2;C&sub2;H&sub5;)-]y; und
Poly(acrylsäurebutylester), [-(CH&sub2;CH&sub2;)CO&sub2;(CH&sub2;)&sub3;CH&sub2;-]n.
Es ist auch bekannt, dass Acylhalide mit Hydroxylgruppen reagieren können, so dass die Esterbindung und HCl erhalten werden. Eine andere Reaktionschemie würde die eines Nitrils mit einer Hydroxylgruppe unter sauren Bedingungen einschließen, so dass die Esterbindung und ein Ammoniumsalz erhalten werden. Repräsentative Beispiele würden einschließen:
Polyacrylonitril, [-CH&sub2;CH(CN)-]n; und
Poly(acrylonitril-co-butadien), [-CH&sub2;CH(CN)-]x[-CH&sub2;CH=CHCH&sub2;-]y,
besonders, wenn das obige Poly(acrylonitril-co-butadien) über Aminendung oder Carboxylierung funktionalisiert ist.
Eine andere mögliche Reaktion ist über ein Säureanhydrid, welches mit einer Hydroxylgruppe reagiert, so dass sich die Esterbindung und ein Ester ergeben. Ein repräsentatives Beispiel würde einschließen:
Poly(ethylen-co-acrylsäureethylester-co- maleinsäureanhydrid).
Eine andere Familie von Blockcopolymeren von welchen angenommen wird, dass sie in dieser Zusammensetzung wirksam sind, wären die mit Polyacryl- oder Polymethacrylsäure gebildeten, z. B. Polystyren-Di-Blockcopolymere, wie Polystyren-b-polyacrylsäure und Polystyren-b- polymethacrylsäure. Andere Kandidaten schließen Blockcopolymere mit Polyvinylalkohol oder Polyoxyethylen ein.
Nochmals, ohne auf eine Wirkungstheorie beschränkt zu sein, ist es denkbar, dass jedwede hydroxyl-, hydroxy- oder säurefunktionalisierte Polymere niederen bis mittleren Molekulargewichts als Kompatibilisierer in diesem System dienen können, z. B. hydroxylfunktionalisiertes Polybutadien [CAS 69102-90-5], HO(-CH&sub2;CH=CHCH&sub2;-)nOH. Andere Verbindungen, welche ähnlich agieren könnten würden einschließen:
Poly(vinylchlorid-co-vinylacetat), [-CH&sub2;CH(Cl)-]x[HCH&sub2;CH(O&sub2;CCH&sub3;)-]y;
Poly(vinylchlorid-co-vinylacetat-co-acrylsäure-2- hydroxypropylester), [-CH&sub2;CH(Cl)-]x[-CH&sub2;OH(O&sub2;CCH&sub3;)-]y[-CH&sub2;CH[CO&sub2;OH&sub2;OH(OH)CH&sub3;]-]z; und
Poly(vinylchlorid-co-vinylacetat-co-maleinsäure), [-CH&sub2;CH(Cl)-]x[-CH&sub2;CH(O&sub2;CCH&sub3;)-]y[-CH(CO&sub2;H)CH(CO&sub2;H)-]z;
Wie in Abb. 1 gezeigt, wird eine typische Herstellungs- Mischungs-Apparatur zur Herstellung eines Kunststoff/Holz- Verbundstoffs gezeigt. In einem veranschaulichenden Beispiel, würden die folgenden Materialien, wie in Tabelle I gezeigt, in den Mischapparat (10) über einen Einlass (12) zugegeben.

Tabelle I

Komponente Menge

Holzmehl 50,0 lbs. (22,7 kg)
Porositätshilfsstoff 2,5 lbs. (1,1 kg)
Grenzflächenmittel 0,3 lbs. (0,14 kg)
Pigment 5,0 lbs. (2,3 kg)
PVC 116,0 lbs. (52,7 kg)
Der bevorzugte Kunststoff ist Polyvinylchlorid oder PVC, obgleich man sich vorstellt, dass andere Thermoplasten, geeignete Temperaturänderungen auf Grund der Unterschiede der Eigenschaften der polymeren Basis durchgeführt, auch in diesem Verfahren wirksam sind. Andere vorstellbare Thermoplasten würden Polyolefine, Polystyrene, Polyacryle (polyacrylics) und Polyester einschließen. Die bevorzugte natürliche Faser, Holzmehl, wird in Hartholz- oder Kiefernqualitäten oder in irgendeiner natürliche Fasern enthaltenden Cellulose und in verschiedenen Teilchengrößenverteilungen hergestellt. Während der Meshbereich von 20 Mesh (850 u) bis 140 Mesh (106 u) beträgt, ist die bevorzugte Holzfaser 80 Mesh (180 u) Hartholzqualität.
Der Schnellmischer (10) wird nachdem die Zutaten über einen Einlass (12) zugegeben wurden, unter Verwendung einer Rührschaufel (16) in einem Trichter (14) gestartet. Das Mischen schreitet fort bis die Temperatur der Mischung 210ºF (99ºC) erreicht. Diese Temperatur ist höher als der Schmelzpunkt des verwendeten Porositätshilfsstoffs (Rheolube), aber niedriger als dessen Zersetzungstemperatur. Während der Porositätshilfsstoff geschmolzen wird haftet er am Holz und anderen Zutaten, eine homogenere Mischung ergebend. Bei Erreichen der Mischungsendtemperatur wird der Schnellmischer (10) angehalten und sein Inhalt über einen Auslass (18) in einen mit Wassermantel gekühlten Bandmischer (20) entleert, wodurch die Temperatur der Mischung auf eine niedrigere konstante Temperatur herabgesetzt wird, wodurch die Hitzegeschichte (heat history) des Verbundstoffmaterials reduziert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist diese reduzierte Temperatur Raumtemperatur. Änderungen der Materialtemperatur werden Extrusionsdurchsatzänderungen verursachen, was höchst unerwünscht ist, wie es der Fall sein würde, wenn das Material direkt nach dem Mischen verwendet werden würde. Da im Allgemeinen eine bestimmte Zeit vor der Nutzung des Materials verstreicht, wird aus Gründen der Bequemlichkeit und um die Zersetzung zu minimieren, die Temperatur auf Raumtemperatur herabgesetzt.
In Abb. 2 wird ein typischer Herstellungsablauf (30) schematisch gezeigt. Ein erster Extruder (32), in welchen die gemischte Polymer/laser aus Abb. 1 gegeben wurde, extrudiert die natürliche Faser/Kunststoff-Verbindung durch einen doppelten Extrusionskopf (36). Ein zweiter Extruder (34), welcher notwendig ist um ein co-laminiertes extrudiertes Produkt herzustellen, aber optional ist, um einfach eine natürliche Faser/Kunststoff-Verbindung herzustellen, extrudiert ein festes Polymer (z. B. PVC) ebenfalls durch den doppelten Extrusionskopf. Der bevorzugte Herstellungsablauf nutzt einen konischen Doppelextruder, da dieser gute PVC- Verarbeitungscharakteristika besitzt, die PVC/Holzmehl- Mischung und alle anderen Zutaten homogenisieren kann. Zusätzlich besitzt er Entlüftungsfähigkeit, um Wasser aus dem Holzmehl und den anderen Komponenten zu extrahieren. Holzmehl kann zu Beginn zwischen 1-10% Wasser besitzen (typischer 3- 6%), und diese Menge wird bis auf weniger als ¹/&sub2;% reduziert. Nachdem der Verbundstoff durch den doppelten Extrusionskopf (36) extrudiert wurde, wandert er zu einem Vakuumkalibrierungsgerät (38), welches genauer mit Bezug auf die Abb. 7-8 beschrieben ist, einer Prägevorrichtung (embossing station) (40), genauer mit Bezug auf Abb. 9 beschrieben, einem Zieher (42) welcher fortlaufend den extrudierten Verbundwerkstoff durch die Verfahrensapparate und einen Schneider (44) zieht, welcher den Verbundwerkstoff in gewünschte Längen schneidet. Während getrennte Misch- und Extrudierausrüstung beschrieben wurden, ist es für einige Anwendungen möglich, dass der Mischungsschritt im Extruder stattfinden kann. Es ist natürlich gewürdigt, dass die Bezeichnung erster und zweiter Extruder nur zum Zweck der Bequemlichkeit erfolgt ist und dass Material, welches einem Extruder zugeführt wurde, genauso leicht dem anderen Extruder zugeführt werden kann, nachdem die Änderungen des Schneckendesigns, wie unten diskutiert, zusätzlich zu den geeigneten Temperaturen, wie ebenfalls diskutiert, inkorporiert wurden.
Wie in Abb. 3 gezeigt, ist eine bedarfsgerecht angefertigte Schraube (50) des Extruders (32) gezeigt. Auf Grund des hohen Holzmehlgehalts in der Verbindung, wird ein Set von Schrauben mit hoher Scherkraft (high shear screws) verwendet, um die Fusion vor der Entlüftungsöffnung zu steigern. Um den Fusionsprozess zwischen Holzmehl und Polymer weiter zu steigern, wurden die Zufuhr- und Scherabschnitte vor der Entlüftungsöffnung modifiziert, um die Zufuhr zu steigern (Holzmehl senkt die Rohdichte stark) und die Scherkraft der Schrauben zu steigern. Eine Schraubenwelle (52) ist in eine Mehrzahl von Abschnitten eingeteilt, jede davon so gestaltet, dass das Betriebsverhalten eines Aspekts des Verfahrens maximiert ist. Im Zufuhrbereich wurden Schrauben (56) der Breite (b), z. B. 0,560" (1,4 cm) zu Schrauben (54) mit einer schmaleren Breite (b'), z. B. 0,236" (0,6 cm) reduziert, um eine höhere Zufuhr in den Extruder zu erlauben und die Abnutzung an den Schneckengängen zu minimieren. Im Vorkompressionsbereich wird eine Mehrzahl von Kerben (60) (26 Kerben werden in einer spezifischen Ausführungsform dieser Erfindung verwendet) in die Schrauben (58) geschnitten, um die Schermenge der der Verbundwerkstoff ausgesetzt ist zu steigern, da noch eine homogene Schmelze herzustellen ist, was in den Kompressionsbereich (62) leitet, wo die Kompression maximiert wird. Die Vorkompressionsschraubenkerben sind ~ 1" (~ 2,5 cm) im Durchmesser und die Kerben sind ~ 0,17" (~ 0,43 cm) gemessen vom Schneckenkerndurchmesser mit ~ 6 Kerben pro Gang, wie in Abb. 3a gezeigt. Der Entlüftungsgang (64) entlässt den Druck der durch den Fusionsprozess und die Wasserdampffreisetzung gebildet wurde, was zum Zumessbereich (66) leitet, der zum Extrusionswerkzeug (36) leitet. Unzureichendes Vakuum führt zu einem Produkt, welches leicht durch das Werkzeug geht, aber welches keine mechanische Festigkeit besitzt. Das typischerweise verwendete Vakuum beträgt etwa 0,6 bar, kann aber von 0,2 bis 1 bar reichen.
Wie zuvor angegeben, reduziert Holzmehl die Rohdichte der Verbundstoffformulierung. Mit dem bevorzugten Holzmehlgehalt von 30-40% war eine Extrusion in einem Mehrschneckenextruder mit konventionellen Schrauben, wie sie bei der PVC-Rohr- Extrusion verwendet wurden, schlichtweg nicht möglich. Das Material war nicht genügend geschmolzen, um das Abziehen von Wasser oder flüchtigen Stoffen zu erlauben. Verändern der Schrauben wie zuvor beschrieben, um ein größeres Volumen im Zumessbereich und höhere Scherung im Kompressionsbereich zu erhalten, gestattete ein kontrolliertes Entlüften. Es wurde auch bestimmt, dass das Temperaturprofil des Extruders wichtig bei der Entwicklung der Charakteristika ist, die mit dem Verbundstoff der vorliegenden Erfindung assoziiert sind. Es wurde gefunden, dass eine hohe Anfangstemperatur in der Einlasszone des Extruders wichtig ist, während eine Reduktion der Temperatur über die Extruderzonen, während das Material von der Einlasszone durch die inneren Zonen zu den Werkzeugzonen wandert, beim Schmelzen des Materials vor dem Entlüftungsport hilft und ebenfalls bei der Bildung einer Schmelze hilft, die homogen ist und Porosität besitzt, nachdem sie aus dem Werkzeug tritt.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung, umfasst das Temperaturprofil des Extruders eine hohe Eingangstemperatur und stufenweise Reduktion der Temperatur, während das Material von der Eingangszone durch die inneren Zonen des Extruders wandert. Die Temperatur des Coextrusionswerkzeugs ist größer als die der inneren Zone, aber geringer als die der Eingangs(Zuführungs)-Zone. Selbst bei Verwendung obiger Schritte war das Schmelzen vor der Entlüftungsöffnung schwierig. Die Zugabe eines Grenzflächenmittels steigert die Fusion vor der Entlüftungsöffnung sehr, hat aber auch eine gegenläufige Wirkung auf die Porosität der Schmelze.
Der bevorzugte Extruder zur Durchführung der vorliegenden Erfindung ist ein Krauss-Maffei KMD 60 Multischneckenextruder. Andere Extruder wie Cincinnati Milacron (CM-55) können auch in der Erfindung genutzt werden. Der KMD 60 ist bevorzugt, da er eine Verdrängerpumpe zum kontrollierten Transport des Materials durch ein Werkzug hat. Die in dieser Erfindung verwendeten Extruder werden als Hauptkomponenten einen Schraubenschaft (barrel) und vorzugsweise zwei Schrauben, zum Transportieren, Mischen und Komprimieren des Materials, ein Heiz- und Kühlungssystem zur Kontrolle der für die Verarbeitung benötigten Hitze, einen Antriebszug (drive train) um die Schrauben mit Energie anzutreiben und eine Kontrollstation zur Kontrolle des Extruderbetriebs, einschließlich Instrumenten zur Überwachung des Verfahrens und der Anzeige möglicher Probleme, besitzen.
Der Schraubenschaft wird aus einer ineinander greifenden, doppelt konischen verjüngten Sturzwelle (tape bore) bestehen. Die Kombination von Schraubenschaftverjüngung und Schraubengang liefert einwandfreie Kompression des Verbundwerkstoffmaterials. Wie in Abb. 4 gezeigt, ist der Schraubenschaft aus einem Stück hergestellt und besitzt vier Betriebszonen. Der größere Außendurchmesser der Schrauben im Schraubenschafteinzugsbereich, Zone 1 (78), erlaubt die gute Aufnahme von Material und liefert eine große Oberfläche für den Hitzetransfer zum Material. Zwischen den Zonen zwei (79) und drei (80) befindet sich eine Entlüftungsöffnung (76), die das Austreten von Feuchtigkeit und anderen Gasen aus dem Schraubenschaft (71) gestattet. Die vierte Zone (81) ist eine Zumesszone wo das Material komprimiert und an ein Werkzeug (84) abgegeben wird. Zwischen Werkzeug (84) und Extruderschraubenschaft (71) befindet sich ein Adapter (82) mit den Zonen 5 (83) und 6 (85).
Jede der Schrauben besitzt einen hohlen Kern durch den Hitzeübertragungsflüssigkeit zirkuliert. Dies erlaubt die Übertragung von unerwünschter Reibungshitze aus Zone 4 (81) zurück zu Zone 1 (78). Die vier Heizzonen am Schraubenschaft (71) werden unabhängig voneinander durch elektrische Hitzezonen (electrical heat bands) und Wärmeaustauscher zur genauen Temperaturkontrolle kontrolliert. Die Temperatur der Hitzeübertragungsflüssigkeit in den Schrauben wird ebenfalls unabhängig kontrolliert. Die bevorzugten Schrauben sind Krauss-Maffei-Pipe-Schrauben (hohe Scherung und hohe Kompression) und das bevorzugte Werkzeug ist ein besonders angefertigtes Coextrusionswerkzeug.
Hitze wird den vier Schraubenschaftzonen durch die elektrischen Hitzezonen zugeführt. Hitze wird vom Schraubenschaft (71) durch zirkulierendes Öl über Windungen, die um die Schraubenschäfte in Zonen 2 (79), 3 (80) und 4 (81) gewunden sind, abgezogen. Das Öl wird mittels einer Pumpeneinheit durch einen Wärmeaustauscher zirkuliert, der in der Basis des Extruders untergebracht ist. Das Kühlungssystem des Schraubenschafts ist mit Flussindikatoren für eine visuelle Überprüfung der Kühlungsleistung in jeder Kühlungszone ausgestattet. Schraubenkern-Kühlung/Heizung wird mit einer unabhängigen Temperaturkontrolleinheit erreicht.
Der Antriebszug beginnt mit einem hinsichtlich der Geschwindigkeit stufenlos regelbaren, mit einer Geschwindigkeitsdrosselung (speed reducer) gekoppelten Stellmotor mit konstantem Antrieb. Von der Geschwindigkeitsdrosselung entwickelt sich der Antriebszug in einen Zweiwellen-Kurbelwellenradantrieb. Da sich die Antriebswellen auf den Achsen ihrer korrespondierenden verjüngten Schrauben befinden, ist es möglich große Übersetzungen zur Drehmomentübertragung und große Lager zur Aufnahme der beim Betrieb des Extruders gebildeten Axialkräfte (Gegendruck) zu verwenden. Um eine konstante Produktqualität zu erreichen, werden die Geschwindigkeit und die Motorlast des Antriebszugs und die Axiallast der Axiallager gemessen. Die Temperatur innerhalb des Extruders (70) erhöht, um ein Profil, wie in Tabelle II gezeigt zu besitzen. Tabelle II Temperaturprofil des Doppelschneckenextruders
Die Temperaturprofile der Schneckenöltemperatur (72), Temperatur der zwei Zonen vor (78) der Entlüftungsöffnung(76), zwei Zonen nach (80) der Entlüftungentlüftungsöffnung, dem Adapter (82) und dem Extrusionswerkzeug (84) sind gezeigt.
Wie in Abb. 5 gezeigt, ist es bei den meisten Extruderanwendungen allgemeine Praxis den Extruder (90) durch Fluten zu beschicken (flood feed) (94). Dieses sollte vermieden werden. Der hohe Holzmehlgehalt mit 5-6% Feuchtigkeit gibt Dampf ab, wenn es mit den Extruderschnecken (102) in Kontakt kommt. Es ist für den Dampf schwierig zu entweichen, wenn der Fülltrichter-Auslaufstutzen (92) durch Fluten beschickt wird (94), was zur Verklumpung von Material und Ausstoßänderungen führt. Ein Spiegel der gerade noch die Schnecken bedeckt (96) ist ideal.
Wenn das Extrudat den Adapter (82) aus Abb. 4 verlässt, tritt es in den integral angebrachten Coextrusionskopf (110), wie in Abb. 6 gezeigt, ein, worin PVC-Extrudat (118) vom zweiten Extruder (112) auf natürliche Faser/PVC-Extrudat (116) vom ersten Extruder (114) zur Bildung des Coextrudat- Verbundwerkstoffs (120) extrudiert wird. Ein typisches Temperaturprofil für den zweiten Extruder (112) wäre im Wesentlichen wie folgt (Tabelle III), wenn es sich um einen Einschneckenextruder handelt, und würde, wenn es sich um einen Doppelschneckenextruder handelt als zweite Spalte in Tabelle II erscheinen. Breitere Bereiche der Temperaturen würden einschließen, von 165-218ºC vor der Entlüftungsöffnung, von 138-199ºC nach der Entlüftungsöffnung, von 149-218ºC benachbart zum Werkzeug, von 177-218ºC am Werkzeug und eine Schneckenöltemperatur von 165-218ºC.

Tabelle III

Zone Temperatur

Hinterer Bereich 340ºF (171ºC)
Benachbarte zwei Zonen 330ºF (166ºC)
Adapter 310ºF (154ºC)
Wie in Abb. 7 und 8 gezeigt, wandert das Verbundwerkstoffextrudat (120) dann durch eine Vakuumkalibrierungsvorrichtung (130) mit Vakuumfurchen (vacuum grooves) (134). Die interne Konfiguration, die das Verbundwerkstoffextrudat berührt, hat die Form der endgültigen Form des gewünschten Profils. Vakuum wird an die Verbundwerkstoffform angelegt, um sie konform zur Kalibrierungskonfiguration zu machen und das Produkt kontinuierlich zu formen und zu kühlen. Die Kalibrierungsvorrichtung ist unter Verwendung von Wasserkühlungskanälen (136) wassergekühlt, so dass das Verbundwerkstoffextrudat abkühlt während es geformt wird.
Die Verbundwerkstoffform ist nun komplett abgekühlt und tritt, wie in Abb. 9 gezeigt, in die Prägestation (140) ein. Diese ist ein gehärtetes und chromüberzogenes Rad (142) mit 6" Durchmesser, welches typischerweise mit Kiefern- oder Eichenmustern (144) beprägt ist. Es wird auf 177º-199ºC erhitzt und ein ausreichender Druck wird angewendet, um ein Holzmuster zu erhalten während es durch die durchgezogene Verbundwerkstoffform zum Rotieren gebracht wird, obgleich die Prägestation, für einige Anwendungen, motorbetrieben sein kann. Abhängig von der Anzahl der zu prägenden Oberflächen, wird für jede Oberfläche eine Prägerolle benötigt.
Während die Prägevorrichtung nachfolgend zur Kalibriervorrichtung gezeigt ist, ist es auch vorstellbar, dass bei einigen Anwendungen die Prägestation (140) dem Extrusionswerkzeug nachfolgend positioniert sein kann, gefolgt von Schlichtungs-Kalibrierungs-Operationen (sizing calibration operations). In diesem Fall wird das Material noch heiß sein und erfordern, dass die Prägestation motorbetrieben und gekühlt ist.
Die fertig gestellte Verbundwerkstoffform wandert dann durch einen Zieher, der als Zugkraft agiert, um den Verbundstoff durch die Kalibrierungsvorrichtung und Prägestationen zu ziehen. Die Verbundwerkstoffform wird dann durch eine Säge gedrückt, die mit der Form wandert, wenn sie auf eine Länge zugesägt wird.
Die beste Art der Durchführung der Erfindung wird nun zum Zweck der Veranschaulichung der besten, dem Anmelder zu dieser Zeit bekannten Art beschrieben. Die Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und sind nicht zur Beschränkung der Erfindung gedacht, wie durch den Rahmen der Ansprüche ausgedrückt.

Beispiel #1

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel/Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den oben diskutierten Bedingungen durch Kombinieren der Reaktanten in den folgenden Mengen hergestellt:

Tabelle I

Komponente Quantität (lbs)

Holzmehl (American Wood Flour) 50,0 (22,7 kg)
Porositätshilfsmittel (Rheochem Rheolube 185) 2,5 lbs (1,1 kg)
Grenzflächenmittel (wie unten ausgewiesen) 0,3 lbs (0,14 kg)
Pigment (Dupont R960 TiO&sub2;) 5,0 lbs (2,3 kg)
Pigment (Ferro V9156) 1,5 lbs (0,7 kg)
PVC (Georgia Gulf 3304/WH194) 116,0 lbs (52,7 kg)

Beispiel #2

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von Poly (ethylen-co-acrylsäure), (-CH&sub2;CH&sub2;-)x[-CH&sub2;CH(CO&sub2;H)-]y, [CAS 9010-77-9] als Grenzflächenmittel und worin die Werte für x und y abgestimmt sind, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.

Beispiel #3

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von Poly (ethylen-co-methacrylsäure), (-CH&sub2;CH&sub2;-)x[-CH&sub2;C(CH&sub3;)(CO&sub2;H)-]y, [CAS 25053-53-6] als Grenzflächenmittel und worin die Werte für x und y abgestimmt sind, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.

Beispiel #4

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von Poly(ethylen-co-acrylsäuremethylester-co-acrylsäure), (-CH&sub2;CH&sub2;-)x[-CH&sub2;CH(CO&sub2;CH&sub3;)-]y[-CH&sub2;CH(CO&sub2;H)-]z, [CAS 41525-41-1] als Grenzflächenmittel und worin die Werte für x, y und z abgestimmt sind, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.

Beispiel #5

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von Poly(methacrylsäuremethylester-co-methacrylsäure), [-CH&sub2;C(CH&sub3;)(CO&sub2;CH&sub3;)-]x[-CH&sub2;C(CH&sub3;)(CO&sub2;H)-]y, als Grenzflächenmittel und worin die Werte für x und y abgestimmt sind, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.

Beispiel #6

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von Poly(acrylsäure-tert-butylester-co-acrylsäureethylester-co- methacrylsäure), [-CH&sub2;CH(CO&sub2;C(CH&sub3;)&sub3;]&sub3;-]x[-CH&sub2;CH(CO&sub2;C&sub2;H&sub5;)-]y[-CH&sub2;C(CH&sub3;)(CO&sub2;H)-]z, als Grenzflächenmittel und worin die Werte für x, y und z abgestimmt sind, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.

Beispiel #7

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von Poly(styren-co-allylalkohol), [-CH&sub2;CH(C&sub6;H&sub5;)-]x[-CH&sub2;CH(CH&sub2;OH)-]y [CAS 25119-62-4], als Grenzflächenmittel und worin die Werte für x und y abgestimmt sind, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.

Beispiel #8

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von Poly(vinylalkohol-co-ethylen), (-CH&sub2;CH&sub2;-)x[-CH&sub2;CH(OH)-]y [CAS 25067-34-9] als Grenzflächenmittel und worin die Werte für x und y abgestimmt sind, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.

Beispiel #9

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von carboxyliertem Poly(vinylchlorid) als Grenzflächenmittel.

Beispiel #10

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von Poly(vinylchlorid-co-vinylacetat-co-maleinsäureanhydrid), [-CH&sub2;CH(Cl)-]x[-CH&sub2;CH(O&sub2;CCH&sub3;)-]y[-CH(CO&sub2;H)CH(CO&sub2;H)-]z [CAS 900% 09-8] als Grenzflächenmittel und worin die Werte für x, y und z abgestimmt sind, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.

Beispiel #11

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von Polyacrylamid, [-CH&sub2;OH(CONH&sub2;)-]n [CAS 9003-05-8] als Grenzflächenmittel und worin der Wert von n abgestimmt ist, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.

Beispiel #12

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von Poly (acrylamid-co-acrylsäure), [-CH&sub2;CH(CONH&sub2;)-]x[-CH&sub2;CH(CO&sub2;H)-]y [CAS 9003-06-9] als Grenzflächenmittel und worin die Werte für x und y abgestimmt sind, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.

Beispiel #13

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von Poly (acrylsäuremethylester), [-CH&sub2;C(CH&sub3;)(C&sub2;CH&sub3;)-]n [CAS 9001- 14-7] als Grenzflächenmittel und worin der Wert von n abgestimmt ist, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.

Beispiel #14

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von Poly(ethylen-co-acrylsäureethylester), (-CH&sub2;CH&sub2;-)x[- CH&sub2;CH(CO&sub2;C&sub2;H&sub5;)-]y [CAS 9010-86-0] als Grenzflächenmittel und worin die Werte für x und y abgestimmt sind, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.

Beispiel #15

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von Poly (acrylsäurebutylester) [-(CH&sub2;CH&sub2;)CO&sub2;(CH&sub2;)&sub3;CH&sub2;-]n [CAS 9003- 49-0] als Grenzflächenmittel und worin der Wert von n abgestimmt ist, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit, den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.

Beispiel #16

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von Polyacrylonitril, [-CH&sub2;CH(CN)-]n [CAS 25014-41-9] als Grenzflächenmittel und worin der Wert von n abgestimmt ist, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.

Beispiel #17

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von Poly(acrylonitril-co-butadien), [-CH&sub2;CH(CN)-]x[-CH&sub2;CH=CHCH&sub2;-]y [CAS 9003-18-3] als Grenzflächenmittel und worin die Werte für x und y abgestimmt sind, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.

Beispiel #18

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von Poly(ethylen-co-acrylsäureethylester-co-maleinsäureanhydrid) [CAS 41171-14-6] als Grenzflächenmittel und worin der Wert des Molekulargewichts abgestimmt ist, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.

Beispiel #19

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von Polystyren-b-Polyacrylsäure als Grenzflächenmittel und worin die relativen Mengen des Polystyrenblocks und des polyacrylischen Blocks abgestimmt sind, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.

Beispiel #20

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von Polystyren-b-Polymethacrylsäure als Grenzflächenmittel und worin die relativen Mengen des Polystyrenblocks und des polymethacrylischen Blocks abgestimmt sind, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.

Beispiel #21

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von Polystyren-b-Polyvinylalkohol als Grenzflächenmittel und worin die relativen Mengen des Polystyrenblocks und des Polyvinylalkoholblocks abgestimmt sind, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.

Beispiel #22

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von Polystyren-b-Polyoxyethylen als Grenzflächenmittel und worin die relativen Mengen des Polystyrenblocks und des Polyoxyethylenblocks abgestimmt sind, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.

Beispiel #23

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von hydroxyfunktionalisiertem Polybutadien, HO(-CH&sub2;CH=CHCH&sub2;-)nOH [CAS 69102-90-5] als Grenzflächenmittel und worin der Wert von n abgestimmt ist, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.

Beispiel #24

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von Poly(vinylchlorid-co-vinylacetat), [-CH&sub2;CH(Cl)-]x[- CH&sub2;CH(O&sub2;CCH&sub3;)-]y [CAS 9003-22-9] als Grenzflächenmittel und worin die Werte für x und y abgestimmt sind, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.

Beispiel #25

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von Poly(vinylchlorid-co-vinylacetat-co-acrylsäure-2- hydroxypropylester), [-CH&sub2;CH(Cl)-]x[-CH&sub2;CH(O&sub2;CCH&sub3;)-]y[-CH&sub2;CH[CO&sub2;CH&sub2;CH(OH)CH&sub3;]-]z [CAS 41618-91-1] als Grenzflächenmittel und worin die Werte für x, y und z abgestimmt sind, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.

Beispiel #26

Ein Verbundwerkstoff aus PVC/Holzmehl/Porositätshilfmittel /Grenzflächenmittel wird in Übereinstimmung mit den Bedingungen und Mengen der Reaktanten hergestellt, wie in obigem Beispiel #1 diskutiert, mit dem Austausch von Poly(vinylchlorid-co-vinylacetat-co-maleinsäure), [-CH&sub2;CH(Cl)-]x[-CH&sub2;CH(O&sub2;CCH&sub3;)-]y[-CH(CO&sub2;H)CH(CO&sub2;H)-]z [CAS 9005- 09-8] als Grenzflächenmittel und worin die Werte für x, y und z abgestimmt sind, um den Grad der Mischungskompatibilität zu kontrollieren, der mit den endgültigen physikalischen Charakteristika des Verbundwerkstoffs gewünscht ist.
Wenn das obige Verfahren befolgt wird, können verschiedene Produkte, wie Profile (Abb. 10), Griffschienen (Abb. 11), Doppelflügelfenster (Abb. 12), Türen (Abb. 13) und Fensterkomponenten (Abb. 14) hergestellt werden. Wie zuvor mit Bezug auf Abb. 10 diskutiert wurde, zeigt die in Abb. 11 gezeigte Griffschiene den co-extrudierten Verbundwerkstoff (160), wobei die äußere Oberfläche (168) die natürliche Faser/PVC-Verbundstoffkomponente (164) verkörpert und die innere Komponente das PVC-Segment ist (162). Die äußere Oberfläche (168) kann mit einem Holzmaserungsmuster (166) geprägt werden, welches dann gefärbt oder angestrichen werden kann.
Die in Abb. 12 gezeigten Doppelflügelfenster, zeigen ebenfalls die co-extrudierte Konstruktion (170), worin der innere Verbundwerkstoff (174) die Naturfaser/Kunststoff- Komponente ist und der äußere Bereich (168) das PVC-Segment ist. Bei dieser Anordnung kann der innere Verbundwerkstoff (174) gefärbt und/oder angestrichen werden, um an ander Innenraumausstattung angepasst zu werden. Auf Grund von Temperaturunterschieden in Fenstern, mit sehr kaltem Wetter auf der einen Seite des Fensters und warmen Temperaturen auf der Innenseite, kann die dimensionale Integrität von Kunststofffensterkomponenten ein Problem darstellen. Da Naturfasern im Vergleich zu vielen Kunststoffen, bessere thermische Stabilität besitzen, kann die Zugabe von Naturfasern das Betriebsverhalten verbessern. Vinylfenster des Stands der Technik hätten notwendigerweise Kunststoffkomponenten, die von der Innenseite des Fensters aus sichtbar sind. Diese inneren Komponenten konnten sich nur grob der Erscheinung von natürlichem Holz annähern. Einige vorherige Ansätze dies zu berichtigen, schlossen das Umhüllen solcher Komponenten mit Folien ein, die Holzmaserung simulieren. Dies stellte jedoch eine teuere Lösung dar und die Folie war oft zu empfindlich, um ihre Erscheinung über einen langen Zeitraum unter schwerer Beanspruchung zu erhalten.
Mit Bezug auf Abb. 13 ist eine andere gewöhnliche Anwendung der Erfindung dargestellt. Eine Tür (180) wird in erster Linie aus Holz, Metall oder Fiberglas hergestellt. Einige Gestaltungen zeichnen sich durch Fensterglas (184), das von einem Profil (182) umgeben ist aus. Dieses Profil ist eine gute Anwendung des in Abb. 10 gezeigten Verbundwerkstoffartikels.
In einer in Abb. 14 gezeigten spezialisierten Anwendung dieser Erfindung, wird ein Stück einer Wetterabdichtung (198) entlang einer in Längsrichtung verlaufenden Kante (196) angebracht, so dass ein isolierungsabgedichtetes co-extrudiertes Produkt (190) mit einer Naturfaser/PVC- Komponente (194) und einer PVC-Komponente (192) gebildet wird. Es ist zu erkennen, dass, wenn das Produkt wie in Abb. 14 hergestellt wird, ein zusätzlicher Extruder notwendig ist und der zuvor diskutierte Coextrusionskopf modifiziert wird, um einen zusätzlichen Schmelzstrom, welcher die Wetterdichtung bilden wird (d. h. ein Triextrusionskopf), zu ermöglichen. Wenn flexibles Vinyl als zusätzlicher Schmelzstrom verwendet wird, ist festzustellen, dass eine wirkungsvolle Bindung zwischen dem Verbundwerkstoffmaterial und der Wetterdichtung zu Stande kommt. Während flexibles Vinyl bei vielen Fenster- und Türanwendungen bevorzugt wird, besteht keine Notwendigkeit die Erfindung auf solche zu beschränken und andere Materialien, die an festes PVC und/oder Naturfaser/PVC-Verbundwerkstoffe binden, würden ebenfalls funktionieren. Während überall in der Industrie für Extrusionen, die flexibles Vinyl betreffen, die Verarbeitungsbedingungen allgemein bekannt sind, wäre ein typisches Temperaturset im Extruder/Kopf etwa 132ºC für die hintere Zone und die zuvor definierte Zone 2 und 160ºC für Zone 3 und den Adapter.
Die Menge der Farbstoff/Porositätsabsorption, welche das letzlich extrudierte Profil besitzen wird, ist abhängig von der Porosität der äußeren Oberfläche. Je größer die Porosität, desto größer die Adsorption. Die Porosität wird durch Zugabe geringer Mengen eines zusätzlichen Porositätshilfsmittels und einem Grenzflächenmittel zur Mischung kontrolliert (wobei käuflich erhältlichem PVC etwas Metalltrennmittel oder Porositätshilfsmittel bereits zugegeben ist). Das bevorzugte Porositätshilfsmittel ist Rheochem Rheolube 185. Es wurde gefunden, dass dieses Trennmittel auch Fusion im Zufuhr-, Prekompressions- und Kompressionsbereich, verhindert. Im Extruder wird Entlüftung (Abziehen von Feuchtigkeit aus dem Holz über Vakuum) besonders schwierig, da das Holz/PVC nicht genügend geschmolzen wurde, um eine homogene Schmelze im Entlüftungsbereich des Extruders zu bilden. In diesem Fall können Wasser, PVC und etwas Holzmehl in den Entlüftungsbereich extrahiert werden. Um dieses Problem zu überwinden, wurden die Hochkompression/Hochscherung-Standard- Rohr-Schnecken durch Verengen der zwei Gangweiten im Zufuhrbereich modifiziert, um höhere Zufuhr zu ermöglichen. Im Prekompressionsbereich der Schnecken wurden auch Furchen zugefügt, um höhere Scherung zu erreichen. Während dies das Verfahren verbesserte, wurde noch unzureichende Fusion an der Entlüftung bemerkt und es war notwendig der Mischung ein Grenzflächenmittel zuzugeben, um eine für das Entlüften brauchbare Schmelze zu erhalten. Ein anderer die Porosität beeinflussender Faktor ist die Scherrate durch die Werkzeugöffnung (straight land length), Scherraten (nur auf PVC basierend) zwischen 220-500 sec&supmin;¹ zeigten bei der bevorzugten Mischung gute Porositäten.
Die Signifikanz der Porosität wird klar in Abb. 15-16 gezeigt, welche nur Photographien der Naturfaser/PVC- Komponente sind. Abb. 15 ist eine Vergrößerung mit 20x Vergrößerung, die bei 15 kV mit einer in das Bild eingebetteten 1 mm Referenzmarkierung aufgenommen wurde. Die Porosität, die durch Hohlraumbildung hervorgerufen wird ist klar ersichtlich. Bei der höheren, in Abb. 16 gezeigten, 100 · Vergrößerung sind diese Hohlräume noch vorherrschender, wie durch die darin eingelassene 100 u-Markierung gezeigt wird. Die Proben wurden gemäß den oben beschriebenen Lehren hergestellt. Um die Porosität zu berechnen, wurde das Oberflächenbild digitalisiert und mit Hilfe eines Softwarepakets wurden die Hohlräume über eine gegebene Fläche kalkuliert, basierend auf schwarzen versus weißen Bildpunkten. Die Porosität des Verbundwerkstoffs in diesen Abbildungen beträgt ungefähr 22%. Beide Proben zeigen gleichmäßig auf der Oberfläche verteilte Mikrohohlräume.
Eine Vergleichsstudie hinsichtlich des Einflusses verschiedener, im System gegenwärtiger Variablen wurde durchgeführt. Die untersuchten Variablen waren die Wirkung von Material-Vormischung aller Komponenten außer dem Holzmehl, den Schraubenschafttemperaturen 3&4, der Schneckenöltemperatur, dem Zuführungsspiegel, dem Entlüftungsvakuum und der Werkzeugtemperatur. Die folgende Matrix (Tabelle IV) wurde verwendet, um die Wirkung von sechs Faktoren auf die Schmelzstärke von Naturfaser/PVC-Verbundwerkstoffextrudaten zu beurteilen. Eine niedrige Schmelzstärke war historisch gesehen eines der Hauptprobleme, die mit dieser Art von Produkt erfahren wurden. Tabelle IV
Ein partialfaktorisch gestaltetes Experiment wurde mit obigen Variablen durchgeführt. Die Schmelzstärke wurde durch graduelles Steigern der Ziehergeschwindigkeit, bis zum Bruch, gemessen. Eine Probe wurde direkt vor dem Bruch entnommen, vermessen und gewogen. Aus diesen Daten war es möglich das Gewicht pro Inch des Teils zu bestimmen. Je niedriger die Zahl, desto höher die Schmelzstärke.
Das aus dem nicht vorgemischten Produkt hergestellte Material zeigte eine 11,6%-ige Steigerung der Schmelzstärke. Die höhere Schraubenschafttemperatur lieferte auch ein Produkt mit 13,4% höherer Schmelzstärke, während die Steigerung des Entlüftungsvakuums zu 5,7% höherer Schmelzstärke führte. Es wurde gezeigt, dass die Schneckenöltemperatur, der Zuführungsspiegel und die Werkzeugtemperatur im Wesentlichen unkritische Faktoren bei der Bestimmung der Schmelzstärke sind.
Die Porosität bestimmt die Färbbarkeit der Endextrusion. Je höher die Porosität, desto mehr Farbe wird absorbiert werden. Umgekehrt, je niedrige die Porosität ist, desto weniger Farbstoff wird absorbiert werden. Eine 22%-ige Porosität (Hohlraumprozentsatz) wird bevorzugt. Porosität im Bereich von 5% bis 40% wird färben und die Menge ist eine visuelle Bevorzugung durch den Endverbraucher.

Diskussion

In seinen allgemeinsten Formen kann sich das Grenzflächenmittel als sauerstoffenthaltendes Kohlenwasserstoffpolymer mit niedrigem bis mittlerem Molekulargewicht vorgestellt werden. Der sauerstoffenthaltende Teil des Polymers würde einschließen, aber nicht beschränkt sein auf, die Funktionalität von Carbonsäuregruppen, Estern, Ethern, Alkoholen, Acrylaten, Säureanhydriden, etc. In Abhängigkeit von der im Polymer enthaltenen funktionellen Gruppe, würde das Grenzflächenmittel entweder durch eine Physisorption (z. B. Wasserstoffbindung) oder Chemisorption (z. B. Esterbindung) anhaften.
Wie in Abb. 17 gezeigt, deutet zumindest bei Verwendung oxidierten Polyethylens [CAS 68441-17-8] als Grenzflächenmittel, hergestellt in Übereinstimmung mit Beispiel #1, (Probe A) und ohne Zugabe eines Grenzflächenmittels (Probe B), der Fourier-Transform-Infrarot- Spektrometrie (FTIR)-Beweis stark auf eine Chemisorption, als zumindest ein Wirkungsmechanismus mit Bildung einer Esterbindung zwischen dem Grenzflächenmittel und der Cellulose hin, bewiesen durch einen starken Peak bei 1734 cm&supmin;¹ (Carbonyl- Streckschwingung). Dies ist eine klassische Diagnose hinsichtlich der Anwesenheit des Carbonylteils einer Esterbindung.
Konkreter wurden zwei Proben (A und B) durch Schneiden eines extrudierten Bereichs des Materials in Teile, die kleiner als 0,5 cm an einer Seite waren und Zermahlen der Teile in einem käuflichen Waring-Mischer, unter Verwendung eines Edelstahlprobengefäßes und Edelstahlmessern, hergestellt. Ungefähr fünf (5) Gramm Material von jeder der zwei Proben wurden auf diese Weise hergestellt. Das verwendete FTIR war ein Nicolet Magna IR 550 Serie 2, welches im diffuse Reflexion-Modus betrieben wurde.
Während die Aufmerksamkeit auf die sauerstoffbasierte Chemie gelenkt wurde ist es auch vorstellbar, dass, wenn Chemisorption, möglicherweise über Esterbildung, ein Reaktionsmechanismus ist, jedwede im Polymer enthaltene Carbonsäuregruppe funktionieren könnte. Es ist auch bekannt, dass Bindungen des Estertyps aus Amiden, Acylhaliden, Ketonen, Nitrilen und Acrylaten gebildet werden können. Daher wären in dieser Erfindung Polymere, die wenigstens eine oder mehrere der obigen funktionellen Gruppen enthalten, nützlich. Amide reagieren mit Alkoholen unter saueren Bedingungen, so dass ein Ester und ein Ammoniumsalz gebildet werden, an Stelle von Wasser, wie im Fall von Carbonsäuren.
Es wird ebenfalls angenommen, dass das Molekulargewicht des Grenzflächenmittels einen Aspekt dieser Erfindung darstellt, welcher eine Rolle bei der Bestimmung von sowohl der Wirksamkeit des Grenzflächenmittels als auch in den Endprodukten irgendeines daraus resultierenden Verbundwerkstoffs spielt. Im Allgemeinen wird angenommen, dass das Molekulargewicht (Mw) des Grenzflächenmittels weniger als oder gleich 6000 und größer als oder gleich 100 sein sollte, bevorzugter weniger als oder gleich 3000 und größer als oder gleich 200 und am bevorzugtesten weniger als oder gleich 1500 und größer als oder gleich 500.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte und alternative Ausführungsformen beschrieben. Offensichtlich werden Anderen, nach dem Lesen und Verstehen der Beschreibung, Modifikationen und Abänderungen einfallen. Es ist beabsichtigt alle solchen Modifikationen und Abänderungen einzuschließen, sofern sie innerhalb des Umfangs der angehängten Ansprüche oder Äquivalente davon fallen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines porösen Komposits aus natürlicher Cellulose-Holz- Faser und einen Thermoplasten, umfassend:

Mischen der natürlichen Cellulose-Holz-Faser und des Thermoplasten mit

von 0,01 bis 5 Gew.-% eines Porositätshilfsstoffs, der ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus einem Paraffin und einem Kohlenwasserstoff-Wachs-Blend mit einem Schmelzpunkt von 93ºC oder niedriger besteht, und

von 0,01 bis 2 Gew.-% eines Grenzflächenmittels zur Unterstützung bei der Bildung einer homogenen Verteilung der natürlichen Cellulose-enthaltenden Faser im Thermoplasten, wobei das Grenzflächenmittel in einem solchen Ausmaß funktionalisiert ist, daß mindestens ein Teil des Grenzflächenhilfsmittels eine chemische oder eine physikalische Bindung mit mindestens einem Anteil einer Cellulose-Komponente der natürlichen Cellulose-enthaltenden Faser bilden kann, während mindestens ein anderer Anteil des Grenzflächenmittels die Kompatibilisierung mit dem Thermoplasten unterstützt, wodurch eine Mischung gebildet wird;

Extrudieren der Mischung durch eine Extrusionsdüse eines Extruders als Komposit; und Formen des Komposits zu einem gewünschten Profil.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Mischens in einem Hochintensitätsmischer bei einer Temperatur von ungefähr 82 bis 116ºC stattfindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Temperatur-Profil des Extruders 165 bis 218ºC vor der Belüftungsöffnung, 138 bis 199ºC nach der Belüftungsöffnung, 149 bis 218ºC in der Umgebung der Düse, 177 bis 218ºC an der Düse ist und das Schneckenöl 165 bis 218ºC beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Mischungsniveau in einer Zufuhröffnung zum Extruder auf einem Niveau liegt, das die Schnecken bedeckt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Thermoplast ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus Polyvinylchlorid, Polyolefinen, Polystyrolen, Polyacrylen und Polyestern besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Grenzflächenmittel ein polymerer oberflächenaktiver Stoff ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei mindestens ein bindendes Atom des Grenzflächenmittels innerhalb der mindestens einen Grenzflächenmittel-bindenden Gruppe Sauerstoff ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die mindestens eine Grenzflächenmittel- bindende Gruppe Sauerstoff ist, der in einer funktionellen Gruppe im polymeren oberflächenaktiven Stoff enthalten ist, wobei die funktionelle Gruppe ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus Carbonsäuren, Estern, Ethern, Acrylaten, Säureanhydriden, Amiden und Alkoholen besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Grenzflächenmittel ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus oxidiertem Polyolefin, Poly(ethylen-co-acrylsäure), Poly(ethylen- co-methacrylsäure), Poly(ethylen-co-methylacrylat-co-acrylsäure), Poly(methylmethacrylat-co-methacrylsäure), Poly(tert-butylacrylat-co-ethylacrylat-co- methacrylsäure), Poly(styrol-co-allylalkohol), Poly(vinylalkohol-co-ethylen), carboxyliertes Poly(vinylchlorid), Poly(vinylchlorid-co-vinylacetat-co-maleinsäureanhydrid), Polyacrylamid, Poly(acrylamid-co-acrylsäure), Poly(methylmethacrylat), Poly(ethylmethacrylat), Poly(ethylen-co-ethylacrylat), Poly(butylacrylat), Poly(ethylen-co- ethylacrylat-co-maleinsäureanhydrid), Polystyrol-b-polyacrylsäure, Polystyrol-b- polymethacrylsäure, Polystyrol-b-polyvinylalkohol, Polystyrol-b-polyoxyethylen, Hydroxy- funktionalisiertes Polybutadien, Poly(vinylchlorid-co-vinylacetat), Poly(vinylchlorid-co- vinylacetat-co-2-hydroxypropylacrylat), Poly(vinylchlorid-co-vinylacetat-co-maleinsäure).

10. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das mindestens eine Grenzflächenmittelbindende Atom in der mindestens einen Grenzflächenmittel-bindenden Gruppe Stickstoff ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die mindestens eine Grenzflächenmittel- bindende Gruppe Stickstoff ist, der in einer funktionellen Gruppe im polymeren oberflächenaktiven Stoff enthalten ist, wobei die funktionelle Gruppe ausgewählt wird aus der aus Aminen und Nitrilen bestehenden Gruppe.

12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Extrusionsdüse eine Doppelextrusionsdüse ist, und ein zweiter Thermoplast auf das Komposit co-extrudiert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der zweite Thermoplast ausgewählt wird aus der aus Polyvinylchlorid, Polyolefinen, Polystyrolen, Polyacrylen und Polyestern bestehenden Gruppe.

14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Scherrate 220 bis 500 sek&supmin;¹ beträgt.

15. Komposit-Artikel, umfassend:

eine erste Zone, wobei die erste Zone aus einem ersten Polymer besteht; und

eine zweite Zone, wobei die zweite Zone besteht aus

einem zweiten Polymer,

einer natürlichen Cellulose-enthaltenden Faser,

von 0,01 bis 5 Gew.-% eines Porositätsmittels zur Kontrolle der Porosität der zweiten Zone mit einer äußeren Oberfläche, wobei die äußere Oberfläche porös ist, um Holzbeize oder Farbe zu halten und zurückzuhalten, wobei das Porositätshilfsmittel ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus einem Paraffin oder einem Kohlenwasserstoff- Wachs-Blend mit einem Schmelzpunkt von 93ºC oder weniger besteht; und

von 0,01 bis 2 Gew.-% eines Grenzflächenmittels zur Unterstützung bei der Bildung einer homogenen Verteilung der natürlichen Cellulose-enthaltenden Faser im zweiten Polymer, wobei das Grenzflächenmittel in einem solchen Ausmaß funktionalisiert ist, daß mindestens ein Teil des Grenzflächenmittels eine chemische oder physikalische Bindung mit mindestens einem Teil einer Cellulose-Komponente der natürlichen Cellulose- enthaltenden Faser bilden kann, während mindestens ein anderer Teil des Grenzflächenmittels bei der Kompatibilisierung mit dem zweiten Polymeren unterstützt;

und

wobei die erste und zweite Zone an einem Stück vorliegen und miteinander co- extrudiert werden.

16. Artikel nach Anspruch 15, wobei

die zweite Zone

von 90 bis 45 Gew.-% inklusive des zweiten Polymeren und

von 10 bis 55 Gew.-% inklusive der natürlichen Cellulose-enthaltenden Faser

umfaßt,

wobei der Komposit der zweiten Zone eine Porosität von zwischen 5 bis 40% inklusive aufweist.

17. Komposit nach Anspruch 15, wobei das Grenzflächenmittel ein polymerer oberflächenaktiver Stoff ist.

18. Komposit nach Anspruch 17, wobei das mindestens eine Grenzflächenmittel- bindende Atom in der mindestens eine Grenzflächenmittel-bindenden Gruppe Sauerstoff ist.

19. Komposit nach Anspruch 18, wobei die mindestens eine Grenzflächenmittel- bindende Gruppe Sauerstoff ist, der in einer funktionellen Gruppe im polymeren oberflächenaktiven Stoff enthalten ist, wobei die funktionelle Gruppe ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus Carbonsäuren, Estern, Ethern, Acrylaten, Säureanhydriden, Amiden und Alkoholen besteht.

20. Komposit nach Anspruch 19, wobei das Grenzflächenmittel ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus oxidiertem Polyolefin, Poly(ethylen-co-acrylsäure), Poly(ethylen-co-methacrylsäure), Poly(ethylen-co-methylacrylat-co-acrylsäure), Poly(methylmethacrylat-co-methacrylsäure), Poly(tert-butylacrylat-co-ethylacrylat-co- methacrylsäure), Poly(styrol-co-allylalkohol), Poly(vinylalkohol-co-ethylen), carboxyliertes Poly(vinylchlorid), Poly(vinylchlorid-co-vinylacetat-co-maleinsäureanhydrid), Polyacrylamid, Poly(acrylamid-co-acrylsäure), Poly(methylmethacrylat), Poly(ethylmethacrylat), Poly(ethylen-co-ethylacrylat), Poly(butylacrylat), Poly(ethylen-co- ethylacrylat-co-maleinsäureanhydrid), Polystyrol-b-polyacrylsäure, Polystyrol-b- polymethacrylsäure, Polystyrol-b-polyvinylalkohol, Polystyrol-b-polyoxyethylen, Hydroxy- funktionalisiertes Polybutadien, Poly(vinylchlorid-co-vinylacetat), Poly(vinylchlorid-co- vinylacetat-co-2-hydroxypropylacrylat), Poly(vinylchlorid-co-vinylacetat-co-maleinsäure).

21. Komposit aus Anspruch 17, wobei das mindestens eine Grenzflächenmittel- bindende Atom in der mindestens einen Grenzflächenmittel-bindenden Gruppe Stickstoff ist.

22. Komposit nach Anspruch 21, wobei die mindestens eine Grenzflächenmittel- bindende Gruppe Stickstoff ist, der in einer funktionellen Gruppe im polymeren oberflächenaktiven Stoff enthalten ist, wobei die funktionelle Gruppe ausgewählt wird aus der aus Aminen und Nitrilen bestehenden Gruppe.

23. Komposit nach Anspruch 22, wobei das Grenzflächenmittel ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus Polyacrylnitril und Poly(acrylnitril-co-butadien) besteht.

24. Komposit nach Anspruch 15, wobei das erste und zweite Polymer unabhängig voneinander ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus Polyolefinen, Polystyrolen, Polyacrylen, Polyvinylchlorid und Polyestern besteht.

25. Komposit nach Anspruch 24, wobei das erste und zweite Polymer verschieden sind.

26. Komposit nach Anspruch 24, wobei das erste und zweite Polymer gleich sind.

27. Komposit nach Anspruch 26, wobei das erste und zweite Polymer Polyvinylchlorid ist.