-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft das Rotationsformen. Insbesondere
betrifft die Erfindung ein Verfahren für die Verwendung eines flüchtigen
Flüssigfarbsystems,
um farbmittelbeschichtete Polymerharzpulver für die Verwendung beim Rotationsformen
herzustellen.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
Das
Rotationsformen wird verwendet, um Hohlbehälter und andere Produkte mit
einer größeren Form
und komplizierten Struktur herzustellen, welche nicht leicht mit
anderen konventionellen Formtechniken wie Spritzgießen und
Platten-Thermoformen geformt werden können. Typische Produkte, die über das
Rotationsformen hergestellt werden, umfassen beispielsweise Kraftstoffbehälter, Fässer, Vorratsbehälter und
Spielzeuge.
-
Das
Rotationsformen umfasst die Schritte des Zuführens eines Polymerharzpulvers
in eine Form, Erwärmen
der Form von außen,
während
die Form rotiert, wodurch das Pulver geschmolzen wird und innerhalb
der Form eine geschmolzene Polymerschicht gebildet wird, gefolgt
von einem Abkühlen
der Form, um die Polymerschicht zu verfestigen und schließlich das
Abtrennen des geformten Produkts aus der Form.
-
Ein
Beispiel einer Vorrichtung vom Stand der Technik zum Durchführen des
Rotationsformen kann in dem US-Patent Nr. 4,738,815 von Friesen
gefunden werden. Ein Beispiel eines Polymerharzpulvers vom Stand
der Technik für
die Verwendung beim Rotationsformen kann in dem US-Patent Nr. 4,587,318 von
Inoue gefunden werden.
-
Wie
in dem '318-Patent
von Inoue diskutiert wird, können
Polymerharzpulver, die beim Rotationsformen verwendet werden, mit
Pigmenten vermischt werden, um das geformte Produkt einzufärben. Normalerweise
wurden solche Pigmente den Polymerharzpulvern in Form von Trockenpulvern
oder Feststoffen zugegeben. Unglücklicherweise
gibt es mit diesen Trockenpigmentpulvern oder Feststoffen oft Probleme
bei der Handhabung und beim Mischen. Insbesondere können die
Trockenpigmentpulver oder Feststoffe unerwünschten Staub bilden oder sie können mit
den Polymerharzpulvern ungleichmäßig vermischt
werden, was zu einer uneinheitlichen Farbverteilung in dem Formprodukt
führt.
-
Es
wurden in der Vergangenheit Versuche unternommen, herkömmliche
Flüssigfarbsysteme beim
Rotationsformen zu verwenden. Allerdings war die Verwendung solcher
herkömmlicher
Flüssigfarbsysteme
nicht besonders erfolgreich. Herkömmliche Flüssigfarbsysteme weisen die
Tendenz auf, dass sie sich mit den Polymerharzpulvern nicht einheitlich
vermischen. Ein anderes Problem liegt in der Bildung von Klumpen
oder anderen unerwünschten
Agglomeraten. Beim Rotationsformen können die überbleibenden flüchtigen
Bestandteile in herkömmlichen Flüssigfarbsystemen
als Gas entweichen, was zu einer Porenbildung und anderen Oberflächenstörungen in
dem rotationsgeformten Produkt führen
kann. Zusätzlich
weisen konventionelle flüssige
Farbsysteme die Tendenz auf, aus dem rotationsgeformten Produkt
auszuschwitzen, wenn das Polymerharzpulver während dem Formvorgang geschmolzen
wird, wobei klebrige Filme auf der Oberfläche des geschmolzenen Produkts
gebildet werden.
-
Das
US-Patent Nr. 5,759,472 von DeFranco et al. offenbart ein flüchtiges
Flüssigfarbsystem
und ein Verfahren für
dessen Verwendung, was viele der zuvor genannten Probleme im Zusammenhang
mit der Verwendung von Trockenpigmentpulvern oder Feststoffen und
herkömmlichen
Flüssigfarbsystemen beim
Rotationsformen beseitigt. Das Verfahren, das in dem '472-Patent von DeFranco
et al. offenbart ist, umfasst das Bereitstellen eines flüchtigen
Flüssigfarbsystems,
das Bereitstellen eines Polymerharzpulvers, Mischen des Flüssigfarbsystems
und des Polymerharzpulvers in einem Verteilungsmischer, um eine
Mischung herzustellen (welche vorzugsweise danach im Ofen getrocknet
wird) und daran anschließend
Zuführen
der Mischung in eine Rotationsformmaschine, um ein gefärbtes rotationsgeformtes
Produkt zu erzeugen.
-
Obwohl
das Verfahren, das in dem '472-Patent
von DeFranco et al. offenbart ist, viele der Probleme im Zusammenhang
mit der Verwendung von Trockenpigmentpulvern oder gewöhnlichen
Flüssigfarbsystemen
beim Rotationsformen beseitigt, führt es weiterhin die zusätzlichen
Schritte des Mischens des Polymerharzpulvers und des flüchtigen
Flüssigfarbsystems
zusammen in einem Verteilungsmischer und Trocknen der Mischung vor
der Verwendung in einem Rotationsformvorgang ein. Ein Verfahren,
welches diese zusätzlichen
Schritte überflüssig machen würde, würde im großen Maße das Verfahren
vereinfachen.
-
Kurzdarstellung
der Erfindung
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das
Verfahren, wie es in dem Patentanspruch 1 definiert ist, gelöst. Besondere
Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis
19.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt ein neues und verbessertes Verfahren
für die
Verwendung eines flüchtigen
Flüssigfarbsystems
bereit, um Polymerharzpulver für
die Verwendung beim Rotationsformen herzustellen. Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden Polymerharzpellets oder Polymerharzgranulat und
ein flüchtiges
Flüssigfarbsystem
gleichzeitig einer Mühe
zugeführt,
welche verwendet wird, um die Polymerharzpellets oder das Polymerharzgranulat
zu einem feinen Pulver für
die Verwendung beim Rotationsformen zu zerkleinern. Während dem Mahlvorgang
wird das flüchtige Flüssigfarbsystem gleichmäßig mit
der Oberfläche
der neu geformten Polymerharzpulverpartikel gemischt und beschichtet deren
Oberfläche.
Der Temperaturanstieg, der durch die Mahlkräfte zusammen mit dem hohen
Volumenluftfluss durch die Mahlvorrichtung verursacht wird, führt dazu,
dass die flüchtigen
Bestandteile des flüchtigen
Flüssigfarbsystems
vollständig
von der Oberfläche
der Pulverpartikel verdampfen, wodurch diese vollständig getrocknet
werden und für
die Verwendung beim Rotationsformen ohne irgendwelche zusätzlichen
Verfahrensschritte geeignet sind. Überraschenderweise führt dieses
Verfahren nicht zu einem Verstopfen oder zu einer Kontamination
der Mahlvorrichtung oder erzeugt ein farbmittelbeschichtetes Polymerharzpulver
mit Klumpen oder anderen unerwünschten
Agglomeraten. Die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung
hergestellten rotationsgeformten Produkte zeigen eine Farbgleichmäßigkeit,
die wenigstens so gut ist und in vielen Fällen besser ist als bei Produkten,
welche nach dem Verfahren, welches in dem '472-Patent von DeFranco et al. offenbart
worden ist, hergestellt worden sind. Das zuvor genannte und andere
Eigenschaften der Erfindung werden nachfolgend ausführlicher
beschrieben und insbesondere in den Patentansprüchen, in der folgenden Beschreibung,
welche im Detail bestimmte veranschaulichende Ausführungsformen
der Erfindung zeigt, welche nur Beispiele sind, dargestellt, wobei
allerdings einige der verschiedenen Wege aufgezeigt werden, bei
denen die Prinzipien der vorliegenden Erfindung angewendet werden
können.
-
Detaillierte
Beschreibung
-
Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet ein flüchtiges
Flüssigfarbsystem.
In der Beschreibung und in den Ansprüchen sollte der Ausdruck „flüchtiges
Flüssigfarbsystem" so verstanden werden,
dass es sich um irgendein Flüssigfarbsystem
mit einer oberen Bearbeitungsviskosität von weniger als etwa 10 N
s/m2 (10000 Zentipoise) bezieht, sodass
beim anschließenden
Aussetzen den Bedingungen, die während
des Polymerharzmahlvorgangs vorliegen, nicht irgendein Rück stand
verbleibt, der sich bei Temperaturen, die normalerweise während dem
Rotationsformvorgang vorliegen, verflüchtigen kann oder der von einem
rotationsgeformten Teil während
solchen Formvorgängen
ausschwitzt. Das bevorzugte flüchtige
Flüssigfarbsystem
für die
Verwendung in der Erfindung ist in dem US-Patent Nr. 5,759,472 von
DeFranco et al. offenbart. Es ist jedoch klar, dass andere flüchtige Flüssigfarbsysteme wie
flüssige
Farbdispersionen auf Wasserbasis und andere flüchtige Flüssigfarbsysteme, die nicht
auf Wasser basieren, für
die Verwendung in der Erfindung geeignet sind, unter der Voraussetzung,
dass sie die den hierin aufgestellten Kriterien entsprechen.
-
Somit
umfasst in der bevorzugten Ausführungsform
das flüchtige
Flüssigfarbsystem
von etwa 10 Gew.-% bis etwa 75 Gew.-% einen Träger, von etwa 0 Gew.-% bis
etwa 15 Gew.-% Wasser, von etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-% Dispergiermittel
und von etwa 10 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-% Farbmittel und von etwa
0 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-% Zusatzstoffe. Stärker bevorzugt umfasst das flüchtige Flüssigfarbsystem
von etwa 15 Gew.-% bis etwa 65 Gew.-% einen Träger, von etwa 1 Gew.-% bis etwa
14 Gew.-% Wasser, von etwa 0,02 Gew.-% bis etwa 8 Gew.-% Dispergiermittel,
von etwa 15 Gew.-% bis etwa 75 Gew.-% Farbmittel und von etwa etwa
0 Gew.-% bis etwa 8 Gew.-% Zusatzstoffe.
-
In
der bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Träger
ein Material, ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus Propylenglykol, Ethylenglykol, Diethylenglykol,
Tri(ethylenglykol) und Glyzerin und Mischungen von zwei oder mehreren
dieser Materialien. Ein bevorzugter Träger ist Propylenglykol. Stärker bevorzugt
ist der Träger
solches lebensmittelunbedenkliches Propylenglykol, wie es von Avatar Corporation
verkauft wird. Vorzugsweise wird irgendwelches Wasser, welches in
dem flüchtigen
Flüssigfarbsystem
verwendet wird, destilliert. Stärker
bevorzugt wird irgendwelches Wasser, welches in dem flüchtigen
Flüssigfarbsystem
verwendet wird, deionisiert.
-
Das
Dispergiermittel, welches in dem flüchtigen Flüssigfarbsystem verwendet wird,
ist von der Art des verwendeten Farbstoffs und des verwendeten Trägers abhängig. Das
Dispergiermittel muss in dem Träger
löslich
sein und muss nachhaltig mit den Partikeln des Farbstoffs assoziieren,
da diese während dem
Mischen voneinander getrennt werden, wodurch verhindert wird, dass
sich die Partikel während
der Lagerung und bei der Verwendung wieder aneinander anlagern.
Beispiele an geeigneten Dispergiermitteln umfassen Polyvinylpyrrolidon
(z.B. SOKOLAN HP 50 von BASF), Natriumsalz von Polyacrylsäure (molare
Masse von 1,200–250,000),
Natrium/Eisensalz von Lignosulfonsäure (z.B. MARASPERSE® CBA-1,
ein eingetragenes Warenzeichen von Reed Lignin Inc. aus Greenwich,
Connectitut 06830), Natriumsalz von kondensierter Naphthalinsulfonsäure, Natriumnaphthalinsulfonat
und Natriumsalz von einer Polymercarbonsäure.
-
Es
können
verschiedene Farbstoffe in Verbindung mit dem flüchtigen Flüssigfarbsystem verwendet werden.
Der Ausdruck „ Farbstoff", wie er hierin verwendet
wird, bezeichnet irgendein herkömmliches
anorganisches oder organisches Pigment, einen organischen Farbstoff
oder Carbon-Black. Der Fachmann kennt geeignete anorganische Pigmente,
organische Pigmente und Farbstoffe, die als Farbmittel geeignet
sind. Solche Materialien sind beispielsweise in Kirk-Othmer, Encyclopedia
of Chemical Technology, Third Edition, Vol. 6, Seiten 597–617 beschrieben:
- (1) anorganische Typen wie Titandioxid, Carbon-Black,
Eisenoxid, Zinkchromat, Cadmiumsulfid, Chromoxid, Natriumaluminiumsilikatkomplexe wie
Ultramarinpigmente, Metallflocken und dergleichen; und
- (2) organische Typen wie Azo- und Diazopigmente, Phthalocyanine,
Quinacridonpigmente, Perylenpigmente, Isoindolinon, Anthraquinone,
Thioindigo, Lösemittelfarbstoffe
und dergleichen.
-
Verschiedene
herkömmliche
Zusatzstoffe oder Mischungen davon können auch in das flüchtige Flüssigfarbsystem
gegeben werden, wie beispielsweise Schmierstoffe, Antistatika, Stoßmodifikatoren, antimikrobielle
Verbindungen, Lichtstabilisatoren, Füllstoffe/Verstärkungsmaterialien
(z.B. CaCO3), Wärmestabilisatoren, Trennmittel,
rheologische Steuerverbindungen wie Ton etc..
-
Das
flüchtige
Flüssigfarbsystem
kann durch gründliches
Vermischen der Bestandteile unter Verwendung irgendwelcher Verfahren
zur Herstellung von Flüssigfarbsystemen,
die dem Fachmann bekannt sind, hergestellt werden. Vorzugsweise
wird das flüchtige
Flüssigfarbsystem
hergestellt, indem die flüssigen
Bestandteile in einen Mischkessel gegeben werden, der mit einem
Cowles-Mischblatt ausgestattet ist. Das Blatt wird konzentrisch
in dem Mischkessel zentriert und die Tiefe des Blattes vom Boden
des Mischkessels beträgt
ungefähr
die Hälfte des
Blattdurchmessers. Zu Beginn werden nur die flüssigen Bestandteile des flüchtigen
Flüssigfarbsystems
zu dem Mischkessel gegeben, wo sie unter leichten Rühren gründlich miteinander
vermischt werden. Die Farbstoffe und Zusatzstoffe werden dann schrittweise
unter leichtem Rühren
zu dem Mischkessel gegeben. Wenn alle Bestandteile des flüchtigen
Flüssigfarbsystems
zu dem Mischkessel zugegeben worden sind, wird das Rühren verstärkt, bis
die Blattspitzengeschwindigkeit wenigstens 1676,4 m/min (5,500 ft/min)
beträgt.
Das Rühren
wird für
wenigstens fünf
Minuten fortgesetzt und es wird eine Messung der Dispersionsqualität durchgeführt, vorzugsweise
mit einem Hegmann-Mahlmessgerät gemäß ASTM 1210-79.
Eine Hegman-Anzeige von 7.0 oder darüber ist ausreichend.
-
Es
ist wichtig, dass das flüchtige
Flüssigfarbsystem,
das in der Erfindung verwendet wird, eine relative Verdampfungsgeschwindigkeit
von etwa 0,01 bis etwa 0,36 und vorzugsweise eine relative Geschwindigkeit
von etwa 0,015 bis etwa 0,20 aufweist. Die Verdampfungsgeschwindigkeit
ist beim Bereitstellen eines geeigneten flüchtigen Flüssigfarbsystems für die Verwendung
beim Rotationsformen eine entscheidende Einflussgröße.
-
Die
Verdampfungsgeschwindigkeit wird unter Verwendung des Testverfahrens,
das bei ASTM D3539-87 (wieder bestätigt 1992) unter Verwendung einer
automatischen Verdampfungsvorrichtung angegeben ist, bestimmt, wobei
die Verdampfungsgeschwindigkeit für n-Butylacetat 1.0 beträgt.
-
Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung eines
Polymerharzes oder einer Kombination der verschiedenen Polymerharze, die
normalerweise beim Rotationsformen verwendet werden, wobei die Zusammensetzung
dem Fachmann bekannt ist, ausgeführt
werden. Solche Polymerharze umfassen beispielsweise Polymere und Copolymere
von Olefinen wie Polypropylen und Ethylenvinylacetatcopolymer; Polyethylenmaterialien wie
Polyethylen geringer Dichte, Polyethylen hoher Dichte und lineares
Polyethylen geringer Dichte, konstruierte Harze wie Acrylnitril-Butadienstyrolcopolymer
und Polyphenylenoxid, Polyamide wie Nylon, Nylon 66, Nylon 11 oder
Nylon 12; und Mischungen davon. Die Größe der Polymerharzpellets oder
des Polymerharzgranulats, die in der Erfindung verwendet werden,
ist nicht entscheidend. Gewöhnlicherweise
weisen die Harzpellets oder das Harzgranulat einen Durchmesser von
etwa 3 mm vor dem Mahlen auf.
-
Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet eine Mühle, die
dafür vorgesehen
ist, Polymerharzpellets oder Polymerharzgranulat zu einem feinen
Pulver zu zerkleinern, das für
die Verwendung beim Rotationsformen geeignet ist. Es ist klar, dass der
Typ einer Polymerharzmühle
per se nicht entscheidend ist und dass irgendeine herkömmliche
Polymerharzmühle
verwendet werden kann. Geeignete Beispiele umfassen z.B. das Modell
SP02-Polymermahlmaschine, das von Smile Plastics von Susteren, Niederlande,
erhältlich
ist und irgendwelche der IPFM-Pulverisatoren, die von H.-I. Pallmann
GmbH & Co. von
Zweibrücken,
Deutschland, erhältlich
sind.
-
Herkömmliche
Polymerharzmühlen
bestehen typischerweise aus zwei kreisförmigen Metallscheiben, die
gegenüber
mit einer großen
Anzahl an radialen Spurrillen, die in die entgegengesetzten Flanken
eingreifen, in Kontakt stehen. Die radialen Spurrillen weisen Schneidkanten
auf, die maschinell in eine Kante verarbeitet sind. Die Schneidkanten
auf einer Scheibe greifen in entgegengesetzter Richtung in die Schneidkanten
auf der entgegengesetzten Scheibe ein. Eine Scheibe weist ein Loch
durch ihre Zentralachse auf, durch das Harzpellets oder Harzgranulat
eingeführt
werden kann. Typischerweise rotiert die Scheibe nicht, kann aber
in Bezug auf die entgegengesetzte Scheibe bewegt werden, sodass der
Abstand zwischen den beiden Scheiben präzise auf einen Bereich von
etwa 0,0000508 m (0,002 Inch) bis etwa 0,000508 m (0,020 Inch) eingestellt
werden kann. Die entgegengesetzte Scheibe hat kein zentrales Loch
und wird von einem Motorantriebssystem rotiert. Die Rotationsgeschwindigkeit
ist typischerweise in einem Bereich von etwa 50 U/min bis etwa 200 U/min
einstellbar.
-
Während den
Mahlvorgängen
werden Harzpellets oder das Harzgranulat durch die zentrale Öffnung in
die stationäre
Scheibe in einen Zwischenraum zwischen den beiden Scheiben, der
eine Mahlkammer definiert, zugeführt.
Beim Kontaktieren der Flanke der Rotationsscheibe werden die Pellets
oder das Granulat zentrifugal und radial beschleunigt. Das eigentliche
Mahlen oder Pulverisieren der Pellets oder des Granulats wird vervollständigt, indem
die Pellets oder das Granulat reibungsbedingt zwischen die statische
und rotierende Scheibe eingreifen. Der Mahlvorgang bezieht Scher-,
Stoß-
und Reibungskräfte
ein. Verschiedene Faktoren beeinflussen die Feinheit des Harzpulvers,
einschließlich
die Ausgestaltung der Mahlspuren auf der rotierenden und statischen
Scheibe, die Geschwindigkeit der rotierenden Scheibe und der Abstand
zwischen der rotierenden Scheibe und der statischen Scheibe. Es
ist klar, dass die endgültige
Pulvergröße nicht
entscheidend ist. Typischerweise werden Polymerharze in Pulver mit einem
durchschnittlichen Teilchendurchmesser von etwa 500 μm für die Verwendung
beim Rotationsformen gemahlen, jedoch können in Abhängigkeit von der bestimmten
Anwendung die Pulver einen Durchmesserbereich von feiner als etwa
100 μm bis
hin zu grobkörnig
mit mehr als 2 mm aufweisen.
-
Typischerweise
werden die beiden Mahlscheiben in einem kreisförmigen Gehäuse angeordnet, welches die
Partikel des gemahlenen Harzes einfängt, wenn sie aus der rotierenden
Scheibe herausgeschleudert werden. Luft oder ein anderes trockenes
Gas wie Stickstoff wird in die Mahlkammer mit einem ausreichenden
Volumen und ausreichender Fließgeschwindigkeit
eingespeist, um gleichzeitig beide Metallscheiben und das frisch
gemahlene Harz zu kühlen
und um das Harzpulver um die Peripherie des Gehäuses zu einem Ausgangsrohr
zu befördern. Typischerweise
wird, nachdem das frisch gemahlene Harzpulver das Ausgangsrohr passiert
hat, es pneumatisch zu einem Siebstapel befördert. Partikel, welche zu
groß sind,
werden von dem Sieb entfernt und in die Mahlvorrichtung für eine weitere
Verarbeitung rückgeführt. Partikel,
welche zu klein sind, welche manchmal als Feinpartikel bezeichnet
werden, werden, wenn es notwendig ist, auch entfernt. Das gesiebte
Harzpulver wird dann in Behältern
gesammelt.
-
Gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung werden ein geeignetes Polymerharz in
Form von Pellets oder Granulat und ein geeignetes flüchtiges
Flüssigfarbsystem
gleichzeitig in die Mühle
eingespeist. Um eine Farbeinheitlichkeit zu gewährleisten, sollte das Verhältnis von
Polymerharz, welches in die Mühe
eingespeist wird, zu dem flüchtigen
Flüssigfarbsystem,
welches in die Mühe
eingespeist wird, konstant bleiben. Vorzugsweise wird das flüchtige Flüssigfarbsystem
aus einem Rohr eingetropft oder auf die Harzpellets oder auf das
Harzgranulat in dem Zuführstrom
aufgesprüht,
bevor sie in die Mahlkammer, die durch den Raum zwischen den beiden
Mahlscheiben definiert ist, eingeführt werden. Alternativ kann
das flüchtige
Flüssigfarbsystem
aus einem Rohr eingetropft oder direkt in die Mahlkammer der Mühle eingesprüht werden
oder es kann in das Pulver eingesprüht oder eingetropft werden,
wenn es vom Gehäuse
in das Ausgangsrohr befördert
wird.
-
Während des
Mahlvorgangs wird die Durchschnittspartikelgröße der Polymerharzpellets oder des
Polymerharzgranulats schnell verkleinert und somit ist eine damit
verbundene schnelle Erhöhung
der gesamten Oberfläche
und der Temperatur des frisch gemahlenen Polymerharzmaterials zu
beobachten. Die starke mechanische Wirkung der Mühle und das hohe Volumen und
die hohe Geschwindigkeit des Luftflusses führen dazu, dass das flüchtige Flüssigfarbsystem
sich ausbreitet und die neue Oberfläche der Polymerharzpartikel
bedeckt. Da das flüchtige Flüssigfarbsystem
verdünnt
wird, wenn es sich auf der Oberfläche des Harzpulvers unmittelbar
nach dem sehr schnellen Aufheizen ausbreitet, welches durch das
Mahlen verursacht wird, startet die Verdampfung der nichtfarbmittelhaltigen
flüchtigen
Bestandteile des flüchtigen
Flüssigfarbsystems
sofort und wird sehr schnell vervollständigt. Die Verdampfung wird
auch durch den Hochvolumen-Luftfluss, der typischerweise in Mühlen zum
Kühlen
und zu Zwecken der Pulverbewegung verwendet wird, beträchtlich
erhöht.
Nahezu alle nichtfarbmittelhaltigen Bestandteile des flüchtigen
Flüssigfarbsystems
werden während
eines einzigen Durchgangs des Materials durch eine Mühle verdampft.
Im Falle von Flüssigfarbdispersionen
auf Wasserbasis wird ein reales Trocknen beobachtet. Im Falle von
flüchtigen
Flüssigfarbsystemen,
die nicht auf Wasser basieren, kann das Trocknen eine Kombination
von Adsorption in den Mikrohohlräumen
der frisch gemahlenen Polymerharzpartikel zusammen mit einer Verdampfung der
flüchtigen
Bestandteile darstellen. Bei beiden Fällen gibt es keinen Rückstand,
der auf dem frisch gemahlenen Harzpulver verbleibt, welches später verdampft,
wenn das Harzpulver bei Rotationsformprozessen verwendet wird. Somit
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung das Polymerharzmaterial pulverisiert, mit einem flüchtigen
Flüssigfarbsystem beschichtet
und während
dem Mahlschritt alleine getrocknet.
-
Um
das Trocknen des frischen farbmittelbeschichteten Pulvers zu erhöhen, sollte
die Mühle
bei höchstmöglicher
Temperatur in Betrieb gehalten werden. Die Betriebstemperatur wird
in erster Linie durch das Schmelzverhalten des verwendeten besonderen Polymerharzmaterials
eingeschränkt.
Vorzugsweise sollte die Mahlbetriebstemperatur oberhalb von etwa 60°C liegen,
um gute Trocknungsbedingungen bereitzustellen. In einer bevorzugten
Ausführungsform der
Erfindung umfasst das Harzmaterial Polyethylen mit einem Schmelzindex
von etwa 1 bis etwa 9 bei etwa 80–85°C. in dieser Ausführungsform
wird der Kühl/Transport-Luftfluss
hochgehalten, aber er wird eingeschränkt, um eine Temperatur in
der Mühle
im Überschuss
von 60°C
aufrechterhalten. Dem Fachmann ist klar, dass sich diese Mahlbedingungen
beträchtlich
von herkömmlichen
Polymermahlbedingungen unterscheiden, bei denen es bevorzugt ist, die
Temperatur in der Mühle
so gering wie möglich
zu halten, zu dem Zweck, die Mahlkapazität der Mühle zu verbessern. Die Anmelder
glauben, dass die innere Kühlung,
die durch das Verdampfen des flüchtigen Flüssigfarbsystems
innerhalb der Mühle
verursacht wird, die Mahlkapazität
stärker
erhöht
als andernfalls bei den erhöhten
Betriebsbedingungen erwartet werden würde. In Abhängigkeit von den Eigenschaften des
verwendeten spezifischen Polymerharzes und den Betriebsbedingungen
der Mühle
kann die Mahlkapazität
von etwa 1 Kilo pro Stunde bis auf mehr als 200 Kilo pro Stunde
variieren.
-
Der
Fachmann würde
erwarten, dass die Einführung
eines flüchtigen
Flüssigfarbsystems
in eine Mühle
während
dem Mahlen der Polymerharzpellets oder des Polymerharzgranulats
zu einem beträchtlichen
Verstopfen und Kontaminieren der Mühle führen würde. Aber es wurde überraschenderweise entdeckt,
dass dies nicht der Fall ist. Die Bewegung des Harzpulvers durch
die Mahlkammer, zusammen mit dem hohen Luftvolumen, das verwendet
wird, um das Pulver zu transportieren und um die Mühle zu kühlen, führt zu einem
kräftigen
Scheuer- oder Abriebvorgang, der das flüchtige Flüssigfarbsystem von den Blättern der
Mahlscheiben und von den Oberflächen
der Mahlkammer entfernt. Darüber
hinaus bewirkt der kräftige
mechanische Vorgang der Mühle, dass
das flüchtige
Flüssigfarbsystem
gleichmäßig überall auf
dem neu geformten Pulver dispergiert wird, wobei die nichtfarbstoffhaltigen
Komponenten davon schnell verdampft werden können.
-
Der
Verteilungsmischschritt, der in dem '472-Patent von DeFranco et al. offenbart
ist, wird von dem Verfahren der vorliegenden Erfindung vollständig ausgeschlossen.
Darüber
hinaus besteht kein Bedarf, farbmittelbeschichtete Harzpulver zum Trocknen
in einen Ofen zu geben, bevor es beim Rotationsformen verwendet
wird, da die flüchtigen
Bestandteile des flüchtigen
Flüssigfarbsystems
während
dem Mahlvorgang vollständig
verdampft werden. Es ist klar, dass die gleiche Energiemenge in beiden
Verfahren benötigt
wird, um die Polymerharzpellets oder das Polymerharzgranulat in
Pulver zu mahlen, aber das vorliegende Verfahren verwendet die schnellen Änderungen
in der Partikelgröße, Oberfläche und
Temperatur, die durch das Mahlen verursacht werden, um die gleichen
Aufgaben wie bei dem Verteilungsmischschritt (und Ofentrocknungsschritt),
der in dem '472-Patent
von DeFranco et al. gelehrt wird, zu lösen.
-
Es
ist klar, dass das Verhältnis
der Polymerharzpellets oder des Polymerharzgranulats zu dem flüchtigen
Flüssigfarbsystem,
das gleichzeitig zu der Mühe
zugeführt
wird, in Bezug auf die Farberfordernisse des Endprodukts variiert
werden wird. Im Allgemeinen kann das Gewichtsverhältnis der
Polymerharzpellets oder des Polymerharzgranulats zu dem flüchtigen
Flüssigfarbsystem,
welche gleichzeitig in die Mühle
eingespeist werden in einem Bereich von etwa 2,000 : 1 (d.h. 99,95
Gew.-% Polymerharz und 0,05 Gew.-% flüchtiges Flüssigfarbsystem) bis etwa 25
: 1 (d.h. 96 Gew.-% Polymerharz und 4 Gew.-% flüchtiges Flüssigfarbsystem) variieren.
-
Pulverisierte
Polymerharzpartikel, die mit einem flüchtigen Flüssigfarbsystem während dem
erfindungsgemäßen Mahlen
beschichtet werden, können
in irgendeiner herkömmlichen
Rotationsformmaschine verwendet werden, um geformte Produkte in verschiedenen
Konfigurationen ohne irgendeine Weiterbehandlung herzustellen. In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren die Schritte des
gleichzeitigen Zuführens von
Polymerharzpellets oder Polymerharzgra nulat und einem flüchtigen
Flüssigfarbsystem
in einem konstanten Verhältnis
zu einer Mühle,
um ein farbmittelbeschichtetes Polymerharzpulver herzustellen, Zuführen des
genannten farbmittelbeschichteten Polymerharzpulvers in eine Rotationsform,
die auf eine Temperatur von etwa 176,6°C (350°F) bis etwa 343,3°C (650°F) erwärmt worden
ist, wobei eine geschmolzene Polymerschicht innerhalb der Form gebildet
wird, wobei die geschmolzene Polymerschicht verfestigt wird und
einen geformten Gegenstand bildet und Entfernen des geformten Gegenstands
von der Form.
-
Die
vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele vollständig verstanden,
welche dafür
vorgesehen sind, die Erfindung nur zu veranschaulichen und nicht
zur Einschränkung
der Patentansprüche
ausgelegt werden sollten. Alle Mengen, Prozentsätze und Verhältnisse
beziehen sich, sofern nicht anderweitig angegeben, auf eine Gewichtsbasis.
-
Beispiel 1
-
Es
wurde ein flüchtiges
Flüssigfarbsystem gemäß den Verfahren,
die vom Stand der Technik her bekannt sind, hergestellt, umfassend
30 Teile in Gewicht Glyzerin als ein Träger, 28 Teile in Gewicht destilliertes
Wasser, 2 Teile in Gewicht MARASPERSE® CBA-1
(ein eingetragenes Warenzeichen von Reed Lignin Inc. von Greenwich,
Connectitut 06830) als ein Dispergiermittel und 40 Teile in Gewicht
Carbon-Black auf Pigmentbasis (erhältlich von Cabot als MONARCH
800) als ein Farbmittel. Es wurden gleichzeitig ein Polyethylenharz
mit hoher Dichte in Form von Pellets oder Granulat und das flüchtige Flüssigfarbsystem
in eine Mühle
mit der oben beschriebenen Konfiguration mit einem konstanten Gewichtsverhältnis von
etwa 159 : 1 (d.h. 99,375 Gew.-% Polymerharzpellets oder Polymerharzgranulat
und 0,625% flüchtiges
Flüssigfarbsystem)
eingespeist. Die Temperatur der Mühle und die Kühl/Transportluft
wurde bei etwa 65°C
gehalten. Nach dem Mahlen lag das Polymerharz in Form eines Pulvers vor
und konnte ein 35 Mesh-Sieb passieren (d.h. die Partikel hatten
ei nen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 500 μm oder weniger).
Das fertig gemahlene Harzpulver hatte einen Farbstoffgehalt von etwa
0,25 Gew.-% und enthielt weniger als 0,05 Gew.-% an anderen Bestandteilen
des flüchtigen Flüssigfarbsystems.
Das farbmittel-beschichtete Polymerpulver wurde in eine Rotationsformmaschine eingespeist,
um einen rotationsgeformten Gegenstand herzustellen, der eine ausgezeichnete
Farbgleichmäßigkeit
aufwies.
-
Beispiel 2
-
Es
wurde ein flüchtiges
Flüssigfarbsystem gemäß den Verfahren,
die vom Stand der Technik her bekannt sind, hergestellt, umfassend
36,5 Teile in Gewicht Propylenglykol als ein Träger, 25 Teile in Gewicht destilliertes
Wasser, 3,5 Teile in Gewicht SOKOLAN H-50 als ein Dispergiermittel
und 35 Teile in Gewicht Carbon-Black auf Pigmentbasis (erhältlich von
Columbian als RAVEN 1035) als ein Farbmittel. Es wurden gleichzeitig
ein lineares Polyethylenharz mit geringer Dichte in Form von Pellets
oder Granulat und das flüchtige
Flüssigfarbsystem
in eine Mühle
mit der oben beschriebenen Konfiguration mit einem konstanten Gewichtsverhältnis von
etwa 140 : 1 (d.h. 99,29 Gew.-% Polymerharzpellets oder Polymerharzgranulat
und 0,71 % flüchtiges
Flüssigfarbsystem)
eingespeist. Die Temperatur der Mühle und die Kühl/Transportluft
wurde bei etwa 65°C
gehalten. Nach dem Mahlen lag das Polymerharz in Form eines Pulvers
vor und konnte ein 35 Mesh-Sieb passieren (d.h. die Partikel hatten
einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 500 μm oder weniger).
Das fertig gemahlene Harzpulver hatte einen Farbstoffgehalt von
etwa 0,245 Gew.-% und enthielt weniger als 0,05 Gew.-% an anderen
Bestandteilen des flüchtigen
Flüssigfarbsystems.
Das farbmittel-beschichtete Polymerpulver wurde in eine Rotationsformmaschine eingespeist,
um einen rotationsgeformten Gegenstand herzustellen, der eine ausgezeichnete
Farbgleichmäßigkeit
aufwies.
-
Vergleichsbeispiel 3
-
Keine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung
-
Zu
Vergleichszwecken wurde ein farbmittel-beschichtetes Polymerharzpulver
für die
Verwendung beim Rotationsformen gemäß dem Verfahren, das in dem '472-Patent von DeFranco
et al. offenbart ist, hergestellt. Es wurde der gleiche Typ an linearen Polyethylenpellets
mit geringer Dichte, wie im Beispiel 2 beschrieben, verwendet und
wurde in eine Mühle
mit der oben beschriebenen Konfiguration eingespeist und auf ein
zum Rotationsformen geeignetes Harzpulver verkleinert, und konnte
ein 35 Mesh-Sieb
passieren (d.h. die Partikel hatten einen durchschnittlichen Durchmesser
von etwa 500 μm oder
weniger) passieren. Sechs Pfund des pulverisierten Harzes wurden
dann in einen Henschel Prodex-Mischer gegeben, so dass der Behälter zu
75% voll war. Der Mischer wurde eingeschaltet und das gleiche flüchtige Flüssigfarbsystem,
das in Beispiel 2 verwendet wurde, wurde in 60-sekündigem Abstand tropfenweise
in den Mischer gegeben, bis das Gewichtsverhältnis von Harzpulver zu flüchtigem
Flüssigfarbsystem
etwa 140 : 1 (d.h. 99,29 Gew.-% Polymerharzpellets und 0,71 % flüchtiges
Flüssigfarbsystem)
betrug. Das Harzpulver und das flüchtige Flüssigfarbsystem wurden für weitere
zwei Minuten gründlich
gemischt, um eine Mischung mit einem homogen Erscheinungsbild zu
bilden. Es wurde festgestellt, dass die Mischung etwa 0,245 Gew.-%
Farbstoff und etwa 0,35 Gew.-% an anderen Bestandteilen des flüchtigen
Flüssigfarbsystems
enthält.
Die Mischung wurde dann in einem Umluftofen bei 100°C für etwa sechs
Stunden getrocknet. Nach dem Trocknen wurde festgestellt, dass die
Mischung etwa 0,245 Gew.-% Farbstoff und etwa 0,05 % an anderen
Bestandteilen des flüchtigen
Flüssigfarbsystems
enthält.
Vergleichsbeispiel 3 zeigt, dass das Verfahren der vorliegenden
Erfindung ein farbmittelbeschichtetes Polymerharzpulver herstellen
kann, das für
die Verwendung bei Rotationsformvorgängen geeignet ist, welches
gleich oder besser ist als die farbmittelbeschichteten Polymerharzpulver
gemäß dem Verfahren,
das in dem '472-Patent
von DeFranco beschrieben ist, ohne dass Verteilungsmischschritte und
Verteilungstrocknungsschritte notwendig sind.
-
Zusätzliche
Vorteile und Modifikationen sind dem Fachmann leicht verständlich.
Somit ist die Erfindung in ihren weiteren Gesichtspunkten nicht
auf die spezifischen Details und auf die veranschaulichten Beispiele,
die hier gezeigt und beschrieben worden sind, beschränkt.