EP0107155A2 - Verfahren zur Eigenschaftsverbesserung von Faserstoff-Formteilen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Eigenschaftsverbesserung von Faserstoff-Formteilen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDFInfo
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- EP0107155A2 EP0107155A2 EP83110249A EP83110249A EP0107155A2 EP 0107155 A2 EP0107155 A2 EP 0107155A2 EP 83110249 A EP83110249 A EP 83110249A EP 83110249 A EP83110249 A EP 83110249A EP 0107155 A2 EP0107155 A2 EP 0107155A2
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- B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
- B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
- B27N7/00—After-treatment, e.g. reducing swelling or shrinkage, surfacing; Protecting the edges of boards against access of humidity
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- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21J—FIBREBOARD; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM CELLULOSIC FIBROUS SUSPENSIONS OR FROM PAPIER-MACHE
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- D21J3/00—Manufacture of articles by pressing wet fibre pulp, or papier-mâché, between moulds
Definitions
- the invention relates to a process for the properties sheep + sverêtung, slurry fiber, then wetted in particular water resistance and mechanical strength of from cellulosic press-molded parts produced in which exposed the mold parts to a vacuum using a suitable flowable resin, subjected to a pressure increase and then cured.
- such molded parts are produced in substantial quantities, in some cases their surface properties are desirably rounded off by surface impregnation with synthetic resins, and are used technically wherever the final properties that can be achieved with them are used the requirements set must be brought into line.
- Such molded parts are currently used in a wide range of applications. as a carrier for interior parts in motor vehicle construction and as a material for loudspeaker membranes.
- the goal is to improve the properties of molded fiber parts in order to achieve the level of properties of molded plastic parts and at the same time to use the known high proportion of available and renewable raw materials.
- the invention is based on the object of specifying a more economical impregnation process for fiber molded parts, which is characterized by better resin utilization and short-term impregnation treatment, with no drop and runner formation occurring on the surfaces of the impregnated molded parts.
- the object is achieved by using the method according to the invention, because the impregnation time can be reduced to a duration of only minutes.
- the resin which is still separated from the wetted molded parts under vacuum and is therefore not fully reacted, is available for subsequent further impregnations, which greatly increases the economic yield.
- liquid isocyanate group-containing mono-, oligo- and / or polymers with constituents of wood and / or cellulose constituents can react chemically to form solids and, together with them, harden process, such as in - "Polyurethanes in the fifth decade" - v. G. Oertel KUNSTSTOFFE 1/81 - mentioned, without any additional component such as a polyol.
- the existing relatively high gas and / or liquid absorption and permeability is typical for the fibrous molded articles mentioned.
- the aftertreatment of fiber molded parts is accordingly carried out with liquid resins containing isocyanate under conditions which take advantage of the liquid absorption of the molded parts and at the same time reliably preclude the contact of the molded part constituents reacting with isocyanate groups with the resin wherever outside the part the storage stability of the liquid phase must be preserved.
- the essence and content of the invention therefore consists in an economical process which ensures the penetration of fiber molded parts with a suitable isocyanate resin, thereby reliably precluding the contact of ingredients of the molded parts with resin components which have not penetrated into them.
- the penetration of the resin content is cured by chemical reaction with the components' ingredients.
- the reaction products attach themselves to the fiber structure, largely fixing and sealing it.
- a non-toxic isocyanate resin which is matched in viscosity, reactivity, NCO content and chemical structure to the liquid absorption and the content of reactants of the fiber molding and the desired end properties, in such a way that the resin preferably already contains degassed molded parts are brought into contact for wetting and penetrates into the molded parts by increasing the pressure.
- the molded parts can be in the same container above an isocyanate resin liquid level. After reaching the desired vacuum in the container, about 30-100 torr, the resin floods the parts. The fiber molded parts are still separated from excess liquid under negative pressure after the surface-attached resin has run off. When the pressure is increased, preferably in the range from atmospheric pressure to about 20 bar, then only the quantity of the resin liquid film still adhering to the parts penetrates and drip and runner formation are excluded.
- the curing can then take place in a separate container at elevated temperature.
- these processes take place in a rotatable and / or tiltable vacuum and / or pressure vessel, with the vessel being rotated through 180.degree.,
- the molding process for molding molded parts in an isocyanate resin bath and the reversal or further rotation of the separation of the two Components takes place.
- the fibrous molded parts treated with the one-component isocyanate resin become the usual, possibly accelerating the hardening process exposed, while the unused portion of the resin remains available for repetitions of the process and is replenished with fresh produce if necessary.
- the fibrous material can be enriched with mechanically higher-strength fibers in order to incorporate their specific properties intrastructurally into the final properties of the subsequently reinforced molded part.
- FIBRIT R supports (car door panels) are fixed one above the other at a distance of approx. 10 mm in a grid cage and attached to suitable fittings above the liquid level in a lid tank that contains 300 l of a commercially available MDI resin.
- the entire tank is evacuated at a temperature of 35 ° C to a pressure of 0.07 bar and tilted by 180 ° after 5 minutes.
- the FIBRIT R carriers get into the resin liquid, remain there for 30 s and return to the starting position by tilting by another 180 °.
- the parts are free of larger adhering liquid residues and are hardened at 95 ° C for a few hours.
- the weight increase of the parts is 24.5-26.0% by weight.
- the reinforced molded parts are boil-resistant and show a 3-fold increase in the elastic modulus compared to the initial value in the bending test. Outside weathering shows no negative results after 18 months except yellowing. The excess resin content cannot be measured in this way in terms of viscosity and NCO content.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Eigenschafts- /erbesserung, insbesondere der Wasserbeständigkeit und nechanischen Festigkeit, von aus cellulosehaltiger Faserstoff-Aufschlämmung durch Pressen erzeugten Formteilen. Erfindungsgemäß werden die Faserstoff-Formteile einem Jnterdruck ausgesetzt, dann mit einem geeigneten fließ- ähigen Isocyanat in Kontakt gebracht (benetzt), gegebenenfalls nach Entfernen überflüssigen Harzes von der Oberläche der Formteile einer Druckerhöhung unterworfen und anschließend ausgehärtet.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Eigen- schaf+ sverbesserung, insbesondere der Wasserbeständigkeit und mechanischen Festigkeit von aus zellulosehaltiger Faserstoff-Aufschlämmung durch Pressen erzeugten Formteilen, bei dem die Formteile einem Unterdruck ausgesetzt, dann mit einem geeigneten fließfähigen Harz benetzt, einer Druckerhöhung unterworfen und anschließend ausgehärtet werden. `
- Nach dem heutigen Stand der Technik werden derartige beispielsweise in den DE-PSen 803 019 und 803 085 beschriebene Formteile in wesentlichen Stückzahlen hergestellt, teilweise durch oberflächliche Imprägnierung mit Kunstharzen in ihrem Eigenschaftenbild wünschenswert abgerundet, und überall dort technisch eingesetzt, wo die damit erzielbaren Endeigenschaften mit den gestellten Anforderungen gezielt in Einklang zu bringen sind. Große Anwendungsbereiche finden solche Formteile derzeit u.a. als Träger von Innenausstattungsteilen im Kraftfahrzeugbau sowie als Material für Lautsprechermembranen.
- Das Ziel ist eine Verbesserung der Eigenschaften von Faserstoff-Formteilen, um mit diesen das Eigenschaftsniveau von Kunststoff-Formteilen zu erreichen und dabei gleichzeitig den bekannt hohen Anteil von verfügbaren und regenerierbaren Rohstoffen zu nutzen.
- Aus der DE-PS 864 917 ist ein Verfahren zum Veredeln von geformten Massen aus Fasermaterialien, wie Holz oder Zellulosefasern, bekannt, nach welchem diese Stoffe mit Diisocyanaten unter Druck imprägniert werden, wobei das Imprägniermittel dann mit oder ohne Druck ausgehärtet wird. Durch dieses bekannte Verfahren wird die Oberflächenhärte erhöht und die Wasserquellbarkeit des Holzes stark vermindert. Um das Eindringen des Harzes in das Faserstoff-Formteil unter Druck zu ermöglichen, wird das Harz mit einem Lösungsmittel, z.B. Butylacetat, versetzt. Dieses bekannte Verfahren hat verschiedene Nachteile. Zum einen erhöht die Verwendung eines Lösungsmittels den wirtschaftlichen Aufwand für die Durchführung des Verfahrens. Ferner müssen Maßnahmen getroffen werden, um das Lösungsmittel zu verdunsten, wobei Umweltbelastungen vermieden werden müssen. Schließlich erfordert der Aushärtevorgang die Anwendung von Druck, um ein Austreten des Harzes aus dem Faserstoffgefüge zu vermeiden. Der gesamte Behandlungszyklus dauert dabei mehrere Stunden.
- Bei der Imprägnierung von Holz mit Vinyl-Monomeren hat man gemäß DE-Z "Holz als Roh- und Werkstoff", 1968, Seite 110, Referat 7.2.4 die Teile auch schon einem Unterdruck ausgesetzt und im Unterdruck mit Harz benetzt. Anschließend wurde der Druck auf Atmosphärendruck erhöht und nach vier Stunden das überschüssige Harz entfernt, worauf der Druck auf 21 bar erhöht wurde und die Teile für 18 Stunden diesem Druck ausgesetzt wurden. Danach erfolgte ein langsamer Druckabbau während 1,5 Stunden.
- Neben der ebenfalls stundenlangen Imprägnierungsdauer ist bei diesem bekannten Verfahren vor allem von Nachteil, daß bei Verwendung eines mit dem Fasermaterial reaktiven Harzes die gesamte eingesetzte Harzmenge anreagiert wäre und für eine weitere Verwendung daher nicht mehr zur Verfügung stehen könnte. Die wirtschaftliche Ausbeute bei diesem bekannten Verfahren ist daher in zweierlei Hinsicht ungenügend. Außerdem ist auch hier offensichtlich eine Aushärtung nur unter höherem Druck (20 atü) möglich, um tropfen- und läuferfreie Oberflächen zu erhalten.
- Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein durch bessere Harzausnutzung und kurzzeitigere Imprägnierungsbehandlung gekennzeichnetes wirtschaftlicheres Imprägnierungsverfahren für Faserstoff-Formteile anzugeben, wobei keine Tropfen- und Läuferbildung an den Oberflächen der imprägnierten Formteile auftreten soll.
- Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren vorgeschlagen.
- Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die gestellte Aufgabe gelöst, denn die Imprägnierungszeit kann auf eine nur Minuten währende Dauer verkürzt werden. Darüber hinaus steht das noch im Unterdruck von den benetzten Formteilen getrennte und daher nicht anreagierte Harz für nachfolgende weitere Imprägnierungen zur Verfügung, wodurch die wirtschaftliche Ausbeute stark erhöht wird.
- Bekanntlich können flüssige isocyanatgruppenhaltige Mono-, Oligo- und/oder Polymere mit Inhaltsstoffen von Holz-und/oder Zellulosestoffbestandteilen chemisch zu Festkörpern reagieren und gemeinsam mit diesen einem Härtungsprozeß, wie beispielsweise in -"Polyurethane in der fünften Dekade"- v. G. Oertel KUNSTSTOFFE 1/81 - erwähnt, unterzogen werden, ohne einer weiteren Komponente, wie z.B. eines Polyols zu bedürfen. Daneben ist die vorhandene relativ hohe Gas- und/oder Flüssigkeitsaufnahme und -durchlässigkeit bei den genannten Faserstoff-Formkörpern typisch.
- Weiterhin ist die Empfindlichkeit von flüssigen technischen Isocyanaten gegenüber den mit ihnen reaktionsfähigen Bestandteilen von Kontaktstoffen im Hinblick auf unerwünschte Veränderung der Lieferformen bzw. der ihrer Lagerstabilität bekannt.
- Die Nachbehandlung von Faserstoff-Formteilen wird dementsprechend mit isocyanathaltigen, flüssigen Harzen unter Bedingungen durchgeführt, die die Flüssigkeitsaufnahme der Formteile ausnutzen und gleichzeitig den Kontakt der mit Isocyanatgruppen reagierenden Formteil-Inhaltsstoffen mit dem Harz überall da sicher ausschließen, wo außerhalb des Teiles die Lagerstabilität der Flüssigphase erhalten bleiben muß.
- Wesen und Inhalt der Erfindung besteht demnach in einem wirtschaftlichen Verfahren, das die Durchdringung von Faserstoff-Formteilen mit einem geeigneten Isocyanatharz gewährleistet, dabei den Kontakt von Inhaltsstoffen der Formteile mit nicht in diese eingedrungenen Harzanteilen sicher ausschließt. Die Aushärtung des eingedrungenen Harzanteils erfolgt durch chemische Reaktion mit Inhaltsstoffen der Teile. Die Reaktionsprodukte lagern sich an das Fasergefüge an, fixieren und dichten es weitgehend ab.
- In bevorzugter Ausführungsform gelangt ein ungiftiges Isocyanatharz, das in Viskosität, Reaktivität, NCO-Gehalt und chemischer Struktur auf die Flüssigkeitsaufnahme und den Gehalt an Reaktionspartnern des Faserstoff-Formteils sowie die gewünschten Endeigenschaften hin abgestimmt ist, derart zur Anwendung, daß das Harz mit vorzugsweise bereits entgasten Formteilen zur Benetzung in Kontakt gebracht wird und durch Druckerhöhung in die Formteile eindringt.
- Die Formteile können sich im gleichen Behälter über einem Isocyanatharz-Flüssigkeitsspiegel befinden. Nach Erreichen des gewünschten Vakuums im Behälter, etwa 30-- 100 Torr, überflutet das Harz die Teile. Die Faserstoff-Formteile werden noch im Unterdruck von überschüssiger Flüssigkeit getrennt, nachdem an diesen oberflächlich angelagertes Harz abläuft. Bei der Druckerhöhung, bevorzugt im Bereich von Atmosphärendruck bis etwa 20 bar, dringt dann ausschließlich das Quantum des noch an den Teilen anhaftenden Harz-Flüssigkeitsfilmes ein und Tropfen- und Läuferbildungen sind ausgeschlossen.
- Anschließend kann die Aushärtung in einem separaten Behälter bei erhöhter Temperatur erfolgen.
- In weiterer bevorzugter Ausführungsform finden diese Vorgänge in einem dreh- und/oder kippbaren Unter- und/oder Überdruckgefäß statt, wobei durch Drehung des Gefäßes um 180° der Tauchvorgang von Formstoff-Formteilen in ein Isocyanatharzbad und durch Umkehrung oder weitere Drehung die erneute Trennung beider Komponenten stattfindet.
- Nach den genannten Ausführungsformen werden die mit dem einkomponentigen Isocyanatharz behandelten Faserstoff-Formteile üblichen, ggf. die Härtung forcierenden Bedingungen ausgesetzt, während der unbeanspruchte Anteil des Harzes für Wiederholungen des Vorgangs verfügbar bleibt und bei Bedarf mit Frischware aufgefüllt wird.
- Der Faserstoff kann mit mechanisch hochfesteren Fasern angereichert werden, um deren spezifische Eigenschaften intrastrukturell in die Endeigenschaften des.nachträglich verstärkten Formteils einzubeziehen.
- Die neuen Möglichkeiten, die sich durch das erfindungsgemäße Verfahren ergeben, führen zu preiswerten verstärkten Faserstoff-Formteilen, die vorwiegend aus regenerierbaren, langfristig verfügbaren Rohstoffen bestehen und dabei diesen Teilen bisher nicht bekannte Eigenschaften wie u.a. Wasser- und Wetterbeständigkeit, Temperaturbeständigkeit, hohe mechanische Festigkeit, Überlackierbarkeit auch mit lösungsmittelhaltigen Systemen sowie die Möglichkeit zu universellen Krafteinleitung verleihen und somit in den aussichtsreichen Wettbewerb mit handelsüblichen Formstoffen, die vergleichbare Eigenschaften aufweisen, treten bzw. für Faserstoff-Formteile völlig neue Anwendungsbereiche erschließen können.
- Fünf handelsübliche FIBRITR-Träger (PKW-Türverkleidung) werden in einem Gitterkäfig übereinander mit einem Abstand von ca. 10 mm fixiert und in einem Deckel-Tank, der 300 ltr eines handelsüblichen MDI-Harzes enthält, über dem Flüssigkeitsspiegel an geeigneten Einbauten befestigt.
- Nach Verschließen des Deckels wird der gesamte Tank bei einer Temperatur von 35° C bis zu einem Druck von 0,07 bar evakuiert und nach 5 Min. um 180° gekippt. Dabei gelangen die FIBRITR-Träger in die Harzflüssigkeit, verbleiben dort 30 s und kommen durch Kippen um weitere 180° in die Ausgangsstellung zurück. - Nach dem Belüften des Tanks und Öffnen des Deckels sind die Teile frei von größeren anhaftenden Flüssigkeitsrückständen und werden einige Stunden bei 95° C gehärtet.
- Die Gewichtszunahme der Teile beträgt 24,5 - 26,0 Gew.-%. Die verstärkten Formteile sind kochbeständig und zeigen einen gegenüber dem Ausgangswert um das 3,Sfache gestiegenen E-Modul im Biegeversuch. Freibewitterung zeigt nach 18 Monaten außer Vergilbung keinen negativen Befund. Der überschüssige Harzanteil verändert sich durch diese Arbeitsweise in Viscosität und NCO-Gehalt nicht meßbar.
Claims (2)
1. Verfahren zur Eigenschaftverbesserung, insbesondere der Wasserbeständigkeit und mechanischen Festigkeit von aus zellulosehaltiger Faserstoff-Aufschlämmung durch Pressen erzeugten Formteilen, bei dem die Formteile einem Unterdruck ausgesetzt, dann mit einem geeigneten fließfähigen Harz benetzt, einer Druckerhöhung unterworfen und anschließend ausgehärtet werden, dadurch gekennzeichnet , daß der unbeanspruchte Anteil von isocyanathaltigem Harz und die Formteile noch im Unterdruck voneinander getrennt werden.
2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei parallele röhrenförmige Behälter, deren Innenräume über Verbindungsstücke, wie Rohrstücke oder einen über die ganze Länge der Behälter oder einen Teil derselben verlaufenden Kanal miteinander verbunden und an eine Vakuumeinrichtung angeschlossen sind, und die um eine zur Behälterachse parallele Achse gemeinsam drehbar gelagert sind, wobei mindestens ein Behälter über einen an seinem einen Ende angeordneten Deckel zugänglich ist und der andere eine verschließbare Flüssigkeitszufuhr- öffnung besitzt.
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