EP2744939A1 - Wässrige dispersion zur behandlung von naturfasern und verfahren zur behandlung von naturfasern - Google Patents

Wässrige dispersion zur behandlung von naturfasern und verfahren zur behandlung von naturfasern

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EP2744939A1
EP2744939A1 EP12745633.3A EP12745633A EP2744939A1 EP 2744939 A1 EP2744939 A1 EP 2744939A1 EP 12745633 A EP12745633 A EP 12745633A EP 2744939 A1 EP2744939 A1 EP 2744939A1
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EP
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natural fibers
aqueous dispersion
fibers
pigments
water
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Withdrawn
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EP12745633.3A
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English (en)
French (fr)
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Martin Sonntag
Katja Fischer
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Rehau Automotive SE and Co KG
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Rehau AG and Co
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Publication date
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    • C08L2205/14—Polymer mixtures characterised by other features containing polymeric additives characterised by shape
    • C08L2205/16—Fibres; Fibrils

Definitions

  • Aqueous dispersion for the treatment of natural fibers and
  • the present invention relates to an aqueous dispersion for treating natural fibers and to a method of treating natural fibers.
  • the invention relates to a composite material of a thermoplastically processable polymer material and natural fibers and an article of the composite material.
  • thermoplastically processable polymer material and natural fibers, in particular wood fibers, see due to their favorable properties in the meantime a very wide use.
  • Articles made of this composite material are used as floor coverings, cladding, construction elements, in horticulture, as fences and in garden furniture.
  • Polymeric material and natural fibers in general is that the natural fibers absorb water to some extent, swell and are susceptible to attack by microorganisms such as fungi, algae, mosses and lichens.
  • the object of the invention is achieved by an aqueous dispersion for the treatment of natural fibers according to claim 1.
  • the aqueous dispersion for the treatment of natural fibers contains a water-soluble or dispersible, adhering to a natural fiber hydrophobing agent, and a pigment preparation which is dispersed in water, and water.
  • aqueous dispersion of the type described is particularly favorable for the coating of natural fibers with the hydrophobizing agent, with simultaneous coloring of the natural fibers with the pigment preparation. It has been found in the context of the invention to be very advantageous if the water-soluble or dispersible, adhering to a natural fiber hydrophobing agent is selected from an epoxy resin, a melamine resin, a urea-based resin, a low molecular weight wax, a silicone resin, a water glass, an ethyl vinyl acrylate and a ethyl methacrylate.
  • water repellents are particularly well suited to coat the natural fibers, in particular the wood fibers, and thus to minimize the water absorption of natural fibers, in particular of wood fibers.
  • inorganic and / or organic pigments are suitable as water-dispersible pigment preparations.
  • Inorganic pigments in this context include white pigments, black pigments and colored pigments.
  • Organic pigments may include anthraquinone pigments and triaryl carbonium pigments.
  • the above-mentioned pigments are very well suited in the context of the present invention to color the natural fibers, in particular the wood fibers.
  • the object of the invention to provide a method for the treatment of natural fibers is achieved with claim 4.
  • the process according to the invention for the treatment of natural fibers comprises the steps of providing natural fibers
  • natural fibers which are preferably wood fibers.
  • the wood fibers may be derived from softwoods such as spruce, pine, larch, birch, willow, poplar or linden or mixtures thereof, or from hardwoods such as beech, oak, ash and their mixtures as well as mixtures of natural fibers of softwoods and hardwoods.
  • the fibers used should have an average length of 80 to 1000 m
  • the moisture of the natural fibers to be treated should be between 0.5 and 10 wt .-%.
  • the fiber width of natural fibers is about 30 to 40 ⁇ (microns), making them particularly suitable for the pretreatment process.
  • the pretreatment itself can be done in different ways.
  • the aqueous dispersion may be added to the natural fibers in a continuous process, for example, when the natural fibers are agitated in a screw conveyor, the aqueous dispersion then being sprayed, for example. In this case, it can be specified very precisely which proportion of aqueous dispersion is added to the amount of natural fibers.
  • the aqueous dispersion can be added to the natural fibers, for example in a mixer.
  • a predetermined amount of natural fibers is mixed with a correspondingly determined amount of aqueous dispersion and the mixture is distributed as homogeneously as possible by suitable mixing technique.
  • the pretreated natural fibers may, for example, pass through a drying oven, in which they release water using elevated temperature, if necessary assisted by a treatment with predried air and / or application of a reduced pressure, until the desired residual moisture is established.
  • a temperature for drying the fibers in a drying oven a temperature is preferably selected between 100 ° C and 200 ° C, in this case, the curing / drying of the resin / hydrophobizing agent on the natural fibers and / or melting of the low molecular weight waxes, whereby the natural fibers are then impregnated become.
  • the content of pigment after the re-drying of the natural fibers is ideally 0.5 to 6% by weight.
  • the content of hydrophobing agent should be about 1 to 15 wt .-% in relation to the dried natural fiber amount.
  • the invention also includes a drying step before the natural fibers are brought into contact with the aqueous dispersion.
  • a drying step before the natural fibers are brought into contact with the aqueous dispersion.
  • the composite material is chosen so that the proportion of natural fibers in the composite material 20 to 80 wt .-%, preferably about 55 wt .-%, is.
  • the natural fibers are advantageously selected so that they have a length of 80 to 1000 ⁇ (microns). Fibers with an average length of about 600 pm (microns) are best suited.
  • Suitable natural fibers in the context of the present invention are very well fibers of wood. In principle, all conifers and hardwoods are suitable for this purpose.
  • fibers of spruce, pine, larch, birch, sage, poplar, linden, and their mixtures, suitable are fibers of spruce, pine, larch, birch, sage, poplar, linden, and their mixtures, suitable.
  • a composite material of a thermoplastically processable polymer material and natural fibers shows a water absorption which is ⁇ 5% by weight in a 28-day water storage based on DIN EN 317 of a surface-brushed test specimen and / or Color change of the surface of the specimen according to a Xeno test (4,500 h Weatherometer Ci 5000 according to ISO 4892-2) Delta E ⁇ 4 and / or the water absorption in accordance with DIN EN 317 in a multiple repetition of the 28-day water storage after each Re-drying of the specimen to constant weight by at least 40% compared to a composite material whose natural fibers are not treated, is reduced.
  • the color change of the composite material according to the present invention is according to gray scale DIN EN ISO 105 A02 4-5.
  • Such a composite material made of a thermoplastically processable polymer material and pretreated with an aqueous dispersion of natural fibers thus shows a very low tendency for water absorption and only a negligible color change in an outdoor use.
  • thermoplastically processable polymer material all polymer materials which are thermoplastically processable are suitable as thermoplastically processable polymer material.
  • polypropylene PP
  • PE polyethylene
  • PB polybutylene
  • PVC polyvinyl chloride
  • PS polystyrene
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene
  • An article of the composite material in particular an article made of a plastic-wood fiber composite material, as described in claim 10 and solves the object of the invention is characterized high quality, durable and in terms of infestation by fungi, algae, lichens, mosses and others Protected microorganisms and does not change its color outdoors or only insignificantly.
  • Articles made of the composite material find a variety of applications as patio / plank flooring, as a cladding, as a construction material and in the furniture sector.
  • the batch is then dried in a circulating air drying oven at 90 ° C. for 16 h (hours).
  • the wood fibers pretreated with the aqueous dispersion are then processed on a ZSK 25 compounding extruder with polypropylene as thermoplastically processable polymer material to form a plastic-wood fiber composite material (WPC, wood-plastic composite).
  • WPC plastic-wood fiber composite material
  • Test specimens are made of the plastic-wood fiber composite material to investigate the material properties by injection molding. The surface of the specimens is brushed or sanded to expose the wood fibers, then the tests are initiated immediately.
  • the resulting composite material consists of 60% by weight of natural fibers, 31% by weight of polypropylene, 1.5% by weight of pigments, 4% by weight of hydrophobing agent, 2% by weight of adhesion promoter and 2.5% by weight. % Additives and lubricants. test results
  • the color change Delta E was 1, 4.
  • the color change according to the gray scale according to DIN EN ISO 105 A02 was 4 - 5.
  • FIG. 2 is a graph for water absorption of a test plate made of a wood-plastic composite (WPC) containing untreated wood fibers;
  • WPC wood-plastic composite
  • FIG. 3 is a graph for water absorption of a test plate made of a wood-plastic composite (WPC), which contains wood fibers treated according to the invention.
  • FIG. 1 schematically shows a cross section through an article 1 made of a thermoplastically processable polymer material 2 and natural fibers 3.
  • Item size and natural fiber size and pigment particle size are not to scale, but freely chosen to illustrate the principle of the invention.
  • the natural fibers 3 are embedded in the thermoplastically processable polymer material 2.
  • the natural fibers 3 are coated by the pretreatment with the aqueous dispersion with a hydrophobing agent 4, which is connected to the fiber surface of the natural fibers 3 and adheres there.
  • pigment particles 5 are distributed, which give the natural fiber 3 color.
  • Pigment particles 5 can also - this is not shown in FIG. 1 - penetrate superficially into the pores of the natural fiber 3 and be bound therein.
  • the article 1 of the thermoplastically processable polymer material 2 and the natural fibers 3, on which water repellent 4 adheres with pigment particles 5, has a surface 6, which may be structured, in particular by a brushing process may have a Bürst Scheme ist.
  • Fig. 2 shows a graph for water absorption of a test plate from a wood-plastic composite (WPC) containing untreated wood fibers.
  • WPC wood-plastic composite
  • Fig. 3 shows a graph for water absorption of a test plate made of a wood-plastic composite (WPC) containing wood fibers treated according to the invention.
  • WPC wood-plastic composite
  • the wood fibers were pretreated with a melamine based water repellent. Compared to the untreated fiber, the water absorption after repeated storage and re-drying to constant weight (which was carried out at 80 ° C. in a circulating air oven) is significantly reduced compared to untreated wood fiber.
  • thermoplastically processable polymer material 3 natural fiber

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine wässrige Dispersion zur Behandlung von Naturfasern (3) und ein Verfahren zur Behandlung von Naturfasern (3). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die wässrige Dispersion zur Behandlung von Naturfasern (3), insbesondere von Holzfasern, ein Hydrophobierungsmittel (4), das in Wasser löslich oder dispergierbar ist und auf einer Naturfaser (3) haftet, eine in Wasser dispergierbare Pigmentzubereitung und Wasser enthält. Das Verfahren zur Behandlung von Naturfasern (3) umfasst die Schritte Bereitstellen von Naturfasern (3), Bereitstellen einer wässrigen Dispersion und Inkontaktbringen der Naturfasern (3) mit der wässrigen Dispersion.

Description

Wässrige Dispersion zur Behandlung von Naturfasern und
Verfahren zur Behandlung von Naturfasern
Die vorliegende Erfindung betrifft eine wässrige Dispersion zur Behandlung von Naturfasern und ein Verfahren zur Behandlung von Naturfasern.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Verbundwerkstoff aus einem thermoplastisch verarbeitbaren Polymermaterial und Naturfasern sowie einen Gegenstand aus dem Verbundwerkstoff.
Verbundwerkstoffe aus einem thermoplastisch verarbeitbaren Polymermaterial und Naturfasern, insbesondere Holzfasern, finden aufgrund ihrer günstigen Eigenschaften inzwi- sehen eine sehr breite Verwendung.
Gegenstände aus diesem Verbundwerkstoff sind als Bodenbeplankungen, Verkleidungen, Konstruktionselemente, im Gartenbau, als Zaunanlagen und im Gartenmöbelbau im Einsatz.
Nachteilig an diesem Verbundwerkstoff aus einem thermoplastisch verarbeitbaren
Polymermaterial und Naturfasern ist im Allgemeinen, dass die Naturfasern bis zu einem gewissen Grad Wasser aufnehmen, dabei quellen und anfällig sind für den Angriff von Mikroorganismen, wie beispielsweise Pilzen, Algen, Moosen und Flechten.
Ein weiterer Nachteil wird darin gesehen, dass die Naturfasern im Außeneinsatz unter dem Einfluss des UV-Anteils des Lichts über die Zeit ihre Farbe verändern, was in vielen Anwendungen ungewollt ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es also, eine wässrige Dispersion zur Behandlung von Naturfasern anzugeben, mit der die oben aufgezeigten Probleme überwunden werden können, und ein Verfahren anzugeben, wie die Naturfasern zu behandeln sind. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verbundwerkstoff aus einem thermoplastisch verarbeitbaren Polymermaterial und Naturfasern anzugeben, der in Bezug auf die oben geschilderten Nachteile vorteilhaft weiterentwickelt ist. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gegenstand aus dem Verbundwerkstoff anzugeben.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine wässrige Dispersion zur Behandlung von Naturfasern gemäß Anspruch 1.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die wässrige Dispersion zur Behandlung von Naturfasern, insbesondere von Holzfasern, ein in Wasser lösliches oder dispergierbares, auf einer Naturfaser haftendendes Hydrophobierungsmittel, und eine Pigmentzubereitung enthält, die in Wasser dispergiert ist, sowie Wasser.
Eine wässrige Dispersion der geschilderten Art ist besonders günstig für die Beschichtung von Naturfasern mit dem Hydrophobierungsmittel, unter gleichzeitiger Einfärbung der Naturfasern mit der Pigmentzubereitung. Es hat sich im Erfindungszusammenhang als sehr vorteilhaft herausgestellt, wenn das in Wasser lösliche oder dispergierbare, auf einer Naturfaser haftendende Hydrophobierungsmittel ausgewählt ist aus einem Epoxidharz, einem Melaminharz, einem harnstoffbasierenden Harz, einem niedermolekularen Wachs, einem Silikonharz, einem Wasserglas, einem Ethylvinylacrylat und einem Ethylmethacrylat.
Die vorstehend bezeichneten Hydrophobierungsmittel sind besonders gut geeignet, die Naturfasern, insbesondere die Holzfasern, zu beschichten und damit die Wasseraufnahme der Naturfasern, insbesondere der Holzfasern, zu minimieren. Als in Wasser dispergierbare Pigmentzubereitungen eignen sich im Rahmen der Erfindung anorganische und / oder organische Pigmente.
Anorganische Pigmente umfassen in diesem Zusammenhang Weißpigmente, Schwarzpigmente und Buntpigmente. Organische Pigmente können dabei Anthrachinon-Pigmente und Triarylcarbonium-Pigmente umfassen. Die vorstehend genannten Pigmente sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung sehr gut geeignet, die Naturfasern, insbesondere die Holzfasern, einzufärben. Die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Behandlung von Naturfasern anzugeben, wird mit Anspruch 4 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung von Naturfasern umfasst die Schritte · Bereitstellen von Naturfasern
• Bereitstellen einer wässrigen Dispersion, wie sie vorstehend beschrieben ist,
• Inkontaktbringen der Naturfasern mit der wässrigen Dispersion.
Es hat sich hierbei als günstig erwiesen, wenn Naturfasern eingesetzt werden, die bevor- zugt Holzfasern sind. Die Holzfasern können von Weichhölzern, wie beispielsweise Fichte, Kiefer, Lärche, Birke, Weide, Pappel oder Linde oder deren Mischungen stammen, oder von Harthölzern, wie beispielsweise Buche, Eiche, Esche und deren Mischungen sowie auch Mischungen von Naturfasern von Weichhölzern und Harthölzern. Die verwendeten Fasern sollen dabei eine durchschnittliche Länge von 80 bis 1000 m
(Mikrometer) aufweisen. Im Rahmen der Erfindung hat sich herausgestellt, dass am besten geeignet sind Fasern von etwa 600 μιτι (Mikrometer) Länge.
Die Feuchtigkeit der zu behandelnden Naturfasern soll dabei zwischen 0,5 und 10 Gew.-% liegen. Die Faserbreite der Naturfasern beträgt etwa 30 bis 40 μιτι (Mikrometer), wodurch sie ganz besonders für den Vorbehandlungsprozess geeignet sind. Die Vorbehandlung selbst kann dabei auf verschiedenen Wegen erfolgen.
A. Kontinuierlicher Vorbehandlungsprozess
Die wässrige Dispersion kann zu den Naturfasern in einem kontinuierlichen Prozess hinzugegeben werden, beispielsweise wenn die Naturfasern in einem Schneckenförderer bewegt werden, wobei die wässrige Dispersion dann beispielsweise aufgesprüht wird. Hierbei kann sehr genau vorgegeben werden, welcher Anteil an wässriger Dispersion der Menge an Naturfasern zugegeben wird.
B. Diskontinuierlicher Vorbehandlungprozess
In einem diskontinuierlichen Prozess kann die wässrige Dispersion den Naturfasern beispielsweise in einem Mischer zugegeben werden.
Hierbei wird eine vorgegebene Menge Naturfasern mit einer entsprechend bestimmten Menge an wässriger Dispersion versetzt und die Mischung durch geeignete Mischtechnik möglichst homogen verteilt.
Auch hier ist es möglich, sehr exakt der Menge an Naturfasern eine Menge an wässriger Dispersion zur Vorbehandlung zuzusetzen.
Es hat sich im Rahmen der Erfindung weiterhin herausgestellt, dass es sehr günstig ist, die mit der wässrigen Dispersion versetzten Naturfasern nach dem Inkontaktbringen einem Trocknungsprozess zu unterziehen, um die Naturfasern bis zu einer vorbestimmten Restfeuchte zu trocknen.
Dies ist entscheidend für die Weiterverarbeitung der mit der wässrigen Dispersion vorbehandelten Naturfasern zu einem Verbundwerkstoff, der weiterhin ein thermoplastisch verarbeitbares Polymermaterial enthält. Hierzu ist es notwendig, dass die Restfeuchte der, wie vorstehend beschrieben, vorbehandelten Naturfasern unter 1 Gew.-% gebracht wird.
Hierzu können die vorbehandelten Naturfasern beispielsweise einen Trockenofen durchlaufen, in dem sie unter Anwendung erhöhter Temperatur, ggf. unterstützt durch eine Behand- lung mit vorgetrockneter Luft und / oder Anwendung eines Unterdrucks, Wasser abgeben, bis die gewünschte Restfeuchte eingestellt ist.
Es hat sich in diesem Zusammenhang erfindungsgemäß als günstig erwiesen, wenn der Feuchtegehalt der mit der wässrigen Dispersion vorbehandelten Naturfasern unmittelbar nach der Vorbehandlung 15 Gew.-% möglichst nicht überschreitet. Als Temperatur zur Trocknung der Fasern in einem Trockenofen wird eine Temperatur vorzugsweise zwischen 100 °C und 200 °C gewählt, hierbei erfolgt das Aushärten / Trocknen des Harzes / Hydrophobierungsmittels auf den Naturfasern und / oder ein Aufschmelzen der niedermolekularen Wachse, wodurch die Naturfasern dann imprägniert werden.
Als günstig hat sich im Rahmen der Erfindung erweisen, wenn der Gehalt an Pigment nach der Rücktrocknung der Naturfasern idealerweise 0,5 bis 6 Gew.-% beträgt.
Der Gehalt an Hydrophobierungsmittel soll in Bezug auf die getrocknete Naturfasermenge etwa 1 bis 15 Gew.-% betragen.
Die Erfindung umfasst in einer vorteilhaften Weiterbildung auch einen Trocknungsschritt vor dem Inkontaktbringen der Naturfasern mit der wässrigen Dispersion. Durch das Vortrocknen der Naturfasern vor dem Inkontaktbringen mit der wässrigen Dispersion im Rahmen des Trocknungsschrittes werden die Naturfasern vorteilhaft vorkonditioniert, so dass sie beim Inkontaktbringen mit der wässrigen Dispersion diese besonders bevorzugt aufnehmen. Hierdurch können die Naturfasern sehr vorteilhaft schnell beschichtet und eingefärbt werden.
Die Lösung der Aufgabe, einen Verbundwerkstoff aus einem thermoplastisch verarbeitbaren Polymermaterial und Naturfasern anzugeben, ist mit Anspruch 8 gelöst.
Es wurde im Rahmen der Erfindung erkannt, dass ein Verbundwerkstoff aus einem thermoplastisch verarbeitbaren Polymermaterial und Naturfasern, die mit einer wässrigen Dispersion gemäß vorstehender Beschreibung behandelt sind, die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
Es hat sich dabei als günstig erweisen, wenn der Verbundwerkstoff so gewählt wird, dass der Anteil der Naturfasern im Verbundwerkstoff 20 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise etwa 55 Gew.-%, beträgt.
Die Naturfasern werden vorteilhaft so ausgewählt, dass sie eine Länge von 80 bis 1000 μιτι (Mikrometer) aufweisen. Am besten sind Fasern mit einer durchschnittlichen Länge von etwa 600 pm (Mikrometer) geeignet.
Als Naturfasern eignen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung sehr gut Fasern aus Holz. Hierzu sind prinzipiell alle Nadel- und Laubhölzer geeignet.
Besonders gut sind Fasern der Fichte, Kiefer, Lärche, Birke, Weise, Pappel, Linde, sowie deren Mischungen, geeignet.
Auch Harthölzer sind geeignet, umfassend Buche, Eiche, Esche, und deren Mischungen. Insbesondere wurde im Rahmen der Erfindung gefunden, dass ein Verbundwerkstoff aus einem thermoplastisch verarbeitbaren Polymermaterial und Naturfasern eine Wasseraufnahme zeigt, die bei einer 28-tägigen Wasserlagerung in Anlehnung an DIN EN 317 eines oberflächengebürsteten Probekörpers < 5 Gew.-% beträgt und / oder dass die Farbveränderung der Oberfläche des Probekörpers nach einem Xeno-Test (4.500 h Weatherometer Ci 5000 nach ISO 4892-2) Delta E < 4 beträgt und / oder die Wasseraufnahme in Anlehnung an DIN EN 317 bei einer auch mehrfachen Wiederholung der 28-tägigen Wasserlagerung nach jeweiliger Rücktrocknung des Probekörpers bis zur Gewichtskonstanz um mindestens 40 % gegenüber einem Verbundwerkstoff, dessen Naturfasern nicht behandelt sind, reduziert ist.
Die Farbveränderung des Verbundwerkstoffs gemäß vorliegender Erfindung beträgt nach Graumaßstab DIN EN ISO 105 A02 4 - 5.
Ein derartiger Verbundwerkstoff aus einem thermoplastisch verarbeitbaren Polymermaterial und aus mit einer wässrigen Dispersion vorbehandelten Naturfasern zeigt somit eine sehr geringe Tendenz zur Wasseraufnahme und nur eine vernachlässigbare Farbveränderung bei einem Außeneinsatz.
In der folgenden Tabelle 1 sind die Messwerte vergleichend für ein Wood-Plastic- Composite (WPC) mit unbehandelten Holzfasern und für ein Wood-Plastic-Composite (WPC) mit entsprechend der vorliegenden Erfindung behandelten Holzfasern aufgelistet.
Tabelle 1
Durch die Verringerung der Wasseraufnahme der Naturfasern, die durch die Vorbehand- lung mit der wässrigen Dispersion verursacht ist, werden die Wachstumsbedingungen für Pilze, Algen, Flechten, Moose und andere Mikroorganismen verschlechtert.
Dadurch kann auf den Einsatz von chemischen Zusatzstoffen, z.B. Bioziden, zur Verhinderung des biologischen Befalls des Verbundwerkstoffs durch die vorstehend genannten Mik- roorganismen verzichtet werden.
Hierdurch ist die Langzeitstabilität und Dauerhaftigkeit der Naturfasern im Verbundwerkstoff - und dadurch auch der Verbundwerkstoff selbst - gegenüber dem Stand der Technik wesentlich verbessert.
Als thermoplastisch verarbeitbares Polymermaterial eignen sich im Zusammenhang mit der vorstehend beschriebenen Erfindung alle Polymermaterialien, die thermoplastisch verarbeitbar sind.
Besonders bevorzugt sind hierbei: Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polybutylen (PB), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyester, Polyamide, Polyurethane, Polyether und thermoplastische Elastomere. Ein Gegenstand aus dem Verbundwerkstoff, insbesondere ein Gegenstand aus einem Kunststoff-Holzfaser-Verbundwerkstoff, wie er in Anspruch 10 beschrieben ist und die Aufgabe der Erfindung löst, ist dadurch hochwertig, langlebig und hinsichtlich des Befalls durch Pilze, Algen, Flechten, Moose und andere Mikroorganismen geschützt und verändert im Außeneinsatz seine Farbe nicht oder nur unwesentlich.
Gegenstände aus dem Verbundwerkstoff, insbesondere Gegenstände aus einem Kunststoff-Holzfaser-Verbundwerkstoff, finden vielfältige Anwendung als Terrassen- / Dielenbelag, als Verkleidung, als Konstruktionsmaterial und im Möbelbereich.
Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.
In einem beheizbaren Schnellmischer werden Weichholzfasern mit einer mittleren Faser- länger von 500 pm (Mikrometer) vorgelegt. Unter Rühren werden bei Raumtemperatur 200 ml (Milliliter) einer wässrigen Dispersion aus einem in Wasser löslichen oder dispergierbaren, auf einer Naturfaser haftendenden Hydrophobierungsmittel und einer in Wasser dispergierbaren Pigmentzubereitung über einen Zeitraum von 5 min zudosiert. Der Ansatz wird nach Zugabe der Dispersion noch weitere 5 min im Mischer gerührt, um die wässrige Dispersion gleichmäßig auf der Fasermenge zu verteilen.
Anschließend wird der Ansatz im Umlufttrockenschrank bei 90 °C für 16 h (Stunden) getrocknet. Die mit der wässrigen Dispersion vorbehandelten Holzfasern werden anschlie- ßend auf einem ZSK 25-Compoundierextruder mit Polypropylen als thermoplastisch verarbeitbarem Polymermaterial zu einem Kunststoff-Holzfaser-Verbundwerkstoff verarbeitet (WPC, Wood-Plastic-Composite). Prüfkörper werden aus dem Kunststoff-Holzfaser- Verbundwerkstoff zur Untersuchung der Materialeigenschaften im Spritzgussverfahren gefertigt. Die Oberfläche der Prüfkörper wird gebürstet oder angeschliffen, um die Holzfasern freizulegen, anschließend werden die Prüfungen unmittelbar eingeleitet.
Der so erhaltene Verbundwerkstoff besteht zu 60 Gew.-% aus Naturfasern, 31 Gew.-% Polypropylen, 1 ,5 Gew.-% Pigmenten, 4 Gew.-% Hydrophobierungsmittel, 2 Gew.-% Haftvermittler und 2,5 Gew.-% Additive und Gleitmittel. Prüfergebnisse
In der 28-tägigen Wasserlagerung (Anlehnung an DIN EN 317) wurde eine Gewichtszunahme an den Proben von ca. 4 Gew.-% ermittelt.
Die farbliche Veränderung nach dem Xeno-Test (4.500 h Weatherometer Ci 5000 nach ISO 4892-2-A) konnte mit bloßem Auge ohne direkten Vergleich zum bewitterten Urmuster nicht mehr wahrgenommen werden.
Die Farbveränderung Delta E war 1 ,4.
Die Farbveränderung gemäß Graumaßstab nach DIN EN ISO 105 A02 betrug 4 - 5.
Wesentlich ist das Verhalten des Verbundwerkstoffes bei einer wiederholten Wasserlagerung und Rücktrocknung bis zur Gewichtskonstanz. Während eine Prüfplatte aus einem Wood-Plastic-Composite (WPC), welche unbehandelte Holzfasern enthält, nach Rücktrocknung der Probe bis zur Gewichtskonstanz und erneuter Lagerung im Wasser stetig mehr Wasser aufnimmt, ist dazu im Vergleich die Wasseraufnahme nach wiederholter Lagerung und Rücktrocknung bis zur Gewichtskonstanz bei einer Prüfplatte aus einem Wood-Plastic-Composite (WPC), welche erfindungsgemäß behandel- te Holzfasern enthält, deutlich reduziert.
Die Erfindung wird gemäß beigefügter Figuren näher erläutert.
Hierzu zeigt
Fig.1 einen schematischen Querschnitt durch einen Gegenstand aus dem Verbundwerkstoff ;
Fig.2 eine Grafik zur Wasseraufnahme einer Prüfplatte aus einem Wood-Plastic- Composite (WPC), welche unbehandelte Holzfasern enthält;
Fig. 3 eine Grafik zur Wasseraufnahme einer Prüfplatte aus einem Wood-Plastic- Composite (WPC), welche erfindungsgemäß behandelte Holzfasern enthält. In Fig. 1 ist schematisch ein Querschnitt durch einen Gegenstand 1 aus einem thermoplastisch verarbeitbaren Polymermaterial 2 und Naturfasern 3 dargestellt.
Gegenstandgröße und Naturfasergröße sowie Pigmentteilchengröße sind nicht maßstäb- lieh, sondern zur Verdeutlichung des Prinzips der Erfindung frei gewählt.
Die Naturfasern 3 sind in dem thermoplastisch verarbeitbaren Polymermaterial 2 eingebettet. Die Naturfasern 3 sind durch die Vorbehandlung mit der wässrigen Dispersion mit einem Hydrophobierungsmittel 4 beschichtet, das mit der Faseroberfläche der Naturfasern 3 verbunden ist und dort anhaftet.
In dem Hydrophobierungsmittel 4 sind Pigmentteilchen 5 verteilt, die der Naturfaser 3 Far- be verleihen.
Pigmentteilchen 5 können auch - dies ist in der Fig. 1 nicht gezeigt - oberflächlich in die Poren der Naturfaser 3 eingedrungen und darin gebunden sein.
Der Gegenstand 1 aus dem thermoplastisch verarbeitbaren Polymermaterial 2 und den Naturfasern 3, auf denen Hydrophobierungsmittel 4 mit Pigmentteilchen 5 anhaftet, weist eine Oberfläche 6 auf, die strukturiert sein kann, insbesondere durch einen Bürstvorgang eine Bürststrukturierung aufweisen kann.
Fig. 2 zeigt eine Grafik zur Wasseraufnahme einer Prüf platte aus einem Wood-Plastic- Composite (WPC), welche unbehandelte Holzfasern enthält.
Es ist der Verlauf der Gewichtszunahme nach 28-tägiger Wasserlagerung einer gebürsteten WPC Prüfplatte der Größe 100 mm x 100 mm x 3mm (Millimeter), welche im Spritzgussverfahren hergestellt wurde, gezeigt.
Ohne Vorbehandlung der Holzfasern nimmt die Wasseraufnahme nach Rücktrocknung der Probe bis zur Gewichtskonstanz (welche bei 80 °C im Umluftofen durchgeführt wurde) und erneuter Lagerung im Wasser stetig mehr Wasser auf.
Fig. 3 zeigt eine Grafik zur Wasseraufnahme einer Prüfplatte aus einem Wood-Plastic- Composite (WPC), welche erfindungsgemäß behandelte Holzfasern enthält. Dazu ist der Verlauf der Gewichtszunahme nach 28-tägiger Wasserlagerung einer gebürsteten WPC Prüfplatte der Abmessung 100 mm x 100 mm x 3mm (Millimeter), welche im Spritzgussverfahren hergestellt wurde gezeigt.
Die Holzfasern wurden mit einem Hydrophobierungsmittel auf Melaminbasis vorbehandelt. Im Vergleich zur unbehandelten Faser ist die Wasseraufnahme nach wiederholter Lagerung und Rücktrocknung bis zur Gewichtskonstanz(welche bei 80 °C im Umluftofen durchgeführt wurde) im Vergleich zur unbehandelten Holzfaser deutlich reduziert.
- Patentansprüche -
Bezugszeichenliste
1 Gegenstand
2 thermoplastisch verarbeitbares Polymermaterial 3 Naturfaser
4 Hydrophobierungsmittel
5 Pigmentteilchen
6 Oberfläche
7 Verbundwerkstoff

Claims

Patentansprüche
1. Wässrige Dispersion zur Behandlung von Naturfasern (3), insbesondere von Holzfasern, enthaltend
ein in Wasser lösliches oder dispergierbares, auf einer Naturfaser haftendendes Hydrophobierungsmittel,
- eine in Wasser dispergierbare Pigmentzubereitung
Wasser.
2. Wässrige Dispersion nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrophobierungsmittel (4) ausgewählt ist aus einem Epoxidharz, einem Melaminharz, einem harnstoffbasierenden Harz, einem niedermolekularen Wachs, einem Silikonharz, einem Wasserglas, einem Ethylvinylacrylat und einem Ethylmethacrylat.
3. Wässrige Dispersion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmentzubereitung ausgewählt ist aus anorganischen und / oder organischen Pigmen- ten, umfassend für anorganische Pigmente Weißpigmente, Schwarzpigmente, Buntpigmente und für organische Pigmente Anthanthronpigmente, Anthrachinonpigmente, etc. bis Triarylcarboniumpigmente.
4. Verfahren zur Behandlung von Naturfasern, umfassend die Schritte
- Bereitstellen von Naturfasern (3)
Bereitstellen einer wässrigen Dispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 3 Inkontaktbringen der Naturfasern (3) mit der wässrigen Dispersion.
5. Verfahren zur Behandlung von Naturfasern (3) nach Anspruch 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Naturfasern (3) mit der wässrigen Dispersion in einem kontinuierlichen Vorgang oder einem diskontinuierlichen Vorgang in Kontakt gebracht werden.
6. Verfahren zur Behandlung von Naturfasern (3) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Naturfasern (3) nach Inkontaktbringen mit der wässrigen Dis- persion bis zu einer vorbestimmten Restfeuchte getrocknet werden. Verfahren zur Behandlung von Naturfasern (3) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, umfassend weiterhin einen Trocknungsschritt vor dem Inkontaktbringen der Naturfasern (3) mit der wässrigen Dispersion.
Verbundwerkstoff (7) aus einem thermoplastisch verarbeitbaren Polymermaterial (2) und Naturfasern (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Naturfasern (3) mit einer wässrigen Dispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 3 behandelt sind.
Verbundwerkstoff (7) aus einem thermoplastisch verarbeitbaren Polymermaterial (2) und Naturfasern (3) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasseraufnahme bei einer 28-tägigen Wasserlagerung in Anlehnung an DIN EN 317 eines oberflächengebürsteten oder oberflächengeschliffenen Probekörpers kleiner 4 Gew.-% und / oder die Farbveränderung der Oberfläche eines Probekörpers nach einem Xeno- Test (4500 h Weatherometer Ci5000 nach ISO 4892-2) delta E kleiner 1 ,5 beträgt und / oder die Wasseraufnahme in Anlehnung an DIN EN 317 bei einer auch mehrfachen Wiederholung der 28-tägigen Wasserlagerung nach jeweiliger Rücktrocknung des oberflächengebürsteten oder oberflächengeschliffenen Probekörpers bis zur Gewichtskonstanz um mindestens 40 % gegenüber einem Verbundwerkstoff, dessen Naturfasern nicht behandelt sind, reduziert ist.
0. Gegenstand (1) aus dem Verbundwerkstoff (7) nach Anspruch 8 oder 9, insbesondere ein Gegenstand aus einem Kunststoff-Holzfaser-Verbundwerkstoff.
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