EP4437033A1 - Flächengebilde aus einer polymermatrix und darin eingebetteten textilpartikeln - Google Patents

Flächengebilde aus einer polymermatrix und darin eingebetteten textilpartikeln

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Publication number
EP4437033A1
EP4437033A1 EP22822002.6A EP22822002A EP4437033A1 EP 4437033 A1 EP4437033 A1 EP 4437033A1 EP 22822002 A EP22822002 A EP 22822002A EP 4437033 A1 EP4437033 A1 EP 4437033A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flat structure
textile
waste
structure according
fabric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22822002.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Ames
Gunter Scharfenberger
Kim GARTH
Asan SHIRKA
Robert GRÜNEBERG
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rhenoflex GmbH
Original Assignee
Rhenoflex GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rhenoflex GmbH filed Critical Rhenoflex GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
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    • C08J2323/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
    • C08J2323/10—Homopolymers or copolymers of propene
    • C08J2323/12—Polypropene
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    • C08J2353/02—Characterised by the use of block copolymers containing at least one sequence of a polymer obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Derivatives of such polymers of vinyl aromatic monomers and conjugated dienes
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    • C08J2375/04—Polyurethanes
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    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2377/00—Characterised by the use of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Derivatives of such polymers

Definitions

  • the present invention relates to a fabric made of textile particles embedded in a polymer matrix and a method for its production and its use. Furthermore, the present invention relates to a layered structure made from the fabric according to the invention and at least one further layer.
  • the textile and leather industry is one of the oldest and most important branches of the manufacturing and processing industry, which in particular processes animal and vegetable materials into clothing and other articles.
  • US 2007/0043128 relates to a method of making a carpet backing from carpet scrap comprising (A) obtaining carpet scrap having a substrate and a backing layer attached to the substrate, wherein the backing layer is derived from a reactive polyurethane blend; (B) crushing the carpet waste into fragments; (C) melt blending the comminuted carpet waste fragments at a pressure between 2413.2 kPa to 3102.6 kPa and a temperature between 120°C and 220°C; (D) forming agglomerates from the melted carpet scrap fragments; (E) grinding the agglomerates into a powder; and (F) forming a recycled backing comprising the ground powder.
  • US 2002/0032253 discloses a thermoplastic composite material containing organic fiber in a thermoplastic binder.
  • US 2006/0194486 relates to a composite material for thermoformable organic fiber-based shoe components, containing an organic fiber material and a binder.
  • a first subject matter of the present application is therefore a fabric made from a polymer matrix with textile particles embedded therein, the fabric having a proportion of 20 to 60% by weight of textile particles.
  • the textile waste does not have to be prepared into fibers in a complicated manner, but can be used in the form of simple particles.
  • particles are understood to mean particles which, in contrast to fibers, do not have a defined aspect ratio.
  • the textile particles used in the context of the present invention are preferably obtained by mechanically crushing textile waste, in particular by shredding or grinding.
  • textile is understood as meaning textile and non-textile raw materials which can be processed by various methods to form linear, planar and three-dimensional structures.
  • Textile raw materials mean in particular natural fibers, while the term non-textile raw materials includes leather in particular.
  • the fabric according to the invention offers a simple way of further processing textile waste.
  • An embodiment is therefore preferred in which the textile parts are not textile waste.
  • textile waste is understood to mean textiles and textile materials which are not suitable for further processing or which have been recovered from processed materials, such as leftovers from cuttings and/or used textiles.
  • the difficulty arises that this is due to its previous processing, such as tanning, are generally not amenable to recycling and therefore usually have to be incinerated.
  • tanned leather waste can also be processed without this having a negative impact on the quality of the fabric according to the invention.
  • An embodiment is therefore particularly preferred in which the textile particles are leather waste. Suitable waste is, for example, offcuts or chrome shavings, but also processed leather.
  • the fabric according to the invention makes a valuable contribution to the sustainable utilization of raw materials. This contribution can be further supported by the polymers used for the polymer matrix.
  • the polymer matrix is therefore preferably formed from biopolymers, both bio-based and biodegradable, and recycled polymer. Virgin polymers can also preferably be used according to the invention.
  • the polymer matrix is particularly preferably formed from recycled polymer.
  • virgin polymer means a new-colored polymer, while recycled polymer denotes polymer that has already been subjected to further processing steps and has been recovered as part of the value-added cycle.
  • the polymer matrix of the fabric according to the invention can be adjusted as required.
  • the polymer matrix is selected from the group consisting of polyolefins, polyesters, TPU esters, ether-based TPO, PCL, PLA, PA, TPE-S, TPE-E, TPE-A, EVA, PVA, blends and copolymers thereof .
  • the polymer is particularly preferably selected from the group consisting of TPE, TPU, TPA, EVA and PA as well as mixtures and blends thereof.
  • Particularly preferred biopolymers are those selected from the group consisting of PLA, cellulose, lignin, tannin, mixtures thereof and copolymers thereof.
  • thermoplastic polymers are preferably used for the polymer matrix.
  • the polymer is appropriately selected from the group consisting of thermoplastic polyesters, thermoplastic polyamides, thermoplastic polyurethanes, thermoplastic EVAs, and blends and copolymers thereof.
  • a polymer mixture can also be used.
  • two or more different polymers are used.
  • a mixture of two or more polymers selected from the group consisting of TPE, TPU, TPA, EVA and PLA is particularly preferably used as the polymer matrix.
  • the fabric according to the invention is thermoplastically deformable.
  • the fabric according to the invention has a deformation temperature of 80 to 180.degree.
  • a deformation temperature in the claimed range ensures the compatibility of the fabric according to the invention with the usual processing temperatures, particularly in the field of shoe manufacture and the manufacture of lifestyle products, so that simple and efficient processing of the fabric is achieved.
  • the fabric according to the invention therefore has a proportion of textile particles of 20 to 60% by weight, preferably 25 to 50% by weight, particularly preferably 25 to 40% by weight.
  • the information relates in each case to the total weight of the fabric.
  • the fabric according to the invention has a proportion of recycled material of at least 40%, preferably at least 60% and in particular at least 80%, based on the total material, the recycled material comprising both the polymer matrix and the textile particles.
  • the fabric according to the invention can be further processed in many different ways. Depending on the type of further processing, it has proven advantageous to provide the fabric in the form of sheets or rolls. Therefore, an embodiment is preferred in which the fabric is provided in the form of sheets or rolls of material.
  • the thickness of the fabric according to the invention can be selected depending on the application. In a preferred embodiment, the fabric according to the invention has a thickness of 0.5 to 2.5 mm.
  • the fabric according to the invention is characterized by a number of advantageous mechanical properties that allow a wide range of applications and simple further processing.
  • the properties of the fabric according to the invention can be controlled in particular by selecting appropriate polymers for the polymer matrix.
  • a wide range of starting materials is available, which allows the properties of the fabric according to the invention to be adapted to the respective requirements.
  • the fabric according to the invention also shows a flexural strength as a measure of the resilience, which recommends the fabric according to the invention in particular for use as an upper material, for example for shoes or bags.
  • a flexural strength as a measure of the resilience
  • the fabric according to the invention has a flexural strength of 10 to 10,500 mN, preferably 15 to 10,000 mN.
  • the flexural strength was determined based on DIN 53121 and describes the force required to bend a specimen with a clamping length of 50 mm by 45°.
  • the fabric according to the invention has a flexural strength of 10 to 2000 mN.
  • the fabric according to the invention can have a flexural strength of 6000 to 10000 mN.
  • the fabric according to the invention has a tear strength of 1.5 to 30 N/mm 2 , preferably 2 to 25 N/mm 2 .
  • the tear strength, or tensile strength, in the context of the present invention refers to the maximum mechanical tensile stress that the fabric can withstand and can be determined in accordance with DIN EN ISO 527 using a type 5 specimen.
  • the elongation at break of the fabric according to the invention can be adjusted by selecting an appropriate polymer matrix.
  • the elongation at break is 5 to 150%.
  • the elongation at break can be determined according to DIN EN ISO 527, for example.
  • it can be applied to a carrier, for example, or its surface can be treated in some other way.
  • the fabric according to the invention is therefore characterized in that it has a coating on its top and/or bottom.
  • the mechanical and optical properties of the fabric according to the invention can be adjusted by the coating.
  • the surface can be stabilized or the abrasion resistance increased.
  • the coloring of the fabric according to the invention can be achieved in this way.
  • This coating can be any materials, with textile materials and plastic materials being preferred.
  • the coating can be achieved by applying an adhesive, in particular by applying a hot-melt adhesive.
  • a connection can be created with an outer fabric and/or a lining, such as those used to manufacture shoes.
  • the coating is preferably one that is selected from the group consisting of textiles or polymer blends, the textiles being in particular polyester and/or natural fiber textiles.
  • the coating is an at least partially recycled material, in particular a completely recycled material.
  • a further object of the present invention is a flat layered structure made from the fabric according to the invention and at least one further layer applied thereto, the further layer being a textile layer, plastic layer or an adhesive layer.
  • Another object of the present invention is a method for producing the fabric according to the invention.
  • the method according to the invention comprises the following steps: a) providing textile waste; b) crushing the textile waste; c) agglomerating the shredded textile waste in the presence of a polymer; d) grinding the agglomerated textile waste into a powder; and e) extruding the powder to obtain a sheet.
  • the method according to the invention can preferably comprise a further granulation step, which precedes the extrusion of the powder.
  • additives or other polymers can be added to the ground powder. These additives are preferably metered in during the extrusion of the powder.
  • the method according to the invention comprises a further step of surface treatment, which can be combined with the step of extrusion or follows it.
  • the surface of the fabric can be adjusted according to the intended use.
  • the upper and/or lower side of the fabric can be provided with a coating by means of lamination.
  • the textile waste provided is shredded at the beginning of the process. It has proven to be advantageous here if the waste is comminuted to a maximum size of no more than 1 cm, the maximum size indicating the maximum extent of the individual comminuted textile waste.
  • the textile waste preferably has a maximum size of 0.8 cm, preferably 0.6 cm, after comminution. At this size, an optimal Throughput and effective agglomeration can be achieved. The comminution can take place in several steps.
  • step c) of the method according to the invention the comminuted textile waste is mixed and agglomerated together with a polymer.
  • the weight ratio of comminuted textile waste to polymer is preferably 30:70 to 70:30, in particular 45:55 to 55:45.
  • the agglomerated textile waste is ground into a powder.
  • the powder obtained in this way preferably has an average particle size D50 of 100 to 1000 ⁇ m, preferably 250 to 500 ⁇ m, determined by sieve analysis with an air jet sieve. Surprisingly, it was found that significantly smaller particle diameters can be obtained in this way than when the textile waste is ground in a conventional manner without prior contact with a polymer.
  • the temperature at which the agglomeration is carried out depends on the matrix polymer used.
  • the comminuted textile waste is agglomerated at a temperature of 80.degree. C. to 250.degree.
  • the fabric according to the invention and the layered structure according to the invention can be used in a variety of ways, but are particularly suitable for use as a reinforcement material and upper material. Therefore, a further object of the present invention is the use of a fabric according to the invention and/or a layered structure according to the invention as upper material or reinforcement material.
  • the upper material is preferably one of the type used in particular in the production of shoes and/or bags and/or covers.
  • the fabrics and/or layered structures according to the invention can be used as packaging, for the production of accessories such as belts and purses, for facing and for the production of clothing, decorative objects or furniture.
  • TPS styrene block copolymer
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • TPE-A Thermoplastic Polyamide
  • a layered structure according to the invention was produced with a fabric according to the invention made from 25% by weight and a polymer matrix made from 25% by weight TPU, 30% by weight PLA and 20% by weight PCL as the core, which had a layer on both sides made of PES fleece and an adhesive layer applied to it as the outer layer.
  • the measured properties of the layered structure are summarized in Table 3.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flächengebilde aus in einer Polymermatrix eingebetteten Textilpartikeln sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung und seine Verwendung. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Schichtstruktur aus dem erfindungsmäßen Flächengebilde und mindestens einer weiteren Schicht..

Description

Flächengebilde aus einer Polymermatrix und darin eingebetteten Textil parti kein
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flächengebilde aus in einer Polymermatrix eingebetteten Textilpartikeln sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung und seine Verwendung. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Schichtstruktur aus dem erfindungsmäßen Flächengebilde und mindestens einer weiteren Schicht.
Die Textil- und Lederindustrie ist eine der ältesten und wichtigsten Wirtschaftszweige des produzierenden und verarbeitenden Gewerbes, die insbesondere tierische und pflanzliche Materialien zu Bekleidung und anderen Artikel verarbeiten.
Bei der Verarbeitung von Textilien und Leder ergibt sich häufig das Problem, dass diese nicht, oder nur mit einem erheblichen Aufwand, recycelt und so dem Wertschöpfungskreislauf wieder zugeführt werden können. Zwar gibt es neben einer begrenzten Rückführung gebrauchter Materialien in den Markt einige weitere Einsatzmöglichkeiten für Textil- und Lederabfälle aus deren Produktion oder der verarbeitenden Industrie. Diese werden aber dadurch erschwert, dass die Materialien vor ihrer Verarbeitung behandelt, wie beispielsweise gefärbt oder gegerbt, werden und so nur durch aufwendige Aufarbeitung wieder in einen brauchbaren Zustand überführt werden können.
Ein Verfahren konzentriert sich auf die Wiedergewinnung von Leder in Form von Lederfaserstoff, auch unter dem Schlagwort LEFA bekannt. Bei diesem Verfahren werden Verschnittreste aus der lederverarbeitenden Industrie sowie Chromfalzspäne wie sie beim Falzen frisch gegerbter Lederhäute in den Gerbereien anfallen, in mehreren Etappen zu großen Rollen oder Tafeln zur Weiterverarbeitung bereitgestellt. Dafür werden die Lederreste zunächst maschinell fein zerkleinert und anschließend mit pflanzlichen Gerbstoffen, Naturkautschuk, natürlichen Fetten und Wasser vermischt. In einem zweiten Gerbprozess verfilzen die Lederfasern miteinander und bilden auf diese Weise einen regelmäßigen Werkstoff, der geglättet, geschliffen und anschließend weiterverarbeitet werden kann. Auf diese Weise lassen sich Wandverkleidungen, Bodenbeläge, Buchrücken, Gürtel und andere Accessoires herstellen. US 2007/0184742 beschreibt unter anderem ein Komposit-Material, das Lederfasern, ein Bindemittel, Fasern aus einem anderen Material als Leder und ein Polstermittel umfasst.
US 2007/0043128 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Teppichrückens aus Teppichabfall umfassend (A) Erhalten von Teppichabfall mit einem Substrat und einer Rückenbeschichtung, die am Substrat befestigt ist, wobei die Rückenbeschichtung aus einer reaktiven Polyurethan-Mischung stammt; (B) Zerkleinern des Teppichabfalls in Fragmente; (C) Schmelzmischen der zerkleinerten Teppichabfall-Fragmente bei einem Druck zwischen 2413,2 kPa bis 3102,6 kPa und einer Temperatur zwischen 120 °C und 220 °C; (D) Bilden von Agglomeraten aus den geschmolzenen Teppichabfall-Fragmenten; (E) Mahlen der Agglomerate zu einem Pulver; und (F) Bilden einer recycelten Rückenbeschichtung, umfassend das gemahlene Pulver.
T. Ambone et al beschreiben in ihrem Artikel "Polylactic Acid Biocompoisites Filled with Waste Leather Buff", erschienen in J Polym Environ (2017) 25: 1099-1109, Eco-Biokomposite, die unter Verwendung von Lederabfällen (waste leather buff) als Füllmaterial und Polymilchsäure als Matrixmaterial hergestellt werden.
US 2002/0032253 offenbart ein thermoplastisches Kompositmaterial, das organische Faser in einem thermoplastischen Binder enthält.
US 2006/0194486 betrifft ein Verbundmaterial für thermisch formbare Schuhkomponenten auf organischer Faserbasis, enthaltend ein organisches Fasermaterial und ein Bindemittel.
Bekannte Verfahren weisen allerdings meist den Nachteil auf, dass sie sehr aufwendig sind und auf den Einsatz weiterer Rohstoffe wie Wasser setzen. In vielen Fällen müssen die Lederabfälle in aufwendigen Arbeitsschritten zu Fasern verarbeitet werden, bevor sie weiter umgesetzt werden können, wie beispielsweise in US 2007/0184742 und US 2002/0032253 beschrieben. Daher besteht weiterhin der Bedarf nach vereinfachten Verfahren zur Rückgewinnung von Textil- und Lederabfällen sowie Materialien, die aus diesen recycelten Rohstoffen hergestellt werden können und eine sinnvolle Weiterverarbeitung ermöglichen. Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Material und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen, mit denen die oben genannten Nachteile überwunden werden können.
Es wurde überraschend gefunden, dass diese Aufgabe durch ein Flächengebilde gelöst wird, das aus einer Polymermatrix hergestellt wird, in die Texti Ipartikel eingebettet sind, wobei als Texti Ipartikel insbesondere Textilabfälle verwendet werden können.
Daher ist ein erster Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ein Flächengebilde aus einer Polymermatrix mit darin eingebetteten Textilpartikeln, wobei das Flächengebilde einen Anteil von 20 bis 60 Gew.-% an Textil parti kein aufweist.
Anders als bei im Stand der Technik beschriebenen Verfahren wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung überraschend gefunden, dass die Textilabfälle nicht aufwendig zu Fasern vorbereitet werden müssen, sondern in Form von einfachen Partikeln eingesetzt werden können.
Unter Partikeln werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Teilchen verstanden, die im Gegensatz zu Fasern kein definiertes Aspektverhältnis aufweisen. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzten Textilpartikel werden vorzugsweise durch mechanisches Zerkleinern von Textilabfällen erhalten, insbesondere durch Schreddern oder Mahlen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter Textil textile und nichttextile Rohstoffe verstanden, die durch verschiedene Verfahren zu linien-, flächenförmigen und räumlichen Gebilden verarbeitet werden können. Unter textilen Rohstoffen werden insbesondere Naturfasern verstanden, während mit dem Begriff der nichttextilen Rohstoffe insbesondere Leder erfasst wird.
Es wurde überraschend gefunden, dass das erfindungsgemäße Flächengebilde eine einfache Möglichkeit bietet, Textilabfälle weiterzuverarbeiten. Daher ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der es sich bei den Textil parti kein um Textilabfälle handelt. Unter Textilabfällen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Textilien und textile Materialien verstanden, die nicht für die Weiterverarbeitung geeignet sind oder aus verarbeiteten Materialien zurückgewonnen wurden, wie beispielsweise Zuschnittreste und/oder gebrauchte Textilien. Insbesondere bei Lederabfällen stellt sich die Schwierigkeit, dass diese durch ihre vorherige Verarbeitung wie beispielsweise dem Gerben, einem Recycling in der Regel nicht zugänglich sind und daher meist verbrannt werden müssen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde überraschend gefunden, dass auch gegerbte Lederabfälle verarbeitet werden können, ohne dass dies einen negativen Einfluss auf die Qualität des erfindungsgemäßen Flächengebildes hätte. Daher ist eine Ausführungsform besonders bevorzugt, bei der es sich bei den Textilpartikeln um Lederabfälle handelt. Als geeignete Abfälle kommen beispielsweise Verschnittreste oder Chromfalzspäne aber auch verarbeitetes Leder in Betracht.
Das erfindungsgemäße Flächengebilde leistet einen wertvollen Beitrag zur nachhaltigen Verwertung von Rohstoffen. Mit den für die Polymermatrix verwendeten Polymeren kann dieser Beitrag weiter unterstützt werden. Die Polymermatrix ist daher vorzugsweise aus Biopolymeren, sowohl biobasiert als auch biologisch abbaubar, und recyceltem Polymer gebildet. Weiterhin bevorzugt können erfindungsgemäß auch Virgin-Polymere eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist die Polymermatrix aus recyceltem Polymer gebildet. Unter Virgin- Polymer ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein farbikneues Polymer zu verstehen, während recyceltes Polymer solches bezeichnet, das bereits weiteren Verarbeitungsschritten unterzogen wurde und im Rahmen des Wertschöpfungskreislaufs wiedergewonnen wurde. Die Polymermatrix des erfindungsgemäßen Flächengebildes kann je nach Bedarf angepasst werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Polymermatrix ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyolefine, Polyester, TPU-Estern, etherbasiertes TPO, PCL, PLA, PA, TPE-S, TPE-E, TPE-A, EVA, PVA, Mischungen und Copolymere hiervon. Besonders bevorzugt ist das Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus TPE, TPU, TPA, EVA und PA sowie Gemischen und Blends hiervon. Als Biopolymere sind insbesondere solche bevorzugt, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus PLA, Cellulose, Lignin, Tannin, Mischungen hiervon und Copolymeren hiervon.
Erfindungsgemäß werden vorzugsweise thermoplastische Polymere für die Polymermatrix eingesetzt. Vorzugsweise ist das Polymer entsprechend ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus thermoplastischen Polyestern, thermoplastischen Polyamiden, thermoplastischen Polyurethanen, thermoplastischen EVAs und Mischungen und Copolymeren hiervon. In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform kann auch eine Polymermischung verwendet werden. Vorzugsweise werden zwei oder mehr unterschiedliche Polymere verwendet. Besonders bevorzugt wird als Polymermatrix ein Gemisch aus zwei oder mehr Polymeren verwendet, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus TPE, TPU, TPA, EVA und PLA. Durch die Auswahl thermoplastischer Polymere zur Bildung der Polymermatrix kann dem erfindungsgemäßen Flächengebilde eine vorteilhafte thermoplastische Verformbarkeit verliehen werden, wodurch eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten eröffnet werden. Daher ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der das erfindungsgemäße Flächengebilde thermoplastisch verformbar ist. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Flächengebilde eine Verformungstemperatur von 80 bis 180 °C auf. Durch eine Verformungstemperatur im beanspruchten Bereich wird die Kompatibilität des erfindungsgemäßen Flächengebildes mit den gängigen Verarbeitungstemperaturen insbesondere im Bereich der Schuhfertigung und der Herstellung von Lifestyle-Produkten sichergestellt, so dass eine einfache und effiziente Verarbeitung des Flächengebildes erreicht wird.
Damit der thermoplastische Charakter der Polymermatrix nicht verloren geht, sollte der Anteil an Textil parti kein in der Polymermatrix einen bestimmten Gehalt nicht übersteigen. Daher weist das erfindungsgemäße Flächengebilde einen Anteil an Textilpartikeln von 20 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 25 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 25 bis 40 Gew.-%, auf. Die Angaben beziehen sich jeweils auf das Gesamtgewicht des Flächengebildes.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Flächengebilde einen Anteil an recyceltem Material von mindestens 40%, vorzugsweise mindestens 60% und insbesondere mindestens 80% auf, bezogen auf das Gesamtmaterial, wobei das recycelte Material sowohl die Polymermatrix als auch die Textil partikel umfasst.
Das erfindungsgemäße Flächengebilde kann auf vielfältige Weise weiterverarbeitet werden. Je nach Art der Weiterverarbeitung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Flächengebilde in Form von Bögen oder Rollen zur Verfügung zu stellen. Daher ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der das Flächengebilde in Form von Materialbögen oder -rollen zur Verfügung gestellt wird. Die Dicke des erfindungsgemäßen Flächengebildes kann je nach Anwendung gewählt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Flächengebilde eine Dicke von 0,5 bis 2,5 mm auf.
Das erfindungsgemäße Flächengebilde zeichnet sich durch eine Reihe vorteilhafter mechanischer Eigenschaften aus, die eine vielfältige Anwendung und einfache Weiterverarbeitung erlauben. Die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Flächengebildes lassen sich insbesondere durch Auswahl entsprechender Polymere für die Polymermatrix steuern. So stehen eine breite Palette an Ausgangsstoffen zur Verfügung, die eine Anpassung der Eigenschaften des erfindungsgemäßen Flächengebildes an die jeweiligen Anforderungen erlaubt.
Neben einer vorteilhaften Verformbarkeit zeigt das erfindungsgemäße Flächengebilde weiterhin eine Biegefestigkeit als Maß für die Belastbarkeit, die das erfindungsgemäße Flächengebilde insbesondere für einen Einsatz als Obermaterial, beispielsweise für Schuhe oder Taschen, empfiehlt. Daher ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der das erfindungsgemäße Flächengebilde eine Biegefestigkeit von 10 bis 10500 mN, vorzugsweise 15 bis 10000 mN aufweist. Im vorliegenden Fall wurde die Biegefestigkeit in Anlehnung an DIN 53121 bestimmt und bezeichnet die Kraft, die benötigt wird, um eine Probe mit einer Einspannlänge von 50 mm um 45° zu biegen. In einigen Ausführungen das erfindungsgemäße Flächengebilde eine Biegefestigkeit von 10 bis 2000 mN aufweisen. In anderen Ausführungen kann das erfindungsgemäße Flächengebilde eine Biegefestigkeit von 6000 bis 10000 mN aufweisen.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Flächengebilde eine Reißfestigkeit von 1,5 bis 30 N/mm2, vorzugsweise 2 bis 25 N/mm2 auf. Die Reißfestigkeit, oder Zugfestigkeit, im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet die maximale mechanische Zugspannung, die das Flächengebilde aushält und kann gemäß DIN EN ISO 527 mit einem Probenkörper Typ 5 bestimmt werden.
Weiterhin kann die Bruchdehnung des erfindungsgemäßen Flächengebildes durch die Wahl einer entsprechenden Polymermatrix eingestellt werden. Generell hat es sich für die Hauptanwendungsgebiete des erfindungsgemäßen Flächengebildes als vorteilhaft erwiesen, wenn die Bruchdehnung 5 bis 150% beträgt. Die Bruchdehnung kann beispielsweise gemäß DIN EN ISO 527 bestimmt werden. Um die Anwendungsbereiche des erfindungsgemäßen Flächengebildes zu erweitern kann dieses beispielsweise auf einen Träger aufgebracht oder seine Oberfläche auf andere Weise behandelt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform zeichnet sich das erfindungsgemäße Flächengebilde daher dadurch aus, dass es auf seiner Ober- und/oder Unterseite eine Beschichtung aufweist. Durch die Beschichtung können insbesondere die mechanischen und optischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Flächengebildes angepasst werden. So kann beispielsweise die Oberfläche stabilisiert werden oder die Abrasionsbeständigkeit erhöht werden. Weiterhin kann auf diese Weise die Farbgebung des erfindungsgemäßen Flächengebildes erreicht werden. Bei dieser Beschichtung kann es sich um beliebige Materialien handeln, wobei textile Materialien und Kunststoffmaterialien bevorzugt sind. Alternativ kann die Beschichtung durch einen Klebstoffauftrag, insbesondere durch Aufträgen eines Schmelzklebstoffs (Hotmelt) erreicht werden. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Verbindung mit einem Oberstoff und/oder einem Futter, wie sie zur Herstellung von Schuhen verwendet werden, erzeugt werden. Vorzugsweise ist die Beschichtung eine, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Textilien oder Polymermischungen, wobei die Textilien insbesondere Polyester und/oder Naturfaser-Textilien sind. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Beschichtung um ein zumindest teilweise recyceltes, insbesondere um ein vollständig recyceltes Material.
Das erfindungsgemäße Flächengebilde kann mit weiteren Materialen kombiniert werden und insbesondere zu Schichtstrukturen verarbeitet werden. Entsprechend ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine flächige Schichtstruktur aus dem erfindungsgemäßen Flächengebilde und mindestens einer darauf ausgebrachten weiteren Schicht, wobei es sich bei der weiteren Schicht um eine Textilschicht, Kunststoffschicht oder um eine Klebstoffschicht handelt.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Flächengebildes. Dabei umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte: a) Bereitstellen von Textilabfällen; b) Zerkleinern der Textilabfälle; c) Agglomerieren der zerkleinerten Textilabfälle in Gegenwart eines Polymers; d) Mahlen der agglomerierten Textilabfälle zu einem Pulver; und e) Extrudieren des Pulvers unter Erhalt eines Flächengebildes.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde überraschend gefunden, dass an die Textilabfälle keine besonderen Anforderungen zu stellen sind, sondern dass beispielsweise auch unsortierte Abfälle eingesetzt werden können, wodurch aufwendige Sortierschritte entfallen. Des Weiteren hat sich überraschend gezeigt, dass auch Abfälle, für die sonst keine weitere Verwendung gefunden wird, wie beispielsweise gegerbte Lederabfälle eingesetzt werden können, ohne dass es zu qualitativen Einbußen des Flächengebildes kommt.
Um das Zuführen der gemahlen Textilabfälle zur Extrusionseinheit zu erleichtern, kann das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise einen weiteren Granulationsschritt umfassen, der dem Extrudieren des Pulvers vorgeschaltet ist.
Um die Eigenschaften des Pulvers vor dem Extrudieren anzupassen können dem gemahlenen Pulver weitere Bestandteile wie beispielsweise Additive oder andere Polymere beigemischt werden. Diese Additive werden vorzugsweise während des Extrudierens des Pulvers zudosiert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen weiteren Schritt der Oberflächenbehandlung, der mit dem Schritt des Extrudierens kombiniert sein kann oder sich an diesen anschließt. Dabei kann im Rahmen dieses Schritts die Oberfläche des Flächengebildes entsprechend bestimmungsgemäßem Gebrauch angepasst werden. So kann in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform die Ober- und/oder Unterseite des Flächengebildes mittels Laminierens mit einer Beschichtung versehen werden.
Die bereitgestellten Textilabfälle werden zu Beginn des Verfahrens zerkleinert. Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Abfälle auf eine maximale Größe von nicht mehr als 1 cm zerkleinert werden, wobei die maximale Größe die maximale Erstreckung der einzelnen zerkleinerten Textilabfälle angibt. Vorzugweise weisen die Textilabfälle nach dem Zerkleinern eine maximale Größe von 0,8 cm, vorzugsweise 0,6 cm auf. Bei dieser Größe konnten ein optimaler Durchsatz sowie eine effektive Agglomeration erreicht werden. Dabei kann das Zerkleinern in mehreren Schritten erfolgen.
In Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die zerkleinerten Textilabfälle zusammen mit einem Polymer vermischt und agglomeriert. Dabei beträgt das Gewichtsverhältnis von zerkleinerten Textilabfällen zu Polymer vorzugsweise 30:70 bis 70:30, insbesondere 45:55 bis 55:45.
Im Folgeschritt werden die agglomerierten Textilabfälle zu einem Pulver gemahlen. Vorzugsweise weist das auf diese Weise erhaltene Pulver eine mittlere Partikelgröße D50 von 100 bis 1000 pm, vorzugsweise 250 bis 500 pm auf, bestimmt gemäß Siebanalyse mit Luftstrahlsieb. Es wurde überraschend gefunden, dass auf diese Weise deutlich kleinere Partikeldurchmesser erhalten werden können, als wenn die Textilabfälle auf herkömmliche Weise ohne vorheriges Inkontaktbringen mit einem Polymer gemahlen werden.
Die Temperatur, bei der die Agglomeration vorgenommen wird, richtet sich nach dem verwendeten Matrixpolymer. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Agglomerieren der zerkleinerten Textilabfälle bei einer Temperatur von 80 °C bis 250 °C vorgenommen.
Das erfindungsgemäße Flächengebilde und die erfindungsgemäße Schichtstruktur sind auf vielfältige Weise einsetzbar, eignen sich aber besonders zur Verwendung als Verstärkungsmaterial und Obermaterial. Daher ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Flächengebildes und/oder einer erfindungsgemäßen Schichtstruktur als Obermaterial oder Verstärkungsmaterial. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Obermaterial um eines wie sie insbesondere in der Herstellung von Schuhen und/oder Taschen und/oder Bezügen eingesetzt werden. Weiterhin können die erfindungsgemäßen Flächengebilde und/oder Schichtstrukturen als Verpackungen, zur Herstellung von Accessoires wie Gürteln und Geldbeuteln, zur Verblendung und zur Herstellung von Kleidung, Dekorationsgegenständen oder Möbeln eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert, die allerdings keinesfalls als Einschränkung des Erfindungsgedanken zu verstehen sind
Beispiele: Es wurden die folgenden Flächengebilde gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren aus einer Polymermatrix und wiedergewonnenen Lederresten hergestellt und ihre mechanischen Eigenschaften vermessen :
Tabelle 1 :
*) einseitig mit einem Textil kaschiert
TPS: Styrol-Block-Copolymer
EVA: Ethylen-Vinylacetat-Copolymer
TPU: thermoplastisches Polyurethan
TPE-A: Thermoplastisches Polyamid
PP: Polypropylen
Tabelle 2:
Als weiteres Beispiel wurde eine erfindungsgemäße Schichtstruktur mit einer erfindungsgemäßen Flächengebilde aus 25 Gew.-% und einer Polymermatrix aus 25 Gew.-% TPU, 30 Gew.-% PLA und 20 Gew.-% PCL als Kern hergestellt, der beidseitig mit einer Schicht aus PES-Vlies und einer darauf aufgebrachten Klebstoffschicht als äußere Schicht beschichtet wurde. Die gemessenen Eigenschaften der Schichtstruktur sind in Tabelle 3 zusammengefasst.
Tabelle 3.
1) bestimmt gemäß DIN EN ISO 53121 an einer Probe mit einer Einspannlänge von 50 mm unter einem Winkel von 45°
2) bestimmt gemäß DIN EN ISO 527 mit einem Probenkörper Typ 5
3) bestimmt gemäß DIN EN ISO 527 cd: cross direction md: machine direction
Wie sich den Daten der Tabellen 2 und 3 entnehmen lässt, sind erfindungsgemäße Flächengebilde und Schichtstrukturen mit einem breiten Eigenschaftsspektrum zugänglich, das je nach gewünschter Anwendung angepasst und optimiert werden kann. Weiterhin zeigen die Daten, dass das erfindungsgemäße Verfahren eine zuverlässige Wiederverarbeitung von Textilabfällen, insbesondere Lederabfällen erlaubt.

Claims

Patentansprüche:
1. Flächengebilde aus einer Polymermatrix und darin eingebettete Textilpartikel, wobei das Flächengebilde einen Anteil an Textilpartikeln von 20 bis 60 Gew.-% aufweist.
2. Flächengebilde gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Textil parti kein um Textilabfälle handelt, insbesondere um Lederabfälle.
3. Flächengebilde gemäß wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix aus Biopolymeren, biologisch abbaubaren Polymeren, Recycling-Polymeren, Virgin-Polymeren oder Mischungen hiervon gebildet.
4. Flächengebilde gemäß wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde einen Anteil von 20 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 25 bis 40 Gew.-% an Textil parti kein aufweist.
5. Flächengebilde gemäß wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde eine Dicke von 0,5 bis 2,5 mm aufweist.
6. Flächengebilde gemäß wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde auf seiner Ober- und/oder Unterseite eine Beschichtung aufweist.
7. Flächengebilde gemäß wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde eine Biegefestigkeit von 10 bis 10500 mN, vorzugsweise 15 bis 10000 mN aufweist, insbesondere eine Biegefestigkeit von 10 bis 2000 mN oder 6000 bis 10000 mN.
8. Flächengebilde gemäß wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde eine Zugfestigkeit von 1,5 bis 30 N/mm2, vorzugsweise 2 bis 25 N/mm2 aufweist, bestimmt gemäß DIN EN ISO 527 mit einem Probenkörper Typ 5. Flächengebilde gemäß wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde eine Bruchdehnung von 5 bis 150% aufweist, bestimmt gemäß DIN EN ISO 527. Flächige Schichtstruktur aus einem Flächengebilde gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9 und mindestens einer weiteren Schicht, wobei es sich bei der weiteren Schicht um eine Textilschicht, Kunststoffschicht oder um eine Klebstoffschicht handelt. Verfahren zur Herstellung eines Flächengebildes gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen von Textilabfällen; b) Zerkleinern der Textilabfälle; c) Agglomerieren der zerkleinerten Textilabfälle in Gegenwart eines Polymers; d) Mahlen der agglomerierten Textilabfälle zu einem Pulver; e) Extrudieren des Pulvers unter Erhalt eines Flächengebildes. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen weiteren Schritt des Laminierens, der mit dem Schritt des Extrudierens kombiniert sein kann oder sich an diesen anschließt, umfasst. Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Textilabfälle nach dem Zerkleinern eine maximale Größe von 0,8 cm, vorzugsweise 0,6 cm aufweisen. Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erhaltene Pulver in Schritt d) eine mittlere
Partikelgröße D50 von 100 bis 1000 pm, vorzugsweise 250 bis 500 pm aufweist, bestimmt gemäß Siebanalyse. Verwendung eines Flächengebildes gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder einer Schichtstruktur gemäß Anspruch 9 als Obermaterial und/oder als Verstärkungsmaterial.
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