NL1025903C2

NL1025903C2 - Meerlaags buis uit thermoplastische kunststof en werkwijze voor het verkrijgen daarvan.

Info

Publication number: NL1025903C2
Application number: NL1025903A
Authority: NL
Inventors: Hans Overeijnder
Original assignee: Wavin Bv
Priority date: 2004-04-08
Filing date: 2004-04-08
Publication date: 2005-10-11
Also published as: EP1584459A2; DK1584459T3; LT1584459T; EP1584459A3; EP1584459B1; PL1584459T3

Description

.

Korte aanduiding: Meerlaags buis uit thermoplastische kunststof en werkwijze voor het verkrijgen daarvan.

De uitvinding heeft in de eerste plaats betrekking op een door extrusie verkrijgbare meerlaags buis uit thermoplastische kunststof ten minste omvattende een kernlaag die omgeven is door een binnenlaag en een buitenlaag.

5 Dergelijke meerlaags buizen zijn algemeen bekend en worden al naar gelang hun samenstelling voor vele doeleinden gebruikt, zoals waterafvoersystemen, rioleringssystemen, en dergelijke.

In verband met het bereiken van gewenste eigenschappen is het in bepaalde gevallen wenselijk om voor de diverse lagen 10 verschillende kunststoffen te gebruiken en kan het voorkomen dat er gebruik wordt gemaakt van kunststoffen met verschillende Melt Flow Indices.

De waarde van de Melt Flow Index (MFI waarde) is een maat voor de snelheid waarmee een kunststof bij een bepaalde temperatuur 15 en druk stroomt door een opening van specifieke lengte en diameter. Naar mate de MFI waarde hoger is, is de viscositeit onder de bepalingsomstandigheden lager.

Gebleken is dat vooral wanneer de MFI waarde van de kernlaag aanzienlijk hoger is dan de MFI waarde van de binnenlaag en de 20 buitenlaag er bij het extruderen veel problemen optreden. Met name de stroming door de extrusiekop is problematisch; het lager viskeuze kernmateriaal stroomt gemakkelijk door de extrusiekop terwijl het materiaal voor de binnen- en buitenlaag dat niet doet. Laatstgenoemde lagen worden minder goed meegenomen door de kern waardoor een 25 onregelmatige dikte van de binnen- en/of buitenlaag het gevolg is.

Meerlaags buizen, bijvoorbeeld een drielaagsbuis, waarbij de kernlaag is gevormd uit een kunststof met een MFI waarde die aanmerkelijk hoger is dan de MFI waarde van de kunststof van de binnen- en buitenlaag en waarbij de binnen- en buitenlaag een zeer 30 .gelijkmatige dikte hebben en ook de dikte van de kernlaag gelijkmatig 1025903

, I

- 2 - is worden niet in de literatuur beschreven of op de markt aangetroffen. .

De onderhavige uitvinding bedoelt een product van het aangegeven type te verschaffen dat wordt gekenmerkt doordat de 5 kernlaag een kunststof materiaal omvat met een waarde van de Melt Flow Index (MFI waarde) die hoger is dan de MFI waarde van de kunststof van zowel de binnenlaag als de buitenlaag bij meting van de MFI waarde onder dezelfde omstandigheden. Een dergelijke buis heeft een binnenlaag en een buitenlaag alsmede een kernlaag die zeer gelijk-10 matig zijn van dikte ondanks het feit dat de MFI waarde van de kernlaag aanzienlijk hoger is dan de MFI waarde van de binnenlaag en/of de buitenlaag.

Voor het meten van de MFI waarde wordt bijvoorbeeld gebruik gemaakt van de werkwijze volgens DIN 53735 bij een temperatuur van 15 230°C en een gewicht van 2,16 kg.

In het bijzonder bezit de kunststof van de kernlaag een MFI waarde die 1,5 tot 20x de laagste MFI waarde van de kunststof van de andere lagen bedraagt.

Doelmatig wordt voor de kernlaag een kunststof toegepast 20 waarvan de MFI waarde l,5-18x de laagste MFI waarde van de andere lagen bedraagt; meer doelmatig l,5-8x.

Met voordeel omvat de kernlaag een kunststof met een MFI waarde die l,5-6x de laagste MFI waarde van de kunststof van de andere lagen is. De MFI waarde van de kunststof van de kernlaag kan 25 bijvoorbeeld met voorkeur l,5-4x de laagste MFI waarde van de kunststoffen van de andere lagen bedragen, met meer voorkeur 2-4x de laagste MFI waarde van de kunststoffen van de andere lagen.

In verband met de uitvinding wordt gewezen op EP-A-0205237. Deze publicatie beschrijft de vorming van een buisvormig voorwerp 30 door extrusie waarbij als kernlaag een materiaal met een lage MFI

waarde wordt toegepast en ten minste een buitenlaag wordt gevormd uit een kunststof met een MFI waarde die aanzienlijk hoger is dan de MFI waarde van de kunststof van de eerste laag. Het dunner vloeibaar materiaal dat aan de buitenzijde van de hoog visceuze laag wordt 35 aangebracht dient in de extrusiekop als een soort glijmiddel waardoor de visceuze kern toch kan stromen.

Zoals uit het hiervoorgaande blijkt is "kinematische omkering" van het in genoemde publicatie beschreven proces niet 1025903 - 3 - uitvoerbaar omdat het extruderen van bijvoorbeeld een drielaags buis onder toepassing van een kunststof voor de kernlaag met een hoge MFI waarde en een kunststof voor de binnen- en buitenlaag met een lage MFI waarde leidt tot uiterst onregelmatige dikte van zowel de binnen-5 als buitenlagen wanneer niet maatregelen van het hierna aangegeven type worden genomen.

Waar in de onderhavige aanvrage van een meerlaags buis wordt gesproken dient te worden verstaan dat de toepassing daarvan uiteraard een buis kan zijn; een dergelijke buis kan echter ook 10 worden verder verwerkt in bijvoorbeeld het door blaasvormen vervaardigen van meerlaags gebruiksvoorwerpen zoals vaten en anderssoortige houders. Het toepassingsgebied is daartoe echter niet beperkt. Vlakke materialen kunnen bijvoorbeeld worden verkregen door een buis, na zijn vorming, op gebruikelijke wijze open te snijden.

15 In de hiervoor geschetste meerlaags buis volgens de uitvinding kan het kunststof materiaal uiteraard van velerlei aard zijn zolang deze door extrusie, eventueel gevolgd door andere bewerkingen zoals blaasvormen verwerkt kunnen worden. In het bijzonder kan het kunststof materiaal voor elk der lagen gekozen zijn uit 20 polypropeen, polyvinylchloride, polyetheen, ABS, polyamide en polystyreen terwijl de kernlaag ten minste gedeeltelijk bestaat uit een afvalmateriaal respectievelijk een hergebruikmateriaal dat een of meer van genoemde kunststoffen omvat. Wanneer bijvoorbeeld uit folie-type materiaal verpakkingen worden gevormd door dieptrekken blijft 25 veel restfoliemateriaal over dat men gaarne zou verwerken tot meerlaags buizen door coëxtrusie.

Een dergelijk restfoliemateriaal geeft, wanneer dit gezien zijn samenstelling en verwerkingsvoorgeschiedenis een lagere MFI heeft dan de kunststof van de binnen- en buitenlaag, bij normale 30 verwerking de hiervoor geschetste problemen.

In de onderhavige uitvinding worden meerlaags buizen die een dergelijk kernlaagmateriaal bevatten verschaft waarbij de binnen-en buitenlaag uitermate gelijkmatig van dikte zijn.

Waar hiervoor over de verwerking van afvalmateriaal werd 35 gesproken dient te worden verstaan dat in plaats van afvalmateriaal ook hergebruikt materiaal kan worden toegepast, dat, voor zover nodig, aan een grondige reiniging is onderworpen om niet-kunststof- 1025903

• I

- 4 - verontreinigingen en lijm en pigmentmaterialen te verwijderen en dat veelal als gebruiksklaar granulaat wordt aangeleverd.

In het bijzonder omvat in de meerlaags buis zoals hiervoor besproken drie lagen waarbij de kernlaag polypropeen (PP) 5 afvalmateriaal met een MFI waarde van ongeveer 4,0 terwijl de binnen-laag PP copolymeer is met een MFI waarde van ongeveer 1,5 en de buitenlaag PP copolymeer is met een MFI waarde van ongeveer 1,0.

In bepaalde gevallen kan, in verband met de herkomst van het materiaal voor de kernlaag, de kernlaag ten minste een aanvul-10 lende hoeveelheid van bijvoorbeeld een barrièremateriaal omvatten zoals EVOH.

Ook kunnen desgewenst andere materialen zijn opgenomen, zoals vulmiddelen, weekmakers, slagsterkte wijzigende middelen en dergelijke.

15 In verband met eigenschappen en aanzien van de meerlaags buis kan de buitenlaag in een aantrekkelijke uitvoeringsvorm ten minste een hoeveelheid vlamvertragingsmiddel en pigment omvatten.

De buitenlaag alsmede de binnenlaag kunnen eveneens aanvul-ende materialen zoals die welke hiervoor voor de kernlaag zijn 20 aangegeven.

In een specifieke uitvoeringsvorm betreft de uitvinding een meerlaags buis van het aangegeven type waarin drie lagen aanwezig zijn: een kernlaag uit hergebruiks PP met een MFI waarde van ongeveer 12,8, een binnenlaag uit PP copolymeer met een MFI waardevan ongeveer 25 0,8 en een buitenlaag uit PP homopolymeer met een MFI waarde van eveneens ongeveer 0,8. De MFI waarde is zoals hiervoor aangegeven gemeten bij 230°C en een gewicht van 2,16 kg en gegeven in g/10 min. De uitvinding betreft eveneens een werkwijze voor het vervaardigen van een meerlaags buis uit thermoplastische kunststof tenminste 30 bestaande uit een kernlaag, een binnenlaag en een buitenlaag waarbij door gebruikelijk co-extruderen een buis met een binnenlaag , een kernlaag en een buitenlaag wordt gevormd waarbij de lagen met elkaar zijn verbonden gevolgd door koelen van de aldus gevormde meerlaags buis tot omgevingsomstandigheden, die wordt gekenmerkt doordat de 35 kunststof voor de kernlaag een kunststof is die, onder omstandigheden van de extrusie van de binnenlaag en van de buitenlaag, een hogere MFI waarde heeft dan de MFI waarde van de binnenlaag en de buitenlaag en dat na extruderen van de kunststof van de kernlaag deze 1025903 - 5 - kunststof wordt gekoeld tot een temperatuur waarbij de kunststof een viscositeit bezit die overeenkomt met de viscositeit van de kunststof van de andere lagen alvorens de kunststof voor de kernlaag in aanraking te laten komen met één of meer van de kunststoffen van die 5 andere lagen die worden verwerkt bij de voor die kunstoffen bij extrusie gebruikelijke omstandigheden van temperatuur en druk.

Verrassenderwijs is gebleken dat het mogelijk is om de eerder beschreven problemen van dikte-ongelijkmatigheid van de binnen- en buitenlagen te voorkomen doorf volgend op het door 10 extrusie vormen van de kernlaag van een meerlaags buis waarbij kunststof van die kernlaag een MFI heeft die aanzienlijk hoger is dan de MFI van de aan te brengen binnen- en buitenlagen, de kunststof van de kernlaag te koelen tot een temperatuur waarbij deze kunststof een viscositeit bezit die in hoofdzaak gelijk is aan de viscositeit van 15 de andere lagen onder de omstandigheden van hun gebruikelijke verwerking. In de praktijk houdt deze maatregel in een aantal gevallen in dat de kunststof van de kernlaag wordt gekoeld tot een temperatuur waarbij de kunststof nog juist vloeibaar is.

De instelmogelijkheden van het extrusieproces worden 20 derhalve gebruikt om met name de kunststof met hoge MFI waarde van de kernlaag goed te verwerken tezamen met de kunststoffen van de binnen-en buitenlagen die een aanzienlijk lagere MFI waarde bezitten waarbij er met name voor gezorgd wordt dat de viscositeit van de kunststof van de kernlaag past bij de viscositeit van de kunststof van de 25 andere lagen en zelfs dat de viscositeit van alle lagen in hoofdzaak gelijk is.

De practische vaststelling van de verwerkingsomstandigheden van de kunststoffen kan geschieden op basis van MFI metingen. De meettemperatuur voor de diverse toe te passen kunststoffen wordt 30 zodanig ingesteld dat de MFI waarden voor de kunststoffen bij benadering gelijk zijn. Gelijke MFI waarden hangen samen met in hoofdzaak gelijke viscositeiten. De hiervoor genoemde meettempera-turen voor de diverse kunststoffen vormen de basis voor de toe te passen verwerkingstemperatuur. De verwerkingstemperatuur voor een 35 bepaalde kunststof kan gelijk worden genomen aan de meettemperatuur. De verwerkingstemperatuur voor een kunststof kan echter ook afwijken van de meettemperatuur voor die kunststof zolang er voor de andere kunststoffen een soortgelijke afwijking wordt toegepast die van 1025903 I * - 6 - zodanige aard dient te zijn dat de MFI waarden en derhalve de viscositeiten van alle kunststoffen bij de omstandigheden van hun verwerking in hoofdzaak gelijk zijn.

In het bijzonder wordt de hiervoor beschreven werkwijze 5 gekenmerkt doordat, voor het vormen van de kernlaag waarvan de kunststof is gekoeld tot een temperatuur waarbij de kunststof een met de viscositeit van de kunststoffen van de andere lagen overeenkomende viscositeit bezit, een inrichting wordt toegepast gekozen uit: - een extruder met een koelzone waarin de kunststof wordt gekoeld 10 - een eerste extruder waarin onder gebruikelijke omstandigheden de kernlaag wordt gevormd en afkoelen plaatsvindt in een afzonderlijke koelextruder die volgt op de eerste extruder.

De temperatuur van de kunststof die wordt toegepast voor de kernlaag wordt, voorafgaand aan het in aanraking komen met de 15 kunststof van één of meer van de andere lagen, ingesteld op een temperatuur die tot 10 °C hoger is dan de smelttemperatuur van de betreffende kunststof. Deze omstandigheden zijn in veel onderzochte gevallen toereikend om de viscositeit van de kernlaag aan te passen bij de viscositeit van de omhullende lagen. Soms kan het echter nodig 20 zijn om een hoger temperatuurverschil te gebruiken en zulks is toegestaan zolang bereikt wordt dat de viscositeit van de kunststof van de kernlaag in hoofdzaak gelijk wordt aan de viscositeit van de andere lagen bij hun respectievelijke verwerkingsomstandigheden.

Bij het extruderen van meerlaagsbuizen uit kunststoffen met 25 vergelijkbare MFI waarden kan veelal, vanuit extruder aandrijvings opzicht, een extrusietemperatuur worden toegepast die aanzienlijk hoger ligt dan de smelttemperatuur van de betreffende kunststof. Temperatuurverschillen van 25-30°C en meer zijn niet ongebruikelijk. Een hogere temperatuur geeft verlaging van de viscositeit waardoor 30 het voor bedrijven van de extruder benodigde vermogen lager wordt. De temperatuur wordt Overigens altijd lager gehouden dan de teraperatyuur waarbij ontleding van de kunststof optreedt. In de onderhavige uitvinding wordt, bij verwerking van een kunststof voor de kernlaag met een MFI waarde die aanzienlijk hoger (1,5 tot 20x ) is dan de 35 laagste MFI waarde van de kunststoffen van de andere lagen, veelal een verschil tussen de- smelttemperatuur en de verwerkingstemperatuur van maximaal 10°C aangehouden.

1025903 • * - 7 -

In de tekening toont figuur 1 een drielaags buis volgens de uitvinding.

In de figuur is een buis getoond bestaande uit een kernlaag (1), een buitenlaag (2) en een binnenlaag (3) uit respectievelijk 5 hergebruiks PP; PP homopolymeer en PP copolyroeer.

De uitvinding zal nu worden beschreven aan de hand van een voorbeeld dat als niet beperkend dient te worden opgevat.

VOORBEELD

De vorming van een drielaagsbuis met een diameter van 50 mm 10 wordt in het navolgende beschreven.

Proces instel1ingen

Grondstof MFI waarde Opbrengst Verwerkings-bij 2,16 (kg/u) Temperatuur kg, <°C) 230 °C (g/10 min)

Kernlaag Gerecycled PP 12,8 57 183

Binnenlaag PP copolymeer 0,8 8 202

Moplen EP310D

Buitenlaag PP homopolymeer 0,8 17 198 HY6100

De smelttemperatuur van het in de onderhavige proef gebruikte PP bedroeg ongeveer 175 °C; de verwerkingstemperatuur werd derhalve 15 ongeveer 8 eC hoger ingesteld dan de smelttemperatuur van het materiaal.

Ten aanzien van de binnen- en de buitenlaag werd bij 202 respectievelijk 198 °C gewerkt; de smelttemperatuur van zowel PP copolymeer als PP homopolymeer bedraagt 170 tot 175 °C; de 20 verwerkingstemperatuur van deze materialen wordt derhalve aanmerkelijk hoger (raax. ongeveer 32°C) gekozen dan de smelttemperatuur van de betreffende materialen.

De eigenschappen van de verkregen buis blijken uit de hiernavolgende tabel: 25 1025903 - 8 -

Producte igenschappen

Diameter 49,7 mm

Wanddikte 1,9/2,1 mm

Ringstijfheid volgens 5,76 kN/mz EN ISO 9969

Impact test, 0,5 kg x lm x 23 °C 0 % breuk

Impact test, 0,5 kg x lm x 0 °C 0 % breuk

Impact test, 0,5 kg x 2m x 0 °C 3% breuk

Meltindex (2,16 kg, 230 °C) 6,8 g/10 min

Visueel Goed

Wanneer men probeert om de hierboven geschetste buis op gebruikelijke wijze te vervaardigen wordt geen goed product verkregen. De binnen- en buitenlaag stromen uitermate onregelmatig 5 uit de extrusiekop waardoor deze lagen vaak worden open gescheurd.

Het meten van eigenschappen van een dergelijke onbruikbare buis is niet zinvol.

Wainneer de hiervoor beschreven proef wordt uitgevoerd voor de vervaardiging van een vierlaags buis waarvan de twee "kernlagen" uit 10 materiaal zijn met een hogere MFI waarde dan het materiaal van de omhullende lagen en waarbij de MFI waarden van de "kernlagen" onderling verschillen wordt de verwerkingstemperatuur van elk der kernlagen zodanig ingesteld dat een vergelijkbare viscositeit wordt verkregen die, zoals eerder aangeduid weer in hoofdzaak gelijk is aan 15 de viscositeit van de omhullende lagen. De omhullende lagen worden verwerkt bij voor de betreffende kunststoffen gebruikelijke temperatuur. Algemeen worden, zoals eerder aangegeven, voor elk der lagen verwerkingsomstandigheden gekozen zodanig dat de viscositeiten resp. de MFI waarden van alle lagen in hoofdzaak gelijk zijn.

20 25 1025903

Claims

1. Meerlaags buis uit thermoplastische kunststof die door extrusie verkrijgbaar is tenminste omvattende een kernlaag (1) die omgeven is door een binnenlaag (2) en een buitenlaag (3), met het kenmerk, dat de kernlaag (1) een kunststofmateriaal omvat met een 5 waarde van de Melt Flow Index (MFI waarde) die hoger is dan de MFI waarde van de kunststof van zowel de binnenlaag (2) als de buitenlaag (3) bij meting van de MFI waarden onder dezelfde omstandigheden.

2. Meerlaags buis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 10 kernlaag (1) een kunststof omvat met een MFI waarde die 1,5 tot 20x de laagste MFI waarde van de kunststof van de andere lagen (2,3) bedraagt.

3. Meerlaags buis volgens conclusie 1-2, met het kenmerk, dat de 15 kernlaag (1) een kunststof omvat met een MFI waarde die 1,5 tot 4x de laagste MFI waarde van de kunststof van de andere lagen (2,3) bedraagt.

4. Meerlaags buis volgens één of meer van de voorgaande 20 conclusies, met het kenmerk, dat het kunststofmateriaal voor elk der lagen is gekozen uit polypropeen, polyvinylchloride, polyetheen, ABS en polystyreen en dat de kernlaag tenminste gedeeltelijk bestaat uit een afvalmateriaal resp. hergebruiksmateriaal dat één of meer van genoemde kunststoffen omvat. 25

5. Meerlaags buis volgens één of meer van de conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de buis drie lagen omvat en de kernlaag (1) polypropeen(PP) afvalmateriaal omvat met een MFI waarde van ca. 4,0; de binnenlaag (3) PP copolymeer met een MFI waarde van ca. 1,5 en de 30 buitenlaag (2) PP copolymeer met een MFI waarde van ca. 1,0.

6. Meerlaags buis volgens één of meer van de conclusies 1-4, met het kenmker, dat de buis drie lagen omvat en de kernlaag (1) polypropeen hergebruiksmateriaal omvat met een MFI waarde van ongeveer 35 12,8; de buitenlaag (3) PP copolymeer met een MFI waarde van 1025800 t f - 10 - ongeveer 0,8 en de binnenlaag (2) PP copolymeer met een MFI waarde van ongeveer 0,8.

7. Meerlaags buis volgens conclusie 5-6, met het kenmerk, dat dat 5 de kernlaag (1) tenminste een aanvullende hoeveelheid EVOH barrière materiaal omvat.

8. Meerlaags buis volgens conclusie 5-6, met het kenmerk, dat de buitenlaag. (2) tenminste een hoeveelheid vlamvertragingsmiddel en 10 pigment omvat.

9. Werkwijze voor het vervaardigen van een meerlaags buis uit thermoplastische kunststof tenminste bestaande uit een kernlaag (1), een binnenlaag (2) en een buitenlaag (3) waarbij door gebruikelijk 15 co-extruderen een.buis met een binnenlaag (2), een kernlaag (1) en een buitenlaag (3) wordt gevormd waarbij de lagen met elkaar zijn verbonden gevolgd door koelen van de aldus gevormde meerlaags buis ' tot omgevingsomstandigheden, met het kenmerk, dat de kunststof voor de kernlaag (1) een kunststof is die, onder omstandigheden van de 20 extrusie van de binnenlaag (2) en van de buitenlaag (3), een hogere MFI waarde heeft dan de MFI waarde van de binnenlaag (2) en de buitenlaag (3) en dat na extruderen van de kunststof van de kernlaag (1) deze kunststof wordt gekoeld tot een temperatuur waarbij de kunststof een viscositeit bezit die overeenkomt met de viscositeit 25 van de kunststof van de andere lagen, alvorens deze kunststof in aanraking te laten komen met één of meer van de kunststoffen van de andere lagen (2,3) die worden verwerkt bij de voor die kunstoffen bij extrusie gebruikelijke omstandigheden van temperatuur en druk.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat voor het vormen van de kernlaag (1), waarvan de kunststof is gekoeld tot een temperatuur waarbij de kunststof een viscositeit bezit die overeenkomt met de viscositeit van de kunststof van de andere lagen, een inrichting wordt toegepast gekozen uit: 35. een extruder met een koelzone waarin de kunststof wordt gekoeld - een eerste extruder waarin onder gebruikelijke omstandigheden de kernlaag (1) wordt gevormd en afkoelen plaatsvindt in een afzonderlijke koelextruder die volgt op de eerste extruder. 10259Q3 « ' - 11 -

11. Werkwijze volgens conclusie 9-10, met het kenmerk, dat de temperatuur van de kunststof die wordt toegepast voor de kernlaag (1), voorafgaand aan het in aanraking komen met de kunststof van één 5 of meer van de andere lagen (2, 3) wordt ingesteld op een temperatuur die tot 10 °C hoger is dan de smelttemperatuur van de betreffende kunststof. 10 1025903