WO1981003144A1 - Method for producing mixtures of thermoplastic synthetic materials and mineral or organic charge materials,apparatus for the implementation of the method and material produced thereby - Google Patents

Method for producing mixtures of thermoplastic synthetic materials and mineral or organic charge materials,apparatus for the implementation of the method and material produced thereby Download PDF

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WO1981003144A1
WO1981003144A1 PCT/DE1981/000070 DE8100070W WO8103144A1 WO 1981003144 A1 WO1981003144 A1 WO 1981003144A1 DE 8100070 W DE8100070 W DE 8100070W WO 8103144 A1 WO8103144 A1 WO 8103144A1
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B Wessling
G Baller
H Grigull
W Schoenfelder
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Sapco Systemanalyse & Projektc
B Wessling
G Baller
H Grigull
W Schoenfelder
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    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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Definitions

  • the invention relates to a process for the production of mixtures of thermoplastic plastics and mineral or organic fillers, the starting materials to be mixed being mixed under vacuum and thereby being compressed.
  • the invention further relates to a device suitable for this purpose with a coolable vacuum container in which a mixing device is arranged, the supply of starting materials into the vacuum container and the removal of the mixture from the container via the maintenance of the vacuum serving funnels and valves.
  • the invention also relates to a material in the form of a mixture of thermoplastics and mineral or organic fillers.
  • the admixture of mineral or organic fillers to plastics is intended on the one hand to cheapen the raw material and on the other hand to achieve the desired properties of the later product.
  • the particular difficulty here is to provide the foreman of the plastic-filler mixture with a homogeneous, transportable and stable polymer starting material against demixing if no immediate further processing of the mixture is intended.
  • the mixture as raw material for further processing specified strength requirements are sufficient.
  • various approaches have hitherto been followed, which more or less amount to a thermal treatment of the plastic base, which causes the thermoplastic to melt or soften.
  • the components plastic and filler are brought together and mixed by rolling, kneading, plasticizing or extruding. It is known that in order to form correspondingly large adhesive forces between plastic and filler, the pores of both components must be as free as possible from water and air, because with a smaller distance between the molecular chains between plastic and filler, the van der Waal forces increase, which are necessary for one Ensure connection of both components. If any gas or moisture shells that prevent cohesion are to be removed, the compounding is carried out under vacuum in single or twin screw extruders in which the materials are continuously conveyed, mixed and compressed. This requires the use of appropriate funnels with degassing devices for adding components.
  • plastic and filler are added to one another with constant kneading to achieve the desired mixture. Due to the heat generated during the kneading process as a result of the constant friction, which can be further increased by additional heat from the outside, the plastic particles melt and mix with the filler particles. This process is carried out until the filler has been substantially consumed by the mixing, so that no free or unmixed filler remains and the particles of the polymeric material have been used up by melting at least to the desired extent. Depending on the components used, the process must be repeated several times.
  • thermal processes due to their physical mode of action, have the disadvantage that the necessary mechanical systems are associated with high investment and operating costs and often only allow low throughputs.
  • the mixtures produced with it are not homogeneous, ie the proportion of filler in the individual granules varies. This is usually accompanied by poorer properties of the mixture and of the later product due to the weak adhesive forces between the plastic matrix and filler particles.
  • the plastic-filler mixtures tend to be brittle or have a high modulus of elasticity, at the same time with increasing proportion of filler to lower strength.
  • the object of the invention is to provide a process for the production of plastic-filler mixtures which are already homogeneous in the powdered state and which are stable against demixing and can be processed into commercial products even without complex granulation.
  • the materials produced by the method according to the invention should have a significantly higher stiffness, but without the otherwise associated brittleness, and at the same time
  • Another object is to provide a suitable device for performing the method.
  • the filler is subjected to an electrostatic charge. Depending on the type of filler, this charge is over
  • the thickness of the filler shell depends on the desired filler content.
  • the total amount of filler added is bound in the filler shell and does not form its own agglomerates or agglomerations that are separated from the plastic or easily separated from it.
  • the filler shell produced according to the procedure according to the invention is resistant to normal mechanical stress, e.g. B. insensitive to pressure, shock, shear forces or friction.
  • the even shape of the filler shell results in good flowability of the powder, which is desired in further processing.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the arrangement of units for charging the Components due to friction and their subsequent mixing
  • Fig. 2 is a schematic representation of the arrangement of units for charging the components in an electrical
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of a combined charging and mixing grid
  • FIG. 6 shows the enlargement of a section of the phase boundary in FIG. 5,
  • FIG. 7 shows the enlargement of a section of the phase boundary in FIG. 6,
  • Fig. 8 bar chart with a comparison of mechanical parameters of a commercially available and the material according to the invention. Implementation of the invention in three ways
  • a filler e.g. B. chalk, talc, kaolin or mica with a moisture content of less than 3 wt .-%
  • a filler e.g. B. chalk, talc, kaolin or mica with a moisture content of less than 3 wt .-%
  • the particles are charged electrically, with chalk receiving a negative charge, talc, kaolin and mica a positive charge of several kV each.
  • the loads are particularly stable when the mixture takes place at short-term (e.g. 0.5 s) peak temperatures above 200 ° C, which are caused either by frictional heat or by additional heating.
  • the filler pretreated in this way must then cool down again.
  • the electrostatically charged filler with the desired amount of plastic for. B. 20 to 30 kg of polyethylene, polypropylene or other powdered thermoplastics, placed in an evacuated high-speed mixer.
  • the mass is mixed at a pressure of less than one thousand pascals, whereby a certain maximum temperature must not be exceeded, which is to be regarded as an indicator of the friction that has occurred and thus of the extent to which the filler and plastic are separated.
  • This maximum temperature is lower than the softening temperature of the plastic and its amount depends both on the combination of plastic and filler used and on their quantity ratio, for example according to the following table:
  • the plastic-filler mixture now available is either stored in powder form, granulated in an extruder on request or if necessary, or fed directly to processing to an end product. Granulation and processing must be carried out under vacuum so that the intensive wetting of the filler by the thermoplastics is not impeded by the air layers adsorbed in caves or niche-like irregularities of the rough surface of the casing or bubbles enclosed there. and the adhesive forces can have a beneficial effect.
  • the attractive forces caused by the electrical charging lead to significantly better properties of the filled thermoplastics, in particular to good impact strength with a low modulus of elasticity.
  • a device as shown in FIG. 1 is suitable for carrying out the method according to Example I.
  • This device contains a combined charging and mixing reactor 10 with two feed hoppers 11, 12.
  • the bottom of the reactor 10 has two outlets 13, 14, of which the outlet 14 is connected to a coolable intermediate volume 15, from which a line 16 to a cooling reactor 17 leads.
  • a line 18 is laid back from the cooling reactor 17 to the combined charging and mixing reactor 10.
  • the combined charging and mixing reactor 10 consists of a reactor body 19 and a cover 20 which is electrically insulated from the reactor body 19, preferably by means of a layer 21 made of polytetrafluoroethylene.
  • the reactor 10 is connected to a vacuum pump 22 via its cover 20.
  • a pressure indicator 23 is provided on the cover 20.
  • the cover 20 of the reactor 10 is connected to a high-voltage generator 24, which can supply voltages from 0 to 10 kV and can be regulated continuously.
  • the reactor body 19 is grounded via an earthing line 25, to which the mixer 26 located in the reactor body 19 is also connected.
  • the earthing of the Raaktor body including the mixer can be interrupted by a switch 27.
  • the reactor body 19 is equipped with a temperature sensor 28 and a charge meter 29. Cooling coils 30 are arranged in a ring around the outside of the reactor body 19.
  • the feed funnels 11, 12 are also connected to the vacuum pump 22 and each provided with a pressure indicator 31, 32. Both funnels are each connected to the reactor 10 via vacuum-tight closing members 33, 34.
  • a line 35 leads from the outlet 14 of the combined charging and mixing reactor 10 to the coolable intermediate volume 15, which is connected to a vacuum pump 36 and has a pressure indicator 37.
  • the intermediate volume is surrounded on the outside by annular coolant lines 38.
  • Coolable intermediate volume 15 and cooling reactor 17 are connected to one another via line 16.
  • the cooling reactor 17 is also connected to the vacuum pump 36 and has a pressure indicator 39.
  • the cooling reactor consists of a cooling reactor body 40 with a lid 41, the cooling reactor body 40 being provided on the inside with a non-conductive layer 42, preferably made of polytetrafluoroethylene.
  • Ring-shaped coolant lines 43 are arranged on the outside around the cooling reactor body 40. Inside there is an upstanding shaft 44, on which three stirring arms 45 are attached, between which individual stirring arms are still scrapers 46.
  • a batch of filler e.g. B. 30 kg of chalk or similar mineral is fed via the evacuated funnel 11 and the product slide 33 into the combined charging and mixing reactor 10.
  • the filler is mixed intensively by a high-speed mixer 26, the filler heating up and electrically charging.
  • the charge is constantly checked via the temperature sensor 28 and the charge meter 29. So that no layer of the filler to be charged is deposited on the cover of the reactor 10, the latter is in turn electrically charged by the high-voltage generator 24 from a temperature of the filler of 70 to 80 ° C., and z with an opposite sign to the charge of the filler.
  • the reactor body 19 and mixer 26 are grounded, and if necessary, the grounding can be interrupted via the switch 27 during the charging process, so that constant potentials can be built up.
  • the filler If the filler is sufficiently charged, it is conveyed through the outlet 14 via the line 35 into the coolable intermediate volume 15. There, the filler is cooled by water flowing in the cooling coils 38 before it is conveyed further via the line 16 into the cooling reactor 17. During this cooling process, the reactor 10 is cooled by cooling water which flows in the cooling coils 30 to the extent that a new one
  • filler can be added to the reactor 10 via the funnel 11.
  • the cooling reactor 17 has four times the volume of the reactor 10, so that four batches of filler can be cooled and stored in it. This is useful because it takes less time to charge the filler than it cools down and the subsequent mixing of filler and plastic.
  • the cooling reactor 17 If the cooling reactor 17 is filled, then the first batch of filler located at the bottom has cooled down to such an extent that part of it can be returned to the reactor 10 via the line 18 and the funnel 11. At the same time, a corresponding amount of plastic is introduced into the reactor 10 via the funnel 12.
  • an intensive mixing of plastic and filler takes place.
  • the temperature is constantly monitored by the temperature sensor 28. If there is sufficient charge separation during mixing, the mixing process is ended.
  • the finished powdery compound can now either be fed to a package via the outlet 13 or to a granulating extruder or another processing machine.
  • the filler or, if necessary, the plastic can also be charged by exposing the particles to a correspondingly strong electric field.
  • a correspondingly high voltage is applied between the agitator and the outer wall of a reactor designed for this purpose.
  • the design of the agitator as a grid with attached tips is particularly advantageous, since the so-called tip removal Charge even small voltages are sufficient to generate a strong electric field locally. The direction is therefore comparable to a capacitor, the initially electrically neutral solid-state components acting as a dielectric.
  • the agitator grille and outer wall must be reversed accordingly.
  • a strong electric field with lattice tips as a (positive) anode releases electrons from the component molecules, which leads to an electron deficit, i.e. positive charging.
  • the amount of charge introduced is checked via the level of the voltage and the duration of the process.
  • a uniform charge distribution is produced by constant, slow circulation of the material by rotating the agitator grid.
  • Example II After charging, the components enter a mixing reactor and are there in the same way as in Example I executed, mixed and then used for further use.
  • the charging in an electrical field described above in Example II has the advantage that cooling, in particular of the filler, is no longer necessary after charging. This saves the extensive machinery for cooling the material and returning it to the mixing reactor. Furthermore, the charging process can be better controlled as a result of the selectable polarity and amount of charge, and thus a particularly good coating of the plastic grain can be achieved due to the attractive forces thus caused when the plastic and filler are mixed.
  • the charging of the components in an electrical field can be carried out in a device as shown schematically in FIGS. 2 and 3.
  • reactor 50 On a vacuum container 49, two reactors 50, 51 of identical design for the electric charge are placed, only one of the two reactors being described below.
  • the reactor 50 is powered by a vacuum pump
  • the reactor 53 is controllable.
  • the reactor has a reactor body 54 and a reactor cover 55 which is electrically insulated from the body 54.
  • the reactor body 54 is in its
  • a stirrer cylinder 57 which consists of an electrically insulating material and a conductive core 58, is introduced into the reactor cover 55 in a vacuum-tight and electrically insulated manner.
  • the agitator cylinder 57 only extends approximately to Half of the reactor body 54.
  • the conductive core 58 of the agitator cylinder has a connection to an agitator 59 which is designed as a two-armed grating 59a, in which the opposing grating surfaces are each 30 ° from the
  • Short points 59b made of conductive material are attached to the intersection points of the individual grid bars forming the grid 59a perpendicular to the grid plane, only on the upper side of the grid 59a tilted by 30 ° and pointing in the direction of rotation of the grid.
  • a voltage between 0 and 100 kV is applied to the conductive core 58 and the outer wall 60 of the reactor body 54, which is produced by a conductive material and is generated by a continuously variable high-voltage generator 61.
  • the voltage is transferred to the rotating conductive core 58 by means of a grinding electrode 62.
  • the reactor 50 is also provided with a vacuum-tight feed lock 63 and an outlet 64, the latter being connected to the vacuum-tight slide valve 33 of the "vacuum container 49.
  • This vacuum container 49 is otherwise designed with all of its components in the same way as the mixing reactor in the example I.
  • the coolable intermediate volume and the cooling reactor, which are not required in the process described, are missing here.
  • a batch of the required filler is fed into the reactor 50 via the vacuum-tight material lock 63.
  • the filler is constantly changed by the agitator 59 moves and moves. Between the agitator 59 and the outer wall 60 made of conductive material there is a voltage of approximately 80 kV, which is generated by the high-voltage generator 61.
  • the polarity of the two conductive components, the agitator and the outer wall depends on the desired charge polarity of the filler.
  • Under vacuum the filler remains in the reactor while the agitator is constantly rotating until all the particles have reached the desired charge.
  • the filler is then discharged into the vacuum container 49 via the outlet 64 and the vacuum-tight product slide 33. At the same time, an equivalent amount of plastic is placed in the vacuum container 49 via the product slide 34, wherein the plastic can also be electrically charged.
  • a charge separation takes place in the vacuum container 49 by rapidly mixing the two components in the same way as described in Example I, so that the desired compound is formed due to the electrostatic attractive forces.
  • the device shown in FIG. 4 is set up for a continuous production process.
  • the charging of the components must be carried out in an electric field using the procedure described in Example II, since cooling and thus intermediate storage of the components can then be dispensed with.
  • the device for the continuous production of a plastic-filler mixture according to FIG. 4 consists of a mixing column 65, on which two charging reactors 50, 51 are placed, which corresponded to the reactors described in Example II, so that the components charged therein via the locks 66 , 67 get into the mixing column 65.
  • the mixing column 65 is connected to a vacuum pump 68.
  • the pressure in the mixing column is controlled by a pressure indicator 69.
  • the mixing column 65 is designed as a cylinder 70, which in a funnel-shaped cone tapering downwards
  • the inner wall of the cylindrical part 70 of the mixing column 65 is provided with grooves 72 rising upward in a spiral.
  • a total of three rotors 74 are arranged on a vertical drive shaft 73, one of which has a small diameter in the tip of the cone 71, while the other two have a correspondingly larger diameter at the lower end of the cylindrical part 70 of the mixing column 65 are attached.
  • the direction of rotation of the rotors 74 is chosen so that the material is conveyed upwards in the ascending spiral.
  • there is an outlet 75 at the base of the cone 71 which is connected to a device 76 for further processing of the plastic-filler mixture, preferably an extruder.
  • the total residence time in the mixing column 65 should be at least five minutes.
  • FIG. 5 shows an enlarged photo of an individual particle 80 of a plastic / filler mixture, which was produced according to one of the process examples described above.
  • the particle 80 is cut open and opened, so that an insight into the structure of the particle with plastic core 81 and filler sleeve 82 can be obtained.
  • the sharp dividing line 83 between the plastic core 81 and filler casing 82 is clearly recognizable.
  • the filler particles have therefore not penetrated the plastic core or the plastic core has not melted or melted and has not mixed with the filler. This can be seen even more clearly in FIGS. 6 and 7, which show a section of the dividing line 83 between the plastic core 81 and the filler shell 82 in two different, greatly enlarged scanning electron microscope images.
  • There are no components of plastic 85 between the individual filler particles 84 as would be the case in a sintering or gelling process between plastic and filler.
  • the adhesion between plastic and filler is only due to the attractive forces caused by the opposite electrical charges.
  • the plastic-filler mixture produced by the process according to the invention is stable in powder form against segregation. Typically, the mixture is either granulated if the customer so desires, or directly processed into a final product. It is of particular advantage that the end products, in contrast to the process described in the "prior art" section (DE-OS 23 34 189), can be subsequently dyed, which is particularly advantageous for fibers made from the material according to the invention.
  • the adhesive forces between plastic and filler caused by the electrical charging of the components also result in significantly better material properties of the filled thermoplastics, which are not achieved by plastic-filler mixtures produced according to the prior art. This shows the comparison of the mechanical characteristic values from FIG.

Abstract

In a method for producing mixtures of thermoplastic synthetic materials and mineral or organic charge materials, the materials are vacuum mixed and compressed. According to the invention, the mixtures of synthetic materials and charge materials are already homogeneous in a powder state. They are also resistant without granulation to disaggregation, they are stable and can be shaped as products. Moreover, the rigidity must be obviously high but without fragility. The values of the resistance must approach those of the pure synthetic material. Finally, commercial advantages must be attained. To these purposes, the charge materials must be electrically or electrostatically charged before and/or during the mixing with the synthetic materials. As an alternative, this can also be achieved with the synthetic material and even, for instance, through a continuous stirring within an electric field. The charge remains stable during a long period allowing a previous treatment and a storage of the charge material separated from the mixing operation. A combined loading and mixing reactor, together with an installation (57) for producing a strong grinding of the content, is also part of the invention.

Description

B e s c h r e i b u n g Description
Verfahren zur Herstellung von Gemischen aus thermoplastischen Kunststoffen und mineralischen oder organischen Füllstoffen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und danach hergestellter WerkstoffProcess for the production of mixtures of thermoplastic plastics and mineral or organic fillers as well as device for carrying out the process and the material produced thereafter
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gemischen aus thermoplastischen Kunststoffen und mineralischen oder organischen Füllstoffen, wobei die zu vermischenden Ausgangsstoffe unter Vakuum gemischt und dabei verdichtet werden. Die Erfindung betrifft ferner eine hierzu geeignete Vorrichtung mit einem kühlbaren Vakuumbehälter, in dem eine Mischvorrichtung angeordnet ist, wobei die Zufuhr von Ausgangsstoffen in den Vakuumbe hälter sowie die Entnahme der Mischung aus dem Behälter über der Aufrechterhaltung des Vakuums dienende Trichter und Ventile erfolgt. Schließlich betrifft die Erfindung noch einen Werkstoff in Form eines Gemisches aus thermoplastischen Kunststoffen und mineralischen oder orga nischen Füllstoffen.The invention relates to a process for the production of mixtures of thermoplastic plastics and mineral or organic fillers, the starting materials to be mixed being mixed under vacuum and thereby being compressed. The invention further relates to a device suitable for this purpose with a coolable vacuum container in which a mixing device is arranged, the supply of starting materials into the vacuum container and the removal of the mixture from the container via the maintenance of the vacuum serving funnels and valves. Finally, the invention also relates to a material in the form of a mixture of thermoplastics and mineral or organic fillers.
Stand der TechnikState of the art
Mit der Beimischung von mineralischen oder organischen Füllstoffen zu Kunststoffen werden einerseits eine Ver-billigung des Rohstoffes und andererseits die Erzielung gewünschter Eigenschaften des späteren Produktes bezweckt. Die besondere Schwierigkeit dabei ist darin zu sehen, dem Vorarbeiter des Kunststoff-Füllstoff-Gemisches ein homogenes, transportables und gegen Entmischung stabiles Polymer-Ausgangsmaterial zu liefern, wenn keine sofortige Weiterverarbeitung des Gemisches vorgesehen ist. Außerdem muß das Gemisch als Rohstoff für die Weiterverarbeitung bestümmten, jeweils festgelegten Festigkeitsansprüchen genügen. Zur Erreichungdieser Ziele sind bislang verschiedene Wege beschritten worden, die mehr oder weniger auf eine thermische Behandlung der Kunststoffgrundlage hinauslaufen, welche ein Aufschmelzen oder Erweichen des Thermoplasten verursacht.The admixture of mineral or organic fillers to plastics is intended on the one hand to cheapen the raw material and on the other hand to achieve the desired properties of the later product. The particular difficulty here is to provide the foreman of the plastic-filler mixture with a homogeneous, transportable and stable polymer starting material against demixing if no immediate further processing of the mixture is intended. In addition, the mixture as raw material for further processing specified strength requirements are sufficient. To achieve these goals, various approaches have hitherto been followed, which more or less amount to a thermal treatment of the plastic base, which causes the thermoplastic to melt or soften.
Bei den bekannten Verfahren werden die Komponenten Kunststoff und Füllstoff zusammengebracht und durch Walzen, Kneten, Plastifizieren oder Extrudieren vermischt. Dabei ist bekannt, daß zur Ausbildung entsprechend großer Haftkräfte zwischen Kunststoff und Füllstoff die Poren beider Komponenten möglichst frei sein müssen von Wasser und Luft, denn mit geringerem Abstand der Molekülketten zwischen Kunststoff und Füllstoff nehmen die van-der-Waalschen Kräfte zu, welche für eine Verbindung beider Komponenten sorgen. Wenn etwaige den Zusammenhalt hindernde Gas- oder Feuchtigkeitshüllen entfernt werden sollen, wird die Compoundierung unter Vakuum in Ein- oder Doppelschnecken-extrudern durchgeführt, in denen die Stoffe kontinuierlich gefördert, vermischt und verdichtet werden. Hierzu ist die Verwendung von entsprechenden Trichtern mit Entgasungseinrichtungen für die Komponentenzugabe erforderlich.In the known methods, the components plastic and filler are brought together and mixed by rolling, kneading, plasticizing or extruding. It is known that in order to form correspondingly large adhesive forces between plastic and filler, the pores of both components must be as free as possible from water and air, because with a smaller distance between the molecular chains between plastic and filler, the van der Waal forces increase, which are necessary for one Ensure connection of both components. If any gas or moisture shells that prevent cohesion are to be removed, the compounding is carried out under vacuum in single or twin screw extruders in which the materials are continuously conveyed, mixed and compressed. This requires the use of appropriate funnels with degassing devices for adding components.
Auf dieser Erkenntnis baut ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Füllstoff-Gemisches auf, welches durch die DE-OS 23 34 189 bekannt geworden ist. Danach werden die Füllstoffe zunächst einer intensiven Vortrocknung unte zogen, wobei diese Vortrocknung unter Vakuum erfolgt, und anschließend findet die Mischung mit dem Kunststoff ebenfalls unter Vakuum statt, um einen Ausschluß von Feuchtig- keit zu gewährleisten. Während des Mischvorganges muß die Prozeßtemperatur so gesteuert werden, daß die in Pulverform zugegebenen Kunststoffpartikel an der Oberfläche angelieren, so daß die Füllstoffteilchen daran ansintern, wodurch sich die so entstandenen Agglomerate nachträglich nicht mehr entmischen können.On the basis of this knowledge, a process for the production of a plastic-filler mixture builds up, which has become known from DE-OS 23 34 189. Then the fillers are first subjected to intensive predrying, this predrying being carried out under vacuum, and then the mixing with the plastic also takes place under vacuum in order to ensure that moisture is excluded. During the mixing process, the process temperature must be controlled so that the plastic particles added in powder form gel on the surface, so that the filler particles sinter on it, whereby the resulting agglomerates can no longer separate.
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß der verfahrenstechnische Aufwand für die Trocknung des Füllstoffes und für den Sintervorgang (Angelieren) in keinem Verhältnis zur damit erreichten Haftvermittlung zwischen der Kunststoffmatrix und den Füllstoffteilchen steht und daß ferner die Homogenität der so hergestellten Mischung üblichen Anforderungen nicht genügt. Außerdem müssen farbgebende Pigmente bereits vor dem Mischvorgang zugegeben werden.The disadvantage of this process is that the procedural effort for drying the filler and for the sintering process (gelling) is not related to the adhesion between the plastic matrix and the filler particles and that the homogeneity of the mixture thus produced does not meet the usual requirements . In addition, coloring pigments must be added before the mixing process.
Bei einem anderen bekannten Verfahren (DE-OS 23 32 583) werden zum Erreichen der gewünschten Mischung Kunststoff und Füllstoff unter ständigem Kneten zueinander gegeben. Durch die beim Knetvorgang infolge der ständigen Reibung entstehende Wärme, die über weitere Wärmezufuhr von außen noch verstärkt werden kann, schmelzen die Kunststoffpartikel auf und vermischen sich mit den Füllstoffteilchen. Dieser Vorgang wird so lange durchgeführt, bis der Füllstoff durch das Mischen im wesentlichen verbraucht ist, so daß kein freier oder unvermischter Füllstoff zurückbleibt und die Teilchen des polymeren Materialsdurch Schmelzen zumindest in dem gewünschten Umfang aufgebraucht sind. Dabei muß je nach den verwendeten Komponenten der Verfahrensgang mehrfach wiederholt werden.In another known method (DE-OS 23 32 583) plastic and filler are added to one another with constant kneading to achieve the desired mixture. Due to the heat generated during the kneading process as a result of the constant friction, which can be further increased by additional heat from the outside, the plastic particles melt and mix with the filler particles. This process is carried out until the filler has been substantially consumed by the mixing, so that no free or unmixed filler remains and the particles of the polymeric material have been used up by melting at least to the desired extent. Depending on the components used, the process must be repeated several times.
Diese und andere bekannte Verfahren, die sich aufgrund ihrer physikalischen Wirkungsweise unter dem Oberbegriff "Thermische Verfahrensweisen" zusammenfassen lassen, haben den Nachteil, daß die notwendigen maschinellen Anlagen mit hohen Investitions- und Betriebskosten verbunden sind und dabei häufig nur geringe Durchsatzmengen zulassen. Die damit hergestellten Mischungen sind nicht homogen ,d.h. der Füllstoffanteil in den einzelnen Granulatkörnern ist unterschiedlich hoch. Damit gehen in der Regel schlechtere Eigenschaften des Gemisches wie auch des späteren Produktes aufgrund zu schwacher Haftkräfte zwischen Kunststoffmatrix und Füllstoffteilchen einher. Die Kunststoff-Füllstoff-Mischungen neigen zur Sprödigkeit bzw. zu hohem E-Modul, gleichzeitig mit wachsendem Anteil an Füllstoff zu geringerer Festigkeit. Zwar sollen diese Wirkungen durch Zugabe von sog. Haftvermittlern überwunden oder wenigstens eingeschränkt werden, doch ist dies mit hohem verfahrenstechnischen Aufwand und demzufolge hohen Kosten verbunden, so daß diese Möglichkeit allenfalls der Herstellung von Spezialprodukten vorbehalten ist.These and other known processes, which can be summarized under the generic term "thermal processes" due to their physical mode of action, have the disadvantage that the necessary mechanical systems are associated with high investment and operating costs and often only allow low throughputs. The mixtures produced with it are not homogeneous, ie the proportion of filler in the individual granules varies. This is usually accompanied by poorer properties of the mixture and of the later product due to the weak adhesive forces between the plastic matrix and filler particles. The plastic-filler mixtures tend to be brittle or have a high modulus of elasticity, at the same time with increasing proportion of filler to lower strength. Although these effects are to be overcome or at least limited by the addition of so-called adhesion promoters, this is associated with high procedural complexity and consequently high costs, so that this possibility is reserved for the manufacture of special products.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Herstellung von Kunststoff-Füllstoff-Mischungen anzugeben, die bereits in pulverförmigem Zustand homogen sind und auch schon ohne eine aufwendige Granulierung gegen Entmischung stabil und zu Handelsprodukten verarbeitbar sind. Darüber hinaus sollen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Werkstoffe eine deutlich höhere Steifigkeit aufweisen, jedoch ohne die sonst damit verbundene Sprödigkeit, und gleichzeitigOn the basis of the prior art described, the object of the invention is to provide a process for the production of plastic-filler mixtures which are already homogeneous in the powdered state and which are stable against demixing and can be processed into commercial products even without complex granulation. In addition, the materials produced by the method according to the invention should have a significantly higher stiffness, but without the otherwise associated brittleness, and at the same time
Festigkeitswerte erzielen, die denen reiner Kunststoff-Werkstoffe nahekommen und von den nach den bisher bekannten und zuvor geschilderten Verfahren hergestellten Mischungen nicht erreicht werden. Schließlich soll das erfindungsgemäße Verfahren mit geringeren Kosten als nach dem Stand der Technik verbunden sein, so daß die mit der Rohstoffeinsparung verbundene Kostensenkung nicht durch zu hohe Verfahrenskosten aufgehoben wird. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.Achieve strength values that come close to those of pure plastic materials and are not achieved by the mixtures produced by the previously known and previously described processes. Finally, the process according to the invention should be associated with lower costs than according to the prior art, so that the cost reduction associated with the saving in raw materials is not offset by excessively high process costs. Another object is to provide a suitable device for performing the method.
Die erfindungsgemäßen Lösungen dieser Aufgaben sowie vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen derselben ergeben sich aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung vorangestellt sind.The solutions to these tasks according to the invention as well as advantageous refinements and developments of the same result from the content of the claims which precede this description.
Bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise wird der Füllstoff einer elektrostatischen Aufladung unterzogen. Je nach Art des Füllstoffes ist diese Aufladung überIn the procedure according to the invention, the filler is subjected to an electrostatic charge. Depending on the type of filler, this charge is over
Monate hinweg stabil. Damit ist auch eine vom Mischvorgang zeitlich wie örtlich getrennte Vorbehandlung des Füllstoffes einschließlich etwa nötiger Zwischenlagerung möglich.Stable for months. This also enables pretreatment of the filler, including any necessary intermediate storage, which is separate from the mixing process in terms of time and location.
Bei der Vermischung von Kunststoff und Füllstoff erfolgt durch die auftretende Reibung eine Ladungstrennung, wobei sich der Kunststoff mit einer dem Füllstoff entgegengesetzten Polarität auflädt. Allerdings kann es bezüglich bestimmter Kombinationen von Füllstoff und Kunststoff je nach deren Stellung zueinander in der elektrostatischen Reihe erforderlich sein, daß auch der Kunststoff seinerseits einer vorherigen Aufladung unterzogen wird und dabei eine dem Füllstoff entgegengesetzte Ladung erhält.When the plastic and filler are mixed, the friction that occurs causes charge separation, the plastic charging with an opposite polarity to the filler. However, with regard to certain combinations of filler and plastic, depending on their position relative to one another in the electrostatic row, it may be necessary for the plastic itself to be subjected to a previous charge and thereby to receive a charge opposite to the filler.
Während des Mischvorganges bildet sich nun lediglich aufgrund der entgegengesetzten Ladungen der beiden Komponenten eine fest anliegende Schicht von Füllstoffpartikeln rund um das gesamte Kunststoffkorn aus; ein Ansintern oder Angelieren der Füllstoffpartikel an der etwa aufgeweichten Oberfläche der Kύnststoffteilchen findet im Unterschied zu den im Stand der Technik geschilderten Verfahren nicht statt. Dies ist dadurch nachweisbar, daß sich bei Dispersion des Kunststoff-Füllstoff-Gemisches in Wasser die Füllstoffhülle von dem Kunststoffkorn ablöst, weil im Wasser die elektrostatischen Bindungskräfte aufgehoben werden. Mittels anschließender elektronenmikroskopischer Untersuchung des wieder "nackten" Kunststoffpulverkorns ist seine nahezu unbeschädigte Oberfläche feststellbar.During the mixing process, a tightly fitting layer of filler particles forms around the entire plastic grain only because of the opposite charges of the two components; sintering or gelling of the filler particles on the softened surface of the plastic particles takes place in contrast to that in State of the art processes do not take place. This can be demonstrated in that when the plastic-filler mixture is dispersed in water, the filler shell detaches from the plastic grain because the electrostatic binding forces are eliminated in the water. Subsequent electron microscopic examination of the again "naked" plastic powder grain reveals its almost undamaged surface.
Die Dicke der Füllstoffhülle ist abhängig vom gewünschten Füllstoffanteil. Die gesamte zugegebene Füllstoffmenge ist dabei in der Füllstoffhülle gebunden und bildet keine eigenen, vom Kunststoff getrennten oder von diesem leicht abtrennbaren Agglomerate oder Zusammenballungen. Infolgedessen ist die nach der erfindungsgemäßen Vorgehensweise erzeugte Füllstoffhülle gegen normale mechanische Beanspruchung, z. B. durch Druck, Stoß, Scherkräfte oder Reibung unempfindlich. Außerdem ergibt sich durch die ebenmäßige Gestalt der Füllstoffhülle eine in der Weiterverarbeitung erwünschte gute Rieselfähigkeit des Pulvers.The thickness of the filler shell depends on the desired filler content. The total amount of filler added is bound in the filler shell and does not form its own agglomerates or agglomerations that are separated from the plastic or easily separated from it. As a result, the filler shell produced according to the procedure according to the invention is resistant to normal mechanical stress, e.g. B. insensitive to pressure, shock, shear forces or friction. In addition, the even shape of the filler shell results in good flowability of the powder, which is desired in further processing.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können verschiedene Wege beschritten werden, wie die nachfolgend beschriebenen Beispiele erkennen lassen. In der Zeichnung sind entsprechende Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahren wiedergegeben. Es zeigen:Various ways can be followed when carrying out the method according to the invention, as can be seen from the examples described below. Corresponding exemplary embodiments of devices for carrying out the method are shown in the drawing. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung von Aggregaten für die Aufladung der Komponenten durch Reibung und deren anschließende Vermischung,Fig. 1 is a schematic representation of the arrangement of units for charging the Components due to friction and their subsequent mixing,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Anordnung von Aggregaten für die Aufladung der Komponenten in einem elektrischenFig. 2 is a schematic representation of the arrangement of units for charging the components in an electrical
Feld und deren anschließende Vermischung,Field and their subsequent mixing,
Fig. 3 in schematisch-schaubildlicher Darstellung ein kombiniertes Aufladungs- und Mischgitter,3 shows a schematic diagram of a combined charging and mixing grid,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Anordnung von Aggregaten für die Aufl iung der Komponenten in einem elektrischen Feld für eine kontinuierliche Durchführung des Verfahrens,4 shows a schematic representation of the arrangement of units for the resolution of the components in an electrical field for a continuous implementation of the method,
Fig. 5. ein aufgeschnittenes Teilchen der Mischung mit Kunststoffkern und Füllstoffhülle,5 shows a cut open particle of the mixture with plastic core and filler shell,
Fig. 6 die Vergrößerung eines Ausschnitts der Phasengrenze in Fig. 5,6 shows the enlargement of a section of the phase boundary in FIG. 5,
Fig. 7 die Vergrößerung eines Ausschnitts der Phasengrenze in Figur 6,7 shows the enlargement of a section of the phase boundary in FIG. 6,
Fig. 8 Säulendiagramm mit Gegenüberstellung von mechanischen Kennwerten eines handelsüblichen und des erfindungsgemäßen Werkstoffes. Ausführung der Erfindung auf drei WegenFig. 8 bar chart with a comparison of mechanical parameters of a commercially available and the material according to the invention. Implementation of the invention in three ways
Beispiel IExample I
20 kg eines Füllstoffes, z. B. Kreide, Talkum, Kaolin oder Glimmer mit einer Feuchte von weniger als 3 Gew.-%, werden unter Vakuum in einem Schnellmischer bei einem Druck von 10 Millibar durchmischt, wodurch es zu einer intensiven Reibung der Füllstoffteilchen aneinander und an den innenliegenden Reaktorteilen kommt. Infolgedessen findet eine elektrische Aufladung der Teilchen statt, wobei Kreide eine negative, Talkum, Kaolin und Glimmer eine positive Ladung von jeweils mehreren kV erhalten. Die Ladungen sind besonders stabil, wenn die Mischung bei kurzzeitigen (z. B. 0,5 s) Spitzentemperaturen über 200° C erfolgt, die entweder durch Reibungswärme oder durch Zusatzheizung hervorgerufen werden.20 kg of a filler, e.g. B. chalk, talc, kaolin or mica with a moisture content of less than 3 wt .-%, are mixed under vacuum in a high-speed mixer at a pressure of 10 millibars, which leads to intense friction of the filler particles against each other and on the inner reactor parts . As a result, the particles are charged electrically, with chalk receiving a negative charge, talc, kaolin and mica a positive charge of several kV each. The loads are particularly stable when the mixture takes place at short-term (e.g. 0.5 s) peak temperatures above 200 ° C, which are caused either by frictional heat or by additional heating.
Danach muß der so vorbehandelte Füllstoff zunächst wieder abkühlen. Anschließend wird der elektrostatisch aufgeladene Füllstoff mit der gewünschten Kunststoffmenge, z. B. 20 bis 30 kg Polyäthylen, Polypropylen oder anderen pulverförmigen Thermoplasten, in einen evakuierten Schnellmischer gegeben. Die Masse wird bei einem Druck von weniger als eintausend Pascal durchmischt, wobei eine bestimmt Maximaltemperatur nicht überschritten werden darf, die als Indikator für die stattgefundene Reibung und damit für das Ausmaß der Ladungstrennung von Füllstoff und Kunststoff anzusehen ist. Diese Maximaltemperatur liegt niedriger als die Erweichungstempe ratur des Kunststoffes und richtet sich in ihrem Betrag sowohl nach der Kombination von verwendetem Kunststoff und Füllstoff wie auch nach deren Mengenver hältnis, und zwar beispielsweise gemäß der nachstehenden Tabelle:
Figure imgf000011_0001
The filler pretreated in this way must then cool down again. Then the electrostatically charged filler with the desired amount of plastic, for. B. 20 to 30 kg of polyethylene, polypropylene or other powdered thermoplastics, placed in an evacuated high-speed mixer. The mass is mixed at a pressure of less than one thousand pascals, whereby a certain maximum temperature must not be exceeded, which is to be regarded as an indicator of the friction that has occurred and thus of the extent to which the filler and plastic are separated. This maximum temperature is lower than the softening temperature of the plastic and its amount depends both on the combination of plastic and filler used and on their quantity ratio, for example according to the following table:
Figure imgf000011_0001
Das nun vorliegende Kunststoff-Füllstoff-Gemisch wird entweder in Pulverform gelagert, auf Wunsch bzw. bei Bedarf in einem Extruder granuliert oder direkt der Verarbeitung zu einem Endprodukt zugeführt. Granulierung und Verarbeitung müssen unter Vakuum erfolgen, damit die intensive Benetzung des Füllstoffes durch die Thermoplaste nicht durch die in Höhlen oder nischenartigen Unregelmäßigkeiten der rauhen Hüllenoberfläche adsorbierten Luftschichten oder dort eingeschlossenen Blasen behindert wird. und sich so die Haf tkräfte vorteilhaft auswirken können.The plastic-filler mixture now available is either stored in powder form, granulated in an extruder on request or if necessary, or fed directly to processing to an end product. Granulation and processing must be carried out under vacuum so that the intensive wetting of the filler by the thermoplastics is not impeded by the air layers adsorbed in caves or niche-like irregularities of the rough surface of the casing or bubbles enclosed there. and the adhesive forces can have a beneficial effect.
Die infolge der elektrischen Aufladung bewirkten Anziehungs kräfte führen zu wesentlich besseren Eigenschaften der gefüllten Thermoplaste, insbesondere zu guter Schlagzähigkeit bei niedrigem E-Modul.The attractive forces caused by the electrical charging lead to significantly better properties of the filled thermoplastics, in particular to good impact strength with a low modulus of elasticity.
Zur Durchführung des Verfahrens nach Beispiel I ist eine Vorrichtung geeignet, wie sie in Figur 1 dargestellt ist.A device as shown in FIG. 1 is suitable for carrying out the method according to Example I.
Diese Vorrichtung enthält einen kombinierten Aufladungsund Mischreaktor 10 mit zwei Speisetrichtern 11, 12. Der Reaktor 10 hat an seinem Boden zwei Ausgänge 13, 14, von denen der Ausgang 14 mit einem kühlbaren Zwischenvolumen 15 verbunden ist, von dem eine Leitung 16 zu einem Kühlreaktor 17 führt. Vom Kühlreaktor 17 ist eine Leitung 18 zurück zum kombinierten Aufladungs- und Mischreaktor 10 gelegt.This device contains a combined charging and mixing reactor 10 with two feed hoppers 11, 12. The bottom of the reactor 10 has two outlets 13, 14, of which the outlet 14 is connected to a coolable intermediate volume 15, from which a line 16 to a cooling reactor 17 leads. A line 18 is laid back from the cooling reactor 17 to the combined charging and mixing reactor 10.
Der kombinierte Aufladungs- und Mischreaktor 10 besteht aus einem Reaktorkörper 19 und einem Deckel 20, welcher gegen den Reaktorkörper 19 elektrisch isoliert ist, Vorzugs-weise durch eine Schicht 21 aus Polytetrafluoräthylen. Zur Herstellung des erforderlichen Vakuums ist der Reaktor 10 über seinen Deckel 20 mit einer Vakuumpumpe 22 verbunden. Am Deckel 20 ist eine Druckanzeige 23 vorgesehen. Der Deckel 20 des Reaktors 10 ist an einen Hochspannungsgenerator 24 angeschlossen, welcher Spannungen von 0 bis 10 kV liefern kann und stufcnlos regelbar ist. Der Reaktorkörper 19 ist über eine Erdungsleitung 25 geerdet, an die auch das im Reaktorkörper 19 befindliche Mischwerk 26 angeschlossen ist. Dabei kann die Erdung des Raaktor-körpers samt Mischwerk durch einen Schalter 27 unterbrochen werden. Ferner ist der Reaktorkörper 19 mit einem Temperaturfühler 28 sowie einem Ladungsmesser 29 ausgestattet. Außen um den Reaktorkörper 19 herum sind ringförmig Kühlschlangen 30 angeordnet.The combined charging and mixing reactor 10 consists of a reactor body 19 and a cover 20 which is electrically insulated from the reactor body 19, preferably by means of a layer 21 made of polytetrafluoroethylene. To produce the required vacuum, the reactor 10 is connected to a vacuum pump 22 via its cover 20. A pressure indicator 23 is provided on the cover 20. The cover 20 of the reactor 10 is connected to a high-voltage generator 24, which can supply voltages from 0 to 10 kV and can be regulated continuously. The reactor body 19 is grounded via an earthing line 25, to which the mixer 26 located in the reactor body 19 is also connected. The earthing of the Raaktor body including the mixer can be interrupted by a switch 27. Furthermore, the reactor body 19 is equipped with a temperature sensor 28 and a charge meter 29. Cooling coils 30 are arranged in a ring around the outside of the reactor body 19.
Die Speisetrichter 11, 12 sind ebenfalls an die Vakuumpumpe 22 angeschlossen und mit je einer Druckanzeige 31, 32 versehen. Beide Trichter sind jeweils über vakuumdichte Schließorgane 33, 34 mit dem Reaktor 10 verbunden.The feed funnels 11, 12 are also connected to the vacuum pump 22 and each provided with a pressure indicator 31, 32. Both funnels are each connected to the reactor 10 via vacuum-tight closing members 33, 34.
Vom Ausgang 14 des kombinierten Aufladungs- und Mischreaktors 10 führt eine Leitung 35 zum kühlbaren Zwischenvolumen 15, welches an eine Vakuumpumpe 36 angeschlossen ist und über einen Druckanzeiger 37 verfügt. Außen ist das Zwischenvolumen von ringförmigen Kühlmittelleitungen 38 umgeben.A line 35 leads from the outlet 14 of the combined charging and mixing reactor 10 to the coolable intermediate volume 15, which is connected to a vacuum pump 36 and has a pressure indicator 37. The intermediate volume is surrounded on the outside by annular coolant lines 38.
über die Leitung 16 sind kühlbares Zwischenvolumen 15 und Kühlreaktor 17 miteinander verbunden. Der Kühlreaktor 17 ist ebenfalls an die Vakuumpumpe 36 angeschlossen und verfügt über eine Druckanzeige 39. Der Kühlreaktor besteht aus einem Kühlreaktorkörper 40 mit Deckel 41, wobei der Kühlreaktorkörper 40 im Innern mit einer nicht-leitenden Schicht 42, vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen, versehen ist. Außen um den Kühlreaktorkörper 40 herum sind ringförmig Kühlmittelleitungen 43 angeordnet. Im Innern befindet sich eine aufrechtstehende Welle 44, an der drei Rührarme 45 angebracht sind, wobei sich zwischen den einzelnen Rührarmen noch Abstreifer 46 befinden.Coolable intermediate volume 15 and cooling reactor 17 are connected to one another via line 16. The cooling reactor 17 is also connected to the vacuum pump 36 and has a pressure indicator 39. The cooling reactor consists of a cooling reactor body 40 with a lid 41, the cooling reactor body 40 being provided on the inside with a non-conductive layer 42, preferably made of polytetrafluoroethylene. Ring-shaped coolant lines 43 are arranged on the outside around the cooling reactor body 40. Inside there is an upstanding shaft 44, on which three stirring arms 45 are attached, between which individual stirring arms are still scrapers 46.
Die Herstellung eines Kunststoff-Füllstoff-Gemisches nach dem im Beispiel I geschilderten Verfahren geht in der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung wie folgt vor sich:The production of a plastic-filler mixture according to the method described in Example I proceeds as follows in the device shown in FIG. 1:
Eine Charge Füllstoff, z. B. 30 kg Kreide oder ähnliches Mineral, wird über den evakuierten Trichter 11 und den Produktschieber 33 in den kombinierten Aufladungs- und Mischreaktor 10 eingespeist. Hier wird der Füllstoff von einem schnell laufenden Mischwerk 26 intensiv durch- mischt, wobei sich der Füllstoff erwärmt und elektrisch auflädt. Die Aufladung wird über den Temperaturfühler 28 und den Ladungsmesser 29 ständig kontrolliert. Damit sich keine Schicht des aufzuladenden Füllstoffes an dem Deckel des Reaktors 10 ablagert, wird dieser seinerseits etwa ab einer Temperatur des Füllstoffes von 70 bis 80° C vom Hochspannungsgenerator 24 elektrisch aufgeladen, und z mit einem zur Ladung des Füllstoffes entgegengesetzten Vorzeichen. Demgegenüber sind Reaktorkörper 19 und Mischwerk 26 geerdet, wobei die Erdung im Bedarfsfalle während des Aufladungsvorganges über den Schalter 27 unter-brochen werden kann, damit konstante Potentiale aufgebaut werden können.A batch of filler, e.g. B. 30 kg of chalk or similar mineral is fed via the evacuated funnel 11 and the product slide 33 into the combined charging and mixing reactor 10. Here, the filler is mixed intensively by a high-speed mixer 26, the filler heating up and electrically charging. The charge is constantly checked via the temperature sensor 28 and the charge meter 29. So that no layer of the filler to be charged is deposited on the cover of the reactor 10, the latter is in turn electrically charged by the high-voltage generator 24 from a temperature of the filler of 70 to 80 ° C., and z with an opposite sign to the charge of the filler. In contrast, the reactor body 19 and mixer 26 are grounded, and if necessary, the grounding can be interrupted via the switch 27 during the charging process, so that constant potentials can be built up.
Ist der Füllstoff genügend aufgeladen, wird er durch den Ausgang 14 über die Leitung 35 in das kühlbare Zwischenvolumen 15 gefördert. Dort wird der Füllstoff durch in den Kühlschlangen 38 fließendes Wasser abgekühlt, bevor er über die Leitung 16 in den Kühlreaktor 17 weitergefördert wird. Während dieses Abkühlvorganges wird auch der Reaktor 10 durch Kühlwasser, welches in den Kühlschlangen 30 fließt, soweit abgekühlt, daß eine neueIf the filler is sufficiently charged, it is conveyed through the outlet 14 via the line 35 into the coolable intermediate volume 15. There, the filler is cooled by water flowing in the cooling coils 38 before it is conveyed further via the line 16 into the cooling reactor 17. During this cooling process, the reactor 10 is cooled by cooling water which flows in the cooling coils 30 to the extent that a new one
Charge Füllstoff über den Trichter 11 in den Reaktor 10 gegeben werden kann. Hier vollzieht sich nun die Aufladung des Füllstoffes in gleicher Weise wie beschrieben. Der Kühlreaktor 17 verfügt über das vierfache Volumen des Reaktors 10, so daß in ihm vier Chargen Füllstoff abgekühlt und gelagert werden können. Dies ist deswegen zweckmäßig, weil die Aufladung des Füllstoffes weniger Zeit in Anspruch nimmt als seine Abkühlung und die nun folgende Vermischung von Füllstoff und Kunststoff.Charge filler can be added to the reactor 10 via the funnel 11. Here the filler is charged in the same way as described. The cooling reactor 17 has four times the volume of the reactor 10, so that four batches of filler can be cooled and stored in it. This is useful because it takes less time to charge the filler than it cools down and the subsequent mixing of filler and plastic.
Ist der Kühlreaktor 17 gefüllt, so hat sich die zuunterst gelegene erste Charge Füllstoff soweit abgekühlt, daß davon ein Teil über die Leitung 18 und den Trichter 11 wieder dem Reaktor 10 zugeführt werden kann. Gleichzeitig wird eine entsprechende Menge Kunststoff über den Trichter 12 in den Reaktor 10 gegeben. Hier findet nun in gleicher Weise wie bei der elektrischen Aufladung des Füllstoffes eine intensive Durchmischung von Kunststoff und Füll stoff statt. Dabei wird die Temperatur ständig über den Temperaturfühler 28 überwacht. Hat sich während des Mischens eine ausreichende Ladungstrennung vollzogen, wird der Mischvorgang beendet. Das fertige pulverförmige Compound kann nun über den Ausgang 13 entweder einer Verpackung zugeführt werden oder einem Granulierextruder bzw. einer anderen Verarbeitungsmaschine.If the cooling reactor 17 is filled, then the first batch of filler located at the bottom has cooled down to such an extent that part of it can be returned to the reactor 10 via the line 18 and the funnel 11. At the same time, a corresponding amount of plastic is introduced into the reactor 10 via the funnel 12. Here, in the same way as with the electrical charging of the filler, an intensive mixing of plastic and filler takes place. The temperature is constantly monitored by the temperature sensor 28. If there is sufficient charge separation during mixing, the mixing process is ended. The finished powdery compound can now either be fed to a package via the outlet 13 or to a granulating extruder or another processing machine.
Beispiel IIExample II
In Abwandlung von der in Beispiel I beschriebenen Verfahrensweise kann die Aufladung des Füllstoffes oder, falls erforderlich auch des Kunststoffes auch dadurch erfolgen, daß die Teilchen einem entsprechend starken elektrischen Feld ausgesetzt werden. Hierzu wird zwischen Rührwerk und Außenwand eines dazu ausgebildeten Reaktors eine entsprechend hohe Spannung angelegt. Besonders vorteilhaft ist dabei die Gestaltung des Rührwerks als Gitter mit aufgesetzten Spitzen, da bei der sogenannten Spitzenent- ladung schon verhältnismäßig kleine Spannungen ausreichen, um örtlich ein starkes elektrisches Feld zu erzeugen. Die richtung ist damit einem Kondensator vergleichbar, wobei die zunächst elektrisch neutralen Festkörperkomponenten als Dielektrikum wirken.In a modification of the procedure described in Example I, the filler or, if necessary, the plastic can also be charged by exposing the particles to a correspondingly strong electric field. For this purpose, a correspondingly high voltage is applied between the agitator and the outer wall of a reactor designed for this purpose. The design of the agitator as a grid with attached tips is particularly advantageous, since the so-called tip removal Charge even small voltages are sufficient to generate a strong electric field locally. The direction is therefore comparable to a capacitor, the initially electrically neutral solid-state components acting as a dielectric.
Bei einer an den Spitzen des Rührwerkgitters anliegenden negativen Spannung senden die Spitzen freie Elektronen aus, die von den Füllstoff- bzw. Kunststoffmolekülen aufgenommen werden. Es ergibt sich ein Elektronenüberschuß, wodurch die Komponententeilchen negativ aufgeladen werden. D' . Teilchen werden damit selbst zu Ladungsträgern, und es kommt zu einer virtuellen Verschiebung des spannungsführenden Gitters in Richtung auf die Außenwand des Reaktors so lange, bis alle Teilchen im gewünschten Umfang elektrisch aufgeladen sind. Eine Entladung der Teilchen an Gegenelektrode, nämlich der Außenwand, wird dadurch verhindert, daß die Innenwandung des Reaktorbehälters mit einer elektrisch isolierenden Schicht ausgekleidet ist.If there is a negative voltage at the tips of the agitator grid, the tips emit free electrons, which are taken up by the filler or plastic molecules. There is an excess of electrons, which negatively charges the component particles. D ' . Particles thus become charge carriers themselves, and the live grid is virtually shifted towards the outer wall of the reactor until all of the particles are electrically charged to the desired extent. Discharge of the particles at the counter electrode, namely the outer wall, is prevented by the inner wall of the reactor vessel being lined with an electrically insulating layer.
Sollen die Teilchen positiv aufgeladen werden, so sind Rührwerksgitter und Außenwand entsprechend umzupolen. Ein starkes elektrisches Feld mit Gitterspitzen als (positive) Anode löst aus den Komponentenmolekülen Elektronen heraus, wodurch es zu einem Elektronenunterschuß, also positiver Aufladung kommt.If the particles are to be charged positively, the agitator grille and outer wall must be reversed accordingly. A strong electric field with lattice tips as a (positive) anode releases electrons from the component molecules, which leads to an electron deficit, i.e. positive charging.
in beiden Fällen wird die eingebrachte Ladungεmenge über die Höhe der Spannung und die Dauer des Vorganges kontrolliert Eine gleichmäßige Ladungsverteilung wird dabei durch ständiges langsames Umwälzen des Materials mittels Drehung des Rührwerksgitters erzeugt.in both cases, the amount of charge introduced is checked via the level of the voltage and the duration of the process. A uniform charge distribution is produced by constant, slow circulation of the material by rotating the agitator grid.
Nach der Aufladung gelangen die Komponenten in einen Mischreaktor und werden dort in gleicher Weise, wie in Beispiel I ausgeführt, gemischt und anschließend einer weiteren Verwendung zugeführt.After charging, the components enter a mixing reactor and are there in the same way as in Example I executed, mixed and then used for further use.
Gegenüber der elektrischen Aufladung in einem Schnellmischer gemäß Beispiel I ist mit der vorstehend in Beispiel II geschilderten Aufladung in einem elektrischen Feld der Vorteil verbunden, daß eine Abkühlung, insbesondere des Füllstoffes, nach der Aufladung nicht mehr notwendig ist. Damit kann der umfangreiche Maschinenpark zur Abkühlung des Materials und Rückführung in den Mischreaktor einge-spart werden. Ferner läßt sich der Aufladungsprozeß infolge wählbarer Polarität und Ladungsmenge besser steuern und somit durch die damit bewirkten Anziehungskräfte bei der Vermischung von Kunststoff und Füllstoff eine besonders gute Umhüllung des Kunststoffkorns erreichen.Compared to electrical charging in a high-speed mixer according to Example I, the charging in an electrical field described above in Example II has the advantage that cooling, in particular of the filler, is no longer necessary after charging. This saves the extensive machinery for cooling the material and returning it to the mixing reactor. Furthermore, the charging process can be better controlled as a result of the selectable polarity and amount of charge, and thus a particularly good coating of the plastic grain can be achieved due to the attractive forces thus caused when the plastic and filler are mixed.
Die Aufladung der Komponenten in einem elektrischen Feld ist in einer Vorrichtung durchführbar, wie sie in den Figuren 2 und 3 schematisch dargestellt ist.The charging of the components in an electrical field can be carried out in a device as shown schematically in FIGS. 2 and 3.
Auf einen Vakuumbehälter 49 sind zwei übereinstimmend ausgebildete Reaktoren 50, 51 für die elektrische Aufladung gesetzt, wobei nachfolgend nur einer der beiden Reaktoren beschrieben ist. Der Reaktor 50 wird über eine VakuumpumpeOn a vacuum container 49, two reactors 50, 51 of identical design for the electric charge are placed, only one of the two reactors being described below. The reactor 50 is powered by a vacuum pump
52 evakuiert, wobei der Unterdruck über den Druckanzeiger52 evacuated, the negative pressure via the pressure indicator
53 kontrollierbar ist. Der Reaktor hat einen Reaktorkörper 54 und einen gegen den Körper 54 elektrisch isolierten Reaktordeckel 55. Der Reaktorkörper 54 ist in seinem53 is controllable. The reactor has a reactor body 54 and a reactor cover 55 which is electrically insulated from the body 54. The reactor body 54 is in its
Innern mit einer Schicht 56 aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff ausgekleidet.Inside lined with a layer 56 of an electrically insulating material.
In den Reaktordeckel 55 ist vakuumdicht und elektrisch isoliert ein Rührwerkszylinder 57 eingeführt, der aus einem elektrisch isolierenden Material und einem leitenden Kern 58 besteht. Der Rührwerkszylinder 57 reicht nur etwa bis zur Hälfte des Reaktorkörpers 54. Wie aus Figur 3 ersichtlich, hat der leitende Kern 58 des Rührwerkszylinders Anschluß an ein Rührwerk 59, welches als ein zweiarmiges Gitter 59a ausgebildet ist, bei dem die einander gegenüberliegenden Gitterflächen jeweils um 30° aus derA stirrer cylinder 57, which consists of an electrically insulating material and a conductive core 58, is introduced into the reactor cover 55 in a vacuum-tight and electrically insulated manner. The agitator cylinder 57 only extends approximately to Half of the reactor body 54. As can be seen from FIG. 3, the conductive core 58 of the agitator cylinder has a connection to an agitator 59 which is designed as a two-armed grating 59a, in which the opposing grating surfaces are each 30 ° from the
Senkrechten gekippt sind. Auf den Kreuzungspunkten der einzelnen das Gitter 59a bildenden Gitterstäbe sind senkrecht zur Gitterebene kurze Spitzen 59b aus leitendem Material angebracht, und zwar nur auf der oberen Seite des um 30° gekippten Gitters 59a sowie in die Drehrichtung des Gitters zeigend.Are tilted vertically. Short points 59b made of conductive material are attached to the intersection points of the individual grid bars forming the grid 59a perpendicular to the grid plane, only on the upper side of the grid 59a tilted by 30 ° and pointing in the direction of rotation of the grid.
An dem leitenden Kern 58 und der aus leitendem Material hergestellten Außenwand 60 des Reaktorkörpers 54 liegt eine Spannung zwischen 0 und 100 kV an, welche von einem stufenlos regelbaren Hochspannungsgenerator 61 erzeugt wird. Dabei wird die Spannung an den sich drehenden leitenden Kern 58 mittels einer Schleifelektrode 62 übertragen.A voltage between 0 and 100 kV is applied to the conductive core 58 and the outer wall 60 of the reactor body 54, which is produced by a conductive material and is generated by a continuously variable high-voltage generator 61. The voltage is transferred to the rotating conductive core 58 by means of a grinding electrode 62.
Der Reaktor 50 ist ferner mit einer vakuumdichten Zu-führungsschleuse 63 sowie einem Ausgang 64 versehen, wobei der letztgenannte mit dem vakuumdichten Produktschieber 33 des "Vakuumbehälters 49 verbunden ist. Dieser Vakuumbehälter 49 ist im übrigen mit allen seinen Bestandteilen so ausgebildet wie der Mischreaktor im Beispiel I. Es fehlen hier das kühlbare Zwischenvolumen und der Kühlreaktor, die bei dem geschilderten Verfahrensgang nicht benötigt werden.The reactor 50 is also provided with a vacuum-tight feed lock 63 and an outlet 64, the latter being connected to the vacuum-tight slide valve 33 of the "vacuum container 49. This vacuum container 49 is otherwise designed with all of its components in the same way as the mixing reactor in the example I. The coolable intermediate volume and the cooling reactor, which are not required in the process described, are missing here.
In der vorstehend beschriebenen Vorrichtung geht das Verfahren gemäß Beispiel II wie folgt vor sich:In the device described above, the process according to Example II proceeds as follows:
Eine Charge des benötigten Füllstoffes wird über die vakuumdichte Materialschleuse 63 in den Reaktor 50 gegeben. Der Füllstoff wird hiervon dem Rührwerk 59 ständig umge- rührt und bewegt. Zwischen Rührwerk 59 und der aus leitendem Material hergestellten Außenwand 60 liegt eine Spannung von etwa 80 kV an, welche vom Hochspannungsgenerator 61 erzeugt ist. Die Polung der beiden leitenden Bestandteile, Rührwerk und Außenwand, richtet sich dabei nach der gewünschten Ladungspolarität des Füllstoffes. Unter Vakuum bleibt der Füllstoff unter ständigem Drehen des Rührwerks so lange in dem Reaktor, bis alle Teilchen die gewünschte Ladung erreicht haben. Danach wird der Füllstoff über den Ausgang 64 und den vakuumdichten Produktschieber 33 in den Vakuumbehälter 49 abgeleitet. Gleichzeitig wird über den Produktschieber 34 eine äquivalente Menge an Kunststoff in den Vakuumbehälter 49 gegeben, wobei der Kunststoff ebenfalls elektrisch aufgeladen sein kann.A batch of the required filler is fed into the reactor 50 via the vacuum-tight material lock 63. The filler is constantly changed by the agitator 59 moves and moves. Between the agitator 59 and the outer wall 60 made of conductive material there is a voltage of approximately 80 kV, which is generated by the high-voltage generator 61. The polarity of the two conductive components, the agitator and the outer wall, depends on the desired charge polarity of the filler. Under vacuum, the filler remains in the reactor while the agitator is constantly rotating until all the particles have reached the desired charge. The filler is then discharged into the vacuum container 49 via the outlet 64 and the vacuum-tight product slide 33. At the same time, an equivalent amount of plastic is placed in the vacuum container 49 via the product slide 34, wherein the plastic can also be electrically charged.
Im Vakuumbehälter 49 vollzieht sich nun durch schnelles Vermischen beider Komponenten eine Ladungstrennung in gleicher Weise wie in Beispiel I beschrieben, so daß es aufgrund der elektrostatischen Anziehungskräfte zur Bildung des gewünschten Compounds kommt.A charge separation takes place in the vacuum container 49 by rapidly mixing the two components in the same way as described in Example I, so that the desired compound is formed due to the electrostatic attractive forces.
Beispiel IIIExample III
Nachdem es sich in den vorhergehend geschilderten Beispielen I und II um Vorrichtungen handelt, die nur eine diskontinuierliche, also chargenweise Herstellung des gewünschten Kunststoff-Füllstoff-Gemisches zulassen, ist die in Figur 4 gezeigte Vorrichtung für einen kontinuierlichen Herstellungsprozeß eingerichtet. Hierbei muß die Aufladung der Komponenten mittels der in Beispiel II erläuterten Verfahrensweise in einem elektrischen Feld vorgenommen werden, da dann auf Abkühlung und somit Zwischenlagerung der Komponenten verzichtet werden kann. Demzufolge besteht die Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung eines Kunststoff-Füllstoff-Gemisches nach Figur 4 aus einer Mischsäule 65, auf die zwei Aufladungsreaktoren 50, 51 aufgesetzt sind, welche den in Beispiel II beschriebenen Reaktoren entsprochen, so daß die darin aufgeladenen Komponenten über die Schleusen 66, 67 in die Mischsäule 65 gelangen. Zur Herstellung des erforderlichen Vakuums ist die Mischsäule 65 an eine Vakuumpumpe 68. angeschlossen, wobei der Druck in der Mischsäule über eine Druckanzeige 69 kontrolliert wird.Since the examples I and II described above are devices which only permit batchwise, that is to say batchwise, production of the desired plastic / filler mixture, the device shown in FIG. 4 is set up for a continuous production process. In this case, the charging of the components must be carried out in an electric field using the procedure described in Example II, since cooling and thus intermediate storage of the components can then be dispensed with. Accordingly, the device for the continuous production of a plastic-filler mixture according to FIG. 4 consists of a mixing column 65, on which two charging reactors 50, 51 are placed, which corresponded to the reactors described in Example II, so that the components charged therein via the locks 66 , 67 get into the mixing column 65. To produce the required vacuum, the mixing column 65 is connected to a vacuum pump 68. The pressure in the mixing column is controlled by a pressure indicator 69.
Die Mischsäule 65 ist als Zylinder 70 ausgebildet, der in einen sich trichterförmig nach unten verjüngenden KegelThe mixing column 65 is designed as a cylinder 70, which in a funnel-shaped cone tapering downwards
71 übergeht. Die Innenwand des zylindrischen Teils 70 der Mischsäule 65 ist mit wendelartig nach oben ansteigenden Riefen 72 versehen. Im Innern der Mischsäule sind an einer senkrecht stehenden Antriebswelle 73 insgesamt drei Rotoren 74 angeordnet, von denen sich einer mit kleinem Durchmesser in der Spitze des Kegels 71 befindet, während die beiden anderen mit entsprechend größerem Durchmesser am unteren Ende des zylindrischen Teils 70 der Mischsäule 65 angebracht sind. Die Drehrichtung der Rotoren 74 ist dabei so gewählt, daß das Material in der aufsteigend geführten Wendelnach oben gefördert wird. Schließlich befindet sich am Fußpunkt des Kegels 71 noch ein Auslaß 75, welcher mit einer Vorrichtung 76 zur Weiterverarbeitung des Kunststoff-FUllstoff-Gemisches, vorzugsweise einem Extruder, verbunden ist.71 passes. The inner wall of the cylindrical part 70 of the mixing column 65 is provided with grooves 72 rising upward in a spiral. In the interior of the mixing column, a total of three rotors 74 are arranged on a vertical drive shaft 73, one of which has a small diameter in the tip of the cone 71, while the other two have a correspondingly larger diameter at the lower end of the cylindrical part 70 of the mixing column 65 are attached. The direction of rotation of the rotors 74 is chosen so that the material is conveyed upwards in the ascending spiral. Finally, there is an outlet 75 at the base of the cone 71, which is connected to a device 76 for further processing of the plastic-filler mixture, preferably an extruder.
Das Verfahren geht in der in Figur 4 dargestellten Vorrichtung wie folgt vor sich:The procedure in the device shown in FIG. 4 is as follows:
Die in den Reaktoren 50 und 51 , wie in Beispiel II beschrieben, entgegengesetzt aufgeladenen Komponenten werde dosiert über die Schleusen 66, 67 in die evakuierte MischThe components charged in opposite directions in the reactors 50 and 51, as described in Example II, are metered into the evacuated mixture via the locks 66, 67
' säule 65 eingespeist. In der Mischsäule treffen sie auf die am Ende des zylindrischen Teils 70 angeordneten Rotoren 74, werden dort vermischt und in der an der Innenwand des Zylinders 70 angebrachten Wendel nach oben gefördert. Während der dadurch aufgezwungenen aufwärts gerichteten Wanderungsbewegung findet eine intensive Vermischung der beiden Komponenten, nämlich Kunststoff und Füllstoff, statt.' column 65 fed. In the mixing column they meet the rotors 74 arranged at the end of the cylindrical part 70, are mixed there and conveyed upwards in the spiral attached to the inner wall of the cylinder 70. During the resulting upward migration movement, an intensive mixing of the two components, namely plastic and filler, takes place.
Die Aufwärtsförderung des Materials in der Wendel und damit die Vermischungsdauer werden gesteuert über dieThe upward conveyance of the material in the spiral and thus the mixing time are controlled via the
Dosierung der Zufuhr von Komponenten in die Mischsäule 65 sowie über die Drehzahl der Rotoren 74, so daß jeweils eine entsprechende Menge fertigen Compounds in den Kegel 71 fällt. Hier wird es unter ständigem weiteren Vermischen durch den in der Kegelspitze angeordneten Rotor 74 zum Auslaß 75 gefördert und kontinuierlich der unter Vakuum stehenden, zur Weiterverarbeitung vorgesehenen Vorrichtung zugeführt. Dabei sollte die gesamte Verweilzeit in der Mischsäule 65 wenigstens fünf Minuten betragen.Metering the supply of components into the mixing column 65 and via the speed of the rotors 74, so that a corresponding amount of finished compounds falls into the cone 71. Here it is conveyed to the outlet 75 with constant further mixing by the rotor 74 arranged in the cone tip and continuously fed to the device which is under vacuum and intended for further processing. The total residence time in the mixing column 65 should be at least five minutes.
Figur 5 zeigt ein vergrößertes Foto eines einzelnen Teilchens 80 eines Kunststoff-Füllstoff-Gemisches, welches nach einem der vorstehend beschriebenen Verfahrensbeispiele hergestellt wurde. Zur besseren Verdeutlichung ist das Teilchen 80 aufgeschnitten und aufgeklappt, so daß ein Einblick in den Aufbau des Teilchens mit Kunststoffkern 81 und Füllstoffhülle 82 gewinnbar ist. Dabei ist die scharfe Trennungslinie 83 zwischen Kunststoffkern 81 und Füllstoffhülle 82 deutlich erkennbar. Die Füllstoffpartikel sind also nicht in den Kunststoffkern eingedrungen bzw. der Kunststoffkern ist nicht an- oder aufgeschmolzen und hat sich mit dem Füllstoff nicht vermengt. Dies wird noch deutlicher sichtbar in den Figuren 6 und 7, welche einen Ausschnitt der Trennungslinie 83 zwischen Kunststoffkern 81 und Füllstoffhülle 82 in zwei verschiedenen stark vergrößerten Rasterelektronenmikroskopaufnahmen zeigen. Zwischen den einzelnen Füllstoffteilchen 84 finden sich keine Bestandteile von Kunststoff 85, wie dies bei einem Ansinter- oder Angeliervorgang zwischen Kunststoff und Füllstoff der Fall wäre. Die Haftung zwischen Kunststoff und Füllstoff geht also lediglich auf die durch die entgegengesetzten elektrischen Ladungen bewirkten Anziehungskräfte zurück.FIG. 5 shows an enlarged photo of an individual particle 80 of a plastic / filler mixture, which was produced according to one of the process examples described above. For better clarification, the particle 80 is cut open and opened, so that an insight into the structure of the particle with plastic core 81 and filler sleeve 82 can be obtained. The sharp dividing line 83 between the plastic core 81 and filler casing 82 is clearly recognizable. The filler particles have therefore not penetrated the plastic core or the plastic core has not melted or melted and has not mixed with the filler. This can be seen even more clearly in FIGS. 6 and 7, which show a section of the dividing line 83 between the plastic core 81 and the filler shell 82 in two different, greatly enlarged scanning electron microscope images. There are no components of plastic 85 between the individual filler particles 84, as would be the case in a sintering or gelling process between plastic and filler. The adhesion between plastic and filler is only due to the attractive forces caused by the opposite electrical charges.
Gewerbliche VerwertbarkeitCommercial usability
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Kunststoff-Füllstoff-Gemisch ist schon in Pulverform gegen Entmischung stabil. In der Regel wird das Gemisch entweder noch granuliert, wenn der Abnehmer dies wünscht, oder unmittelbar der Verarbeitun zu einem Endprodukt zugeführt. Dabei ist es von besonderem Vorteil, daß die Endprodukte im Gegensatz zu dem im Abschnitt "Stand der Technik" beschriebenen Verfahren (DE-OS 23 34 189) nachträglich färbbar sind was sich insbesondere bei aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff hergestellten Fasern günstig auswirkt. Die durch die elektrische Aufladung der Komponenten bewirkten Haftkräfte zwischen Kunststoff und Füllstoff haben ferner wesentlich bessere Werkstoffeigenschaften der gefüllten Thermoplaste zur Folge, die von nach dem Stand der Technik hergestellten Kunststoff-Füllstoff-Gemischen nicht erreicht werden. Dies zeigt die aus Figur 8 zu entnehme de Gegenüberstellung der mechanischen Kennwerte einer handelsüblichen, 40 Gew.-% Talkum enthaltenden Polypropylenmischung mit denen einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten gleichfalls 40 Gew.-% Talkum enthaltenden Polypropylenmischung. Vor allem zeigen sich deutlich ein niedriger E-Modul und eine erheblich bessere Reißfestigkeit und Schlagzähigkeit.The plastic-filler mixture produced by the process according to the invention is stable in powder form against segregation. Typically, the mixture is either granulated if the customer so desires, or directly processed into a final product. It is of particular advantage that the end products, in contrast to the process described in the "prior art" section (DE-OS 23 34 189), can be subsequently dyed, which is particularly advantageous for fibers made from the material according to the invention. The adhesive forces between plastic and filler caused by the electrical charging of the components also result in significantly better material properties of the filled thermoplastics, which are not achieved by plastic-filler mixtures produced according to the prior art. This shows the comparison of the mechanical characteristic values from FIG. 8 commercial polypropylene mixture containing 40% by weight of talc with those of a polypropylene mixture likewise containing 40% by weight of talc, prepared by the process according to the invention. Above all, a low modulus of elasticity and significantly better tear resistance and impact strength are evident.
Die in den Patentansprüchen, in der Beschreibung und in der Zeichnung offenbarten Merkmale des Anmeldungsgegenstandes können sowohl einzeln als auch in beliebige- Kombinationen untereinander für die Verwirklicxiung der Erfindung in ihren verschiedenen Durch- und Ausführungsformen wesentlich sein. The features of the subject matter of the application disclosed in the patent claims, in the description and in the drawing can be essential both individually and in any combination with one another for realizing the invention in its various embodiments and embodiments.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zur Herstellung von Gemischen aus thermoplastischen Kunststoffen und mineralischen oder organischen Füllstoffen, wobei die zu vermischenden Ausgangsstoffe unter Vakuum gemischt und dabei verdichtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffe vor und/oder während der Vermischung mit den Kunststoffen elektrisch bzw. elektrostatisch aufgeladen werden.1. A process for the preparation of mixtures of thermoplastic materials and mineral or organic fillers, the starting materials to be mixed being mixed under vacuum and thereby being compressed, characterized in that the fillers are electrically or electrostatically charged before and / or during the mixing with the plastics become.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Kunststoffe vor und/oder während der Vermischung mit den Füllstoffen elekrisch bzw. elektrostatisch aufgeladen werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the plastics are electrically or electrostatically charged before and / or during mixing with the fillers.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Aufladung der Ausgangsstoffe unter starker Reibung der Partikel aneinander und an den innenliegenden Reaktorteilen mit dadurch entstehender Reibungswärme und entsprechender elektrischer bzw. elektrostatischer Aufladung vorgenommen wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the charging of the starting materials is carried out with strong friction of the particles against one another and on the internal reactor parts with the resulting frictional heat and corresponding electrical or electrostatic charging.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffe mit einer Feuchte von weniger als drei Gewichtsprozent und unter einem Druck von ungefähr eintausend Pascal zur Aufladung gebracht werden.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the fillers are charged with a moisture of less than three percent by weight and under a pressure of approximately one thousand Pascals.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladung bei kurzzeitigen Spitzentemperaturen oberhalb zweihundert Grad Celsius geschieht, wobei diese Temperaturen durch Reibung und/oder Heizung hervorgerufen werden.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the charging takes place at brief peak temperatures above two hundred degrees Celsius, these temperatures being caused by friction and / or heating.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstoffe nach ihrer Aufladung und vor der Vermischung abgekühlt werden.6. The method according to claim 5, characterized in that the starting materials are cooled after charging and before mixing.
7. Verfahren nach Anspruch 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebrachten elektrischen Ladungen zwischen ungefähr eins und zehn Kilovolt betragen.7. The method according to claim 1-6, characterized in that the applied electrical charges are between approximately one and ten kilovolts.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstoffe vor ihrer Vermischung in einem elektrischen Feld aufgeladen werden.8. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the starting materials are charged in an electric field before they are mixed.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstoffe bei der Aufladung zur gleichmäßigen Ladungsverteilung ständig umgewälzt werden.9. The method according to claim 8, characterized in that the starting materials are constantly circulated during charging for uniform charge distribution.
10. Verfahren nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die eingebrachte Ladungsmenge über die Höhe der Spannung und die Dauer des Vorganges kontrolliert wird10. The method according to claim 8 and 9, characterized in that the amount of charge introduced over the amount of Voltage and the duration of the process is controlled
11. Verfahren nach Anspruch 1 - 3 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermischung der aufgeladenen Stoffe unter einem Druck von ungefähr zehn Hillibar geschieht.11. The method according to claim 1-3 or 8, characterized in that the mixing of the charged substances takes place under a pressure of about ten hillbars.
12. Verfahren nach Anspruch 1 - 3 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Vermischung der Ausgangsstoffe auftretende Maximaltemperatur niedriger als die Erweichungstemperatur des eingesetzten Kunststoffes eingestellt wird.12. The method according to claim 1-3 or 8, characterized in that the maximum temperature occurring during the mixing of the starting materials is set lower than the softening temperature of the plastic used.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daβ die Maximaltemperatur je nach Art und Menge des Kunst stoffes und/oder des Füllstoffes verschieden hoch ein gestellt wird. (Tabelle Seite 9 ) .13. The method according to claim 12, characterized in that the maximum temperature depending on the type and amount of plastic and / or the filler is set at different levels. (Table on page 9).
14. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden An sprüche, gekennzeichnet durch eine weitere Verarbeitung der erzeugten Mischung, beispielsweise Granulierung oder Verspinnung, unter die Entladung der Aufladung ausschließenden oder wenigstens vermindernden Bedingungen, vorzugsweise unter Vakuum. 14. The method according to at least one of the preceding claims, characterized by further processing of the mixture produced, for example granulation or spinning, under the discharge of the charge excluding or at least reducing conditions, preferably under vacuum.
15. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung oder das Produkt, beispielsweise das Granulat oder der Spinnfaden, eingefärbt wird.15. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the mixture or the product, for example the granules or the filament, is colored.
16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An- spruch 1 und einem oder mehreren der weiteren vorangehenden Ansprüche, mit einem kühlbaren Vakuumbehälte in dem eine Mischvorrichtung angeordnet ist, wobei die Zuführ von Ausgangsstσffen in den Vakuumbehälter sowie die Entnahme der Mischung aus dem Behälter über der Aufrechterhaltung des Vakuums dienende Trichter und Ventile erfolgt, dadurch gekennzeichnet; daß ein kombinierter Aufladungs- und Mischreaktor (10) mit Einrichtung (26) zur Erzeugung heftiger Reibung der 5 Teile des Reaktorinhalts vorgesehen ist, dem ein kühlbares Zwischenvolumen (15) und diesem wiederum ein Kühlreaktor (17) nachgeordnet sind, wobei eine Leitung (18) vom Kühlreaktor (17) in den Aufladungs- und Mischreaktor (10) zurückführend angeordnet ist.16. Device for carrying out the method according to claim 1 and one or more of the further preceding claims, with a coolable vacuum container in which a mixing device is arranged, the supply of starting materials into the vacuum container and the removal of the mixture from the container above the Maintenance of the vacuum serving funnels and valves is carried out, characterized; that a combined charging and mixing reactor (10) with device (26) for generating violent friction of the 5 parts of the reactor contents is provided, which is followed by a coolable intermediate volume (15) and this in turn a cooling reactor (17), a line (18 ) from the cooling reactor (17) in the charging and mixing reactor (10) is arranged to return.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß Reaktorkörper (19) und Deckel (20) des Aufladungs- und Mischreaktors (10) gegeneinander durch eine Schicht (21) aus nichtleitendem Material elektrisch isoliert sind.17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the reactor body (19) and cover (20) of the charging and mixing reactor (10) are electrically isolated from each other by a layer (21) made of non-conductive material.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (20) an einen Hochspannungsgenerator (24) angeschlossen ist, dessen Ausgangsspannungen stufenlos regelbar ausgelegt ist.18. The apparatus according to claim 17, characterized in that the cover (20) is connected to a high voltage generator (24), the output voltages is designed to be infinitely variable.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß Reaktorkörper (19) und Reibungserzeuger (26) isoliert aufgestellt und über eine Erdungsleitung (25) geerdet sind und daß die Erdung über einen Schalter (27) zu unterbrechen ist.19. The apparatus according to claim 18, characterized in that the reactor body (19) and friction generator (26) are set up in isolation and are grounded via an earthing line (25) and that the earthing is to be interrupted via a switch (27).
20. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Aufladungs- und Mischreaktor (10) ein Temperaturfühler (28) und ein Ladungsmesser (29) angebracht sind.20. The apparatus according to claim 16, characterized in that a temperature sensor (28) and a charge meter (29) are attached in the charging and mixing reactor (10).
21. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das kühlbare Zwischenvolumen (15) evakuierbar und hierzu an eine Vakuumpumpe (36) angeschlossen ist. 21. The apparatus according to claim 16, characterized in that the coolable intermediate volume (15) can be evacuated and for this purpose is connected to a vacuum pump (36).
22. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlreaktor (17) ein mehrfaches Volumen, vorzugsweise das vierfache Volumen, des Aufladungs- und Mischreaktors (10) hat.22. The apparatus according to claim 16, characterized in that the cooling reactor (17) has a multiple volume, preferably four times the volume, of the charging and mixing reactor (10).
23. Vorrichtung nach Anspruch 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlreaktor (17) evakuiert und hierzu an die Vakuumpumpe (36) angeschlossen ist.23. The device according to claim 21 and 22, characterized in that the cooling reactor (17) is evacuated and for this purpose is connected to the vacuum pump (36).
24. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorkörper (40) des Kühlreaktors (17) in seinem Inneren mit einer Schicht (42) aus nichtleitendem Material versehen ist.24. The device according to claim 16, characterized in that the reactor body (40) of the cooling reactor (17) is provided in its interior with a layer (42) made of non-conductive material.
25. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlreaktor (17) eine aufrechtstehende, sich unter der Wirkung eines Antriebs drehende Welle (44) angeordnet ist und daß an der Welle Rührarme (45) befestigt sind, zwischen denen sich Abstreifer (46) befinden;25. The device according to claim 16, characterized in that an upstanding shaft (44) rotating under the action of a drive is arranged in the cooling reactor (17) and that agitator arms (45) are fastened to the shaft, between which are strippers (46 ) are located;
26. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8, mit einem Vakuumbehälter, in dem eine Mischvorrichtung angeordnet ist, wobei die Zufuhr von Ausgangsstoffen in den Vakuumbehälter sowie die Entnahme der Mischung aus dem Behälter über der Aufrechterhaltung des Vakuums dienende Armaturen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vakuumbe hälter (49) Aufladungsreaktoren (50, 51) vorgeschaltet sind.26. The apparatus for carrying out the method according to claim 8, with a vacuum container in which a mixing device is arranged, wherein the supply of starting materials into the vacuum container and the removal of the mixture from the container takes place via the valves which serve to maintain the vacuum, characterized in that that the vacuum tank (49) charging reactors (50, 51) are connected upstream.
27.. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Aufladungsreaktor (50, 51) evakuierbar und hierzu an eine Vakuumpumpe (52) angeschlossen ist. 27 .. Device according to claim 26, characterized in that each charging reactor (50, 51) can be evacuated and for this purpose is connected to a vacuum pump (52).
28. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß Reaktorkörper (54) und Deckel (55) der Aufladungsreaktoren (50, 51) gegeneinander elektrisch isoliert sind.28. The apparatus according to claim 26, characterized in that the reactor body (54) and cover (55) of the charging reactors (50, 51) are electrically insulated from one another.
29. Vorrichtung nach Anspruch 26 - 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorkörper (54) aus leitendem Material besteht, aber in seinem Inneren mit einer Schicht (56) aus elektrisch isolierendem Material ausgekleidet ist.29. The device according to claim 26 - 28, characterized in that the reactor body (54) consists of conductive material, but is lined in its interior with a layer (56) of electrically insulating material.
30. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß vom Deckel (55) her im Reaktorkörper (54) ein RUhrwerkzylinder (57) angeordnet ist, der aus einem elektrisch isolierenden Material mit einem leitenden Kern (58) besteht und bis ungefähr zur Hälfte des .Reaktorkörpers (54) in diesen eintaucht.30. The apparatus according to claim 26, characterized in that an agitator cylinder (57) is arranged from the cover (55) in the reactor body (54), which consists of an electrically insulating material with a conductive core (58) and up to about half of the . Immerses reactor body (54) in this.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Kern (58) des Rührwerkszylinders (57) an ein als mehrarmiges ebenfalls leitendes Gitter (59a) ausgebildetes Rührwerk (59) angeschlossen ist.31. The device according to claim 30, characterized in that the conductive core (58) of the agitator cylinder (57) is connected to an agitator (59) which is also designed as a multi-arm grid (59a) which is conductive.
32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils eine Ebene bildenden Gitterflächen um ungefähr dreißig Grad aus der Senkrechten gekippt sind.32. Apparatus according to claim 31, characterized in that the grid surfaces each forming a plane are tilted by approximately thirty degrees from the vertical.
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht zu den Gitterebenen, jeweils auf der oberen Seite des gekippten Gitters (59a) sowie in Drehrichtung des Rührwerks (59) zeigend, kurze Spitzen (59b) aus leitendem Material angebracht sind. 33. Apparatus according to claim 32, characterized in that short tips (59b) made of conductive material are attached perpendicular to the grating planes, in each case on the upper side of the tilted grating (59a) and in the direction of rotation of the agitator (59).
34. Vorrichtung nach Anspruch 29 und 30, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenwand (60) des Reaktorkörpers (54) und am leitenden Kern (58) eine Spannung bis einhundert Kilovolt anliegt, welche von einem stufenlos regelbaren Hochspannungsgenerator (61) erzeugt wird.34. Apparatus according to claim 29 and 30, characterized in that on the outer wall (60) of the reactor body (54) and on the conductive core (58) a voltage up to one hundred kilovolts is applied, which is generated by a continuously variable high-voltage generator (61).
35.Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladungsreaktoren (50, 51) mit dem Vakuumbehälter (49) vakuumdicht über Schleusen verbunden sind.35.Device according to claim 26, characterized in that the charging reactors (50, 51) with the vacuum container (49) are connected vacuum-tight via locks.
36. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrag (75) des Vakuumbehälters (65) unmittelbar an eine der Weiterverarbeitung dienende Vorrichtung (76) angeschlossen ist.36. Apparatus according to claim 26, characterized in that the discharge (75) of the vacuum container (65) is connected directly to a further processing device (76).
37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß der als Mischsäule (65) ausgebildete Vakuumbehälter aus einem Zylinder (70) besteht, der in einen sich trichterförmig verjüngenden unteren Teil37. Apparatus according to claim 36, characterized in that the vacuum container designed as a mixing column (65) consists of a cylinder (70) which tapers into a funnel-shaped lower part
(71) übergeht, wobei der zylindrische Teil (70) an seiner Innenseite mit wendelartig aufsteigenden Riefen(71) merges, the cylindrical part (70) on the inside with helically rising grooves
(72) versehen ist.(72) is provided.
38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß an einer im Zentrum der Mischsäule (65) stehenden, senkrecht angeordneten Antriebswelle (73) mehrere Rotoren (74) angebracht sind, von denen sich ein Rotor (74) in der Spitze des Trichters (71) befindet, währen die anderen im unteren Bereich des zylindrischen Teils (70) angeordnet sind. 38. Apparatus according to claim 37, characterized in that a plurality of rotors (74) are attached to a vertically arranged drive shaft (73) standing in the center of the mixing column (65), of which a rotor (74) is located in the tip of the funnel ( 71) is located, while the others are arranged in the lower region of the cylindrical part (70).
39. Werkstoff in Form eines Gemisches aus thermoplastischen Kunststoffen und mineralischen oder organischen Füllstoffen, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch39. Material in the form of a mixture of thermoplastics and mineral or organic fillers, produced by the method according to claim
1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gemisch bestandteile (80) aus einem Kern (81) von thermoplastischem Kunststoff und einer darum gebildeten Füllstoffhülle (82) bestehen.1 or 2, characterized in that the mixture components (80) consist of a core (81) of thermoplastic material and a filler shell (82) formed around it.
40. Werkstoff nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffhülle (82) allein aufgrund der durch die entgegengesetzten elektrischen Ladungen von Kunststoff und Füllstoff bewirkten Anziehungskräfte an den Kunststoffkern (81) festhält.40. Material according to claim 39, characterized in that the filler casing (82) holds onto the plastic core (81) solely on the basis of the attractive forces caused by the opposite electrical charges of plastic and filler.
41. Werkstoff nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Kunststoffkerns (81) unter den angelagerten Füllstoffteilchen unverletzt ist.41. Material according to claim 40, characterized in that the surface of the plastic core (81) is undamaged under the attached filler particles.
42. Werkstoff nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffhülle (82) mechanisch stabil ist. 42. Material according to claim 40, characterized in that the filler shell (82) is mechanically stable.
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