WO2000067937A2 - Thermoplastisches verbundmaterial - Google Patents

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WO2000067937A2
WO2000067937A2 PCT/EP2000/003852 EP0003852W WO0067937A2 WO 2000067937 A2 WO2000067937 A2 WO 2000067937A2 EP 0003852 W EP0003852 W EP 0003852W WO 0067937 A2 WO0067937 A2 WO 0067937A2
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thermoplastic
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Jürgen Lorenz
Ewald Wilka
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Henkel Dorus Gmbh & Co. Kg
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/047Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with mixed fibrous material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/12Layered products comprising a layer of synthetic resin next to a fibrous or filamentary layer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
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    • C08J5/04Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/046Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with synthetic macromolecular fibrous material

Definitions

  • the invention relates to a thermoplastic composite material containing an organic fiber material or a mixture of two or more organic fiber materials, and a thermoplastic binder.
  • the invention further relates to a method for producing such a thermoplastic composite material.
  • the invention relates to the use of such a composite material for coating surfaces of objects, and to the objects coated therewith.
  • the invention also relates to an adhesive which serves to connect the composite material to the object to be coated.
  • Composite materials also called composite materials, are materials that are created by incorporating a basic material, for example in the form of fibers, into a second material (the matrix). Certain properties (e.g. mechanical properties,
  • the quantity of the base material can vary widely in relation to the matrix surrounding it.
  • the proportion of matrix in wood-based materials which includes, for example, the known particle board, is usually only 10-15%.
  • the matrix proportion in fiber-reinforced plastics, for example in glass-fiber reinforced plastics can be significantly higher, for example over 70 or over 80%.
  • the composite material it is often possible to give the composite material certain properties of the base material that are paired with certain properties of the matrix by a suitable choice of base material and matrix.
  • the use of glass or natural material fibers in thermosetting plastics can be one Transfer the tensile strength of the fibers to the plastic matrix, which in turn contributes advantages in terms of shape, shape stability and processability to the composite material.
  • the production of composite materials is often used to produce a material from by-products that arise during the processing of a certain base material, which has characteristic properties of the base material.
  • the corresponding composite material can then generally be used at least as a substitute material for the base material, and thus permits "material-related" recycling of the base material waste or by-products. This is the case, for example, when recycling wood waste in particle boards.
  • Another example of material-related recycling of waste products is the processing of trimming and punching waste from leather and shoe production into leather fiber materials.
  • LEFA leather fiber materials
  • LEFA is usually a single-layer fabric made of leather fibers and binders.
  • LEFA sheets were already used in the shoe industry at the end of the 1930s, for example for the production of back caps, fire and midsoles, slippers, heels and frames. The LEFA materials were also used to a small extent for technical leather seals.
  • leather In addition to properties such as flexibility and durability, which qualify leather for use in the shoe or baggage goods industry, leather is increasingly being used in other areas in which the decorative features of the leather are mainly used.
  • leather is increasingly being used in other areas in which the decorative features of the leather are mainly used.
  • the use of leather as a surface material for furniture fronts, wall or ceiling panels or other commodities has so far been difficult or even impossible.
  • the use of leather as a surface material for objects with a three-dimensional relief structure could only be realized with considerable effort. Since leather has no thermoplastic properties, it can only be used to a limited extent as a surface coating material. In particular, it is difficult to provide changing smooth three-dimensional relief structures with a smooth leather surface in a rational process.
  • Such rational methods for coating relief-like surfaces of moldings are known, for example, from the film coating industry.
  • a shaped body (object) is coated with a thermoplastic plastic film by heating the shaped body and plastic film to a temperature above the flow transition limit of the plastic film and the film in a suitable manner (for example by applying a vacuum between the shaped body and the plastic film) onto the shaped body is drawn up (deep-drawing process).
  • a suitable manner for example by applying a vacuum between the shaped body and the plastic film
  • an adhesive ensures a permanent connection between the plastic film and the molded body.
  • thermoplastic film As the coating material. So far, however, it has not been possible to equip leather-like substitute materials, for example LEFA, so that on the one hand they have the thermoplastic properties that are necessary for use in deep-drawing processes, and on the other hand they still have leather-like surface properties.
  • WO 98/50617 relates to a thermoplastic composite material which contains, for example, leather and a binder, the binder containing polyacrylates composed of at least one aqueous anionic polyacrylate dispersion and at least one aqueous cationic polyacrylate dispersion.
  • the composite materials described have the disadvantage of limited cohesion, so that, for example when using the composite materials described in deep-drawing processes, only limited profile depths (radii) can be coated without tearing the composite material.
  • PCT / EPOO / 03852 PCT / EPOO / 03852
  • the object of the present invention was therefore to provide a composite material which largely has the properties of the natural fibers used as the base material, but on the other hand is suitable due to its thermoplastic properties for processing in modern deep-drawing processes, and has sufficient cohesion for crack-free coating and bridging large profile depths and, moreover, is as easy to manufacture as possible.
  • thermoplastic composite material can be firmly and permanently bonded to a large number of surfaces in the course of machine processing.
  • thermoplastic composite material which contains organic fibers, in particular leather fibers, and a thermoplastic binder as the matrix material if a thermoplastic binder is used as the matrix material which contains at least 10% by weight of a polymer selected from the group consisting of Group consisting of polyurethanes, polyesters, polyamides, polyolefins, polyvinyl esters, polyethers, polystyrenes, styrene-olefin copolymers, polyacrylates or ethylene-vinyl acetate copolymers, or mixtures or copolymers of two or more of the polymers mentioned, the matrix material not exclusively consisting of two polyacrylates.
  • a polymer selected from the group consisting of Group consisting of polyurethanes, polyesters, polyamides, polyolefins, polyvinyl esters, polyethers, polystyrenes, styrene-olefin copolymers, polyacrylates or ethylene-vinyl acetate copoly
  • thermoplastic composite material obtainable from the polymers mentioned preferably has a flow transition limit of approximately 70 to approximately 130 ° C.
  • the invention therefore relates to a thermoplastic composite material containing
  • the binder at least 10 wt .-% of a polymer selected from the group consisting of polyurethanes, polyesters, polyamides, polyolefins, polyvinyl esters, polyethers, polystyrenes, styrene-olefin copolymers, poly-acrylates or ethylene-vinyl acetate copolymers, or mixtures or copolymers of two or more of the polymers mentioned, the binder not being composed exclusively of two different polyacrylates.
  • a polymer selected from the group consisting of polyurethanes, polyesters, polyamides, polyolefins, polyvinyl esters, polyethers, polystyrenes, styrene-olefin copolymers, poly-acrylates or ethylene-vinyl acetate copolymers, or mixtures or copolymers of two or more of the polymers mentioned, the binder not being composed exclusively of two different polyacrylates.
  • organic fiber material is suitable as component A of the thermoplastic composite material which gives the thermoplastic composite material the properties desired by the user, for example a certain appearance or a certain handle.
  • organic fiber material is understood to mean both naturally obtained or naturally obtainable fibers and also synthetically produced fibers, as long as they are based on an “organic basis”. For example, fibers such as asbestos, glass fibers or carbon fibers are not included in the organic fiber material.
  • Plastic fibers, plant fibers or animal fibers are usually used in the context of the present invention.
  • Suitable natural fibers include, for example, animal fibers such as wool, hair or silk. Vegetable fibers, for example cotton, kapok, flax, hemp, jute, kenaf, ramie, gorse, manila, coconut or can also be used Sisal. Suitable plastic fibers made from natural polymers are cupro, viscose, modal, acetate, triacetate and protein fibers or alginate fibers or mixtures of two or more of the fibers mentioned.
  • Suitable fibers made of synthetic polymers are, for example, polyacrylic, polymethacrylic, polyvinyl chloride, flour-containing polymer fibers, polyethylene, polypropylene, vinyl acetate, polyacrylonitrile, polyamide, polyester or polyurethane fibers.
  • leather fibers as the organic fiber material.
  • leather waste is shredded and crushed using a suitable process, so that the fibers obtained can subsequently be used in the process according to the invention to obtain a thermoplastic composite material with properties similar to leather.
  • the leather fibers can basically be obtained from any kind of leather waste. It can be both chrome-tanned and vegetable-tanned leather.
  • Types of leather which can be used in the context of the invention are, for example, boxing leather, such as cow box, calf or mast box, sanding box, chevrou leather, suede leather, velvet goat leather, sandal leather, under leather, lining leather, nappa leather, suede leather, glove leather, suede, vachette leather, blank leather. as well as technical leather, cleaning leather, hat band leather or transparent leather.
  • the organic fiber material is crushed to an elongated length of approximately 0.1 to 15 mm.
  • a length of approximately 0.5 to 13 mm, preferably approximately 1 to approximately 10 mm and particularly preferably approximately 3 to approximately 8 mm fiber length is appropriate.
  • the fiber length is measured in the stretched state of the fiber, depending on the starting material and type of comminution it can of course happen that the fiber takes on an irregularly curved shape without external influences.
  • Component A is contained in the thermoplastic composite material according to the invention in an amount of at least about 10% by weight as the base material. With an increasing proportion of A, the thermoplastic composite material increasingly takes on the properties of the organic fiber material.
  • the proportion of the organic fiber material can optionally also be greater, for example about 30% by weight, 35% by weight, 40% by weight, 45% by weight or even more than about 50% by weight, with proportions of, for example, 55% by weight or even 60% by weight and more are possible.
  • the proportion of fiber materials is particularly preferably from approximately 15 to approximately 50% by weight, very particularly preferably from approximately 25 to less than approximately 45% by weight.
  • leather fibers are preferably contained as component A in the thermoplastic composite material according to the invention.
  • thermoplastic composite material contains a thermoplastic binder as component B.
  • binder is understood to mean polymeric compounds which serve as a matrix in the composite material. Polymeric materials with a molecular weight of more than about 1000 are generally used as binders, but the molecular weight is preferably higher.
  • the molecular weight (M n ) of the polymers present in the binder is preferably between approximately 10,000 and approximately 1,000,000, particularly preferably between approximately 20,000 and approximately 300,000 and particularly preferably between ö about 50,000 and about 150,000.
  • binder stands for the entirety of the polymeric matrix material, irrespective of how many polymeric components it consists of and how many different preparations containing the polymers constituting the binder were required for its production.
  • the molecular weight distribution of the polymers does not have to be monomodal. If appropriate, the thermoplastic binder can also have a bimodal or higher-modal distribution.
  • a binder which contains at least 10% by weight of a polymer selected from polyurethanes, polyesters, polyamides, polyolefins, polyvinyl esters, polyethers, polystyrenes, styrene-olefin copolymers, polyacrylates or ethylene-vinyl acetate copolymers. Contains copolymers, or mixtures or copolymers of two or more of the polymers mentioned, wherein the binder does not consist exclusively of two polyacrylates.
  • binders which contain at least two different polymers are used to produce the thermoplastic composite materials.
  • two different polymers are understood to mean two types of polymer, which differ in their chemical composition, ie in the type of monomers involved in the structure of the polymers or, if two or more monomers are involved in the structure of the polymer of the monomers with one another or in both. It is irrelevant whether the individual polymer has thermoplastic properties as long as the mixture of two different polymers has a corresponding thermoplasticity.
  • polyurethanes are to be understood as all polymers which have at least two urethane groups in the polymer backbone.
  • suitable polyurethanes are all thermoplastic polyurethanes known to the person skilled in the field of polyurethane chemistry, in particular those polyurethanes which are usually used in the production of thermoplastic molded articles, in particular films, or for the thermoplastic coating of surfaces.
  • polyester polyurethanes or polyether polyurethanes are suitable, as are obtainable by reacting dicarboxylic acids with corresponding polyfunctional alcohols, in particular difunctional alcohols, for example difunctional polyethers such as polyethylene oxide, to give polyether or polyester polyols and subsequent reaction of the corresponding polyether or polyester polyols with di- or polyfunctional isocyanates .
  • polyester is to be understood as meaning all polymers which have at least two ester groups and no urethane groups in the polymer backbone.
  • All thermoplastic polyesters known to the person skilled in the art are suitable as polyesters in the context of the present invention, in particular those polyesters as are usually used in the production of thermoplastic molded articles, in particular films, or for thermoplastic coating of surfaces.
  • polyesters as are obtainable by reacting dicarboxylic acids with corresponding polyfunctional alcohols, in particular difunctional alcohols, for example difunctional polyethers such as polyethylene oxide, are suitable.
  • thermoplastic polyamides as are obtainable by reacting suitable di- or polycarboxylic acids with corresponding amines are suitable as polyamides.
  • Polyolefins suitable in the context of the present invention can be obtained, for example, by free-radical or coordinative polymerization of ⁇ -olefins, in particular of ethylene or propylene.
  • the polymers of vinyl acetate are particularly suitable as polyvinyl esters.
  • Polyethers suitable for the purposes of the present invention are, for example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polybutylene oxide or polytetrahydrofuran, in particular with a molecular weight of more than about 5,000.
  • polystyrene or ⁇ -methylstyrene are suitable as polystyrenes.
  • styrene-olefin copolymers are also suitable as polymers for use in the binder of the thermoplastic composite material according to the invention.
  • styrene-olefin copolymers are used, such as, for example, under the name Kagetex LBS 3565 or Kagetex LBS 3060 from the company Kautschukgesellschaft or under the name Intex 131 from the company Enichem or under the name 28 W 20 from are available from Synthomerchemie.
  • the polymers of the esters of unsaturated alcohols with corresponding carboxylic acids are suitable as polyvinyl esters.
  • Suitable unsaturated alcohols are, for example, the unsaturated aliphatic alcohols with 2 to about 22 C atoms, in particular with 2 to about 8 C atoms.
  • the linear and branched alkanoic acids with 2 to about 22 C atoms, in particular with 2 to about 8 C atoms, are suitable as carboxylic acids.
  • polyvinyl acetate is used.
  • Suitable polyvinyl acetates are available for example under the name Vinnapas D50 from Wacker, Mowilith D 60 from Clariant or Vinnamul 60 044, Vinnamul 9300, Vinnamul 9960 or Vinnamul 84125 from Vinnamul (NL).
  • Polymers which are in the form of an aqueous dispersion are preferably used to produce the composites according to the invention. These can be anionically stabilized or cationically stabilized polymer dispersions.
  • the dispersion can be stabilized, for example, by self-emulsifiable polymers, i.e. by polymers which carry corresponding hydrophilic groups, for example carboxylic acid groups or amino groups.
  • polyacrylate or “polyacrylates” as used in the context of the present text refer below to both polymers or copolymers of acrylic acid and / or their derivatives and to polymers or copolymers of methacrylic acid and / or their derivatives.
  • Polyacrylates can be prepared by using acrylic acid and / or methacrylic acid and / or derivatives of acrylic acid and / or methacrylic acid, for example their esters with mono- or polyfunctional alcohols, in each case alone or as a mixture of two or more thereof in a known manner, for example free-radical or ionically be polymerized.
  • polyacrylates in anionic dispersion as can be obtained, for example, by emulsion polymerization of the corresponding monomers and comonomers, are preferred.
  • Aqueous anionic dispersions generally contain, for example, the sodium, potassium and / or ammonium salts of long-chain, aliphatic carboxylic acids and / or sulfonic acids for emulsification.
  • alkali-C 10 are also suitable.
  • homopolymers or copolymers can be used as polyacrylates which, in addition to the acrylic acid esters (acrylates), also contain styrene, acrylonitrile, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl chloride, vinylidene chloride and / or butadiene.
  • Suitable monomers in the preparation of the polyacrylates are, in particular, methacrylate, ethyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, tert-butyl acrylate, hexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate or lauryl acrylate. If necessary, small amounts of acrylic acid, methacrylic acid, acrylamide or methacrylamide can be added as further monomers during the polymerization.
  • acrylates and / or methacrylates with one or more functional groups can be present in the polymerization.
  • these are maleic acid, itaconic acid, butanediol diacrylate, hexanediol diacrylate, triethylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol diacrylate,
  • Acrylic ester-vinyl ester copolymers, acrylic ester-styrene copolymers or acrylic ester-methacrylic ester copolymers are particularly preferred.
  • Particularly preferred and suitable for use in the thermoplastic composite materials according to the invention are polyacrylate dispersions, such as those sold under the brand name Acronal ® by BASF AG, Ludwigshafen, in particular the products Acronal ® 500 D and Acronal ® S312 D.
  • anionic polyacrylate dispersions have only one type of polymer. If two different polyacrylates from anionic dispersions are to be used, it is generally necessary to use two different anionic dispersions, which contain the respective polymer in dispersed form I included. In the context of the present invention, however, it is irrelevant whether the various polyacrylates preferably contained in the matrix are present in a single dispersion or whether they are obtained from two or more different dispersions.
  • the binder used as component B contains at least two of the abovementioned polymers, the proportion of the two polymers in the total binder, that is to say in total component B, in total at least about 10% by weight, for example at least about 20% by weight, at least about 30% by weight or at least about 40% by weight or more, for example at least about 50 to about 70% by weight or up to about 80% by weight.
  • the binder used as component B contains, in addition to two of the above-mentioned types of polymers, only one polyacrylate or no polyacrylate.
  • the binder contains at least one polyvinyl acetate and at least one styrene-butadiene copolymer, in particular such a block copolymer.
  • thermoplastic properties of the thermoplastic composite material according to the invention can be influenced by the choice of polyacrylates with a suitable minimum film-forming temperature.
  • the minimum film formation temperature of a polymer is the lowest temperature at which a dispersion just forms a coherent film after the water has evaporated. It is close to the glass transition temperature T g of the polymer and, with the formation of the film, determines one of the most important application properties of a polymer dispersion.
  • the minimum film forming temperature (MFT) is usually determined according to DIN 53787.
  • At least one of the polymers has an MFT of up to 30 ° C.
  • At least one of the polymers has an MFT of approximately up to 5 ° C. and at least one further polymer has an MFT of approximately 15 ° C. to approximately 25 ° C.
  • the total proportion of component B in the thermoplastic composite material is preferably at least about 20% by weight. It can be advantageous, for example for a targeted change in properties, if the thermoplastic composite material contains at least approximately 30% by weight or at least approximately 40% by weight or more of component B, for example at least approximately 50 to at least approximately 80% by weight. In a preferred embodiment of the invention, the proportion of component B in the total thermoplastic composite material is about 50 to about 75% by weight.
  • thermoplastic composite material according to the invention can also have further components, preferably in a proportion of up to about 20% by weight.
  • these include, for example, inorganic salts, cationic polymers, preservatives, dyes, natural and / or synthetic fats, paraffins, natural and / or synthetic oils, silicone oils and ionic and / or nonionic surfactants.
  • Salts of aluminum or copper are preferably used as inorganic salts; aluminum sulfate is particularly preferred.
  • Cationic polymers or cationically charged polymers are polymers which carry positive charges on the polymer backbone or on side groups covalently bonded to the polymer backbone.
  • Cationic charges can be applied to a polymer by attaching suitable cationic groups.
  • “Cationic groups” are understood to mean groups which either carry a positive charge or can be converted into a group carrying a cationic charge by a simple reaction, for example quaternization. As a rule, these are amines or ammonium groups.
  • a “quaternization” is understood to mean a reaction in which a primary, secondary or tertiary amine is converted into the tetravalent, positively charged form by reaction with a suitable reagent.
  • suitable reagents are, for example, alkyl halides, especially alkyl chlorides, alkyl bromides and alkyl iodides, and protonic acids, for example mineral acids, such as hydrohalic acid, phosphoric acid, sulfuric acid, or strong organic acids, such as formic or acetic acid.
  • Suitable polymers carrying cationic groups can be suitably modified polyacrylates, polyesters, polyurethanes or other polymers which carry at least one primary, secondary or tertiary nitrogen atom. In the context of the present invention, preference is given to using polyacrylates which carry cationic groups.
  • Such polyacrylates can be prepared, for example, by the monomers described above (with the exception of the monomers bearing free acid groups) are copolymerized together with a suitable ethylenically unsaturated compound bearing a primary, secondary or tertiary amino group.
  • Suitable ethylenically unsaturated, primary, secondary or tertiary amino groups are, for example, dimethylaminoethyl methacrylate, dimethylaminoneopentyl acrylate, dimethylaminopropyl methacrylate, aminoethyl methacrylate, 2-N-morpholinoethyl acrylate, tert.-butylaminoethyl methyl acrylate, 2,2-methacrylate, 4-methacrylate din,
  • the cationically charged polymers preferably have a pH of about 3 to about 8, but particularly preferably the pH of the cationically charged polymers is neutral, i.e. between about 6.5 and about 7.5.
  • the charge density i.e. the number of cationic groups per unit weight of polymer is preferably about 2 to about 6 meq / g, more preferably about 2.5 to about 5 meq / g, and more preferably about 3.5 to about 4.5 meq / g.
  • the cationic polymer generally has a molecular weight from about 1,000 to about 500,000, with molecular weights from about 50,000 to about 150,000, in particular from about 80,000 to about 120,000, being preferred.
  • preservatives those preservatives which have a fungicidal spectrum of action are particularly preferred.
  • Preventol ® A11 D a preservative sold by BAYER, Leverkusen, is particularly suitable for the purposes of the invention.
  • component B contains at least 50% by weight of polyvinyl acetate. In a further preferred embodiment of the invention, component B contains at least 20% by weight of a copolymer of butadiene and styrene.
  • thermoplastic composite material contains
  • Paraffins natural and / or synthetic oils, silicone oils, ionic and / or non-ionic surfactants.
  • thermoplastic composite material according to the invention is preferably used to coat surfaces with a relief structure. Such coatings are usually applied in the so-called deep-drawing process.
  • the thermoplastic composite material has a flow transition range of approximately 70 to 130 ° C.
  • thermoplastic composite materials according to the invention can be subjected to irreversible changes in shape, for example stretching.
  • the thermoplastic composite material according to the invention due to its special tear strength combined with good flowability, can also coat reliefs with large height differences (radii) without cracks in the coating and while maintaining the original surface structure.
  • thermoplastic composite material according to the invention is preferably produced by contacting component A with the constituents component B, these constituents preferably being in aqueous dispersion.
  • component B has more than one component, i.e. more than one polymer
  • the two polymers can coexist in a dispersion.
  • both polymers are present in different dispersions.
  • component A and the constituents of component B are mixed in one or more dispersions and the constituents of component B are coagulated simultaneously, i.e. during the mixing, or subsequently, i.e. in a separate process step after the mixing.
  • the invention therefore also relates to a process for producing a thermoplastic composite material comprising
  • the dispersion or the dispersions do not consist exclusively of two different polyacrylates, are mixed to form a mixture so that the polymers contained in the dispersion or the dispersions form component B, and then the mixture is treated with an aqueous solution of an aluminum or a copper salt, dewatered and is dried.
  • dispersions can be used in the context of the present invention.
  • an anionically stabilized dispersion and a cationically stabilized dispersion can be used.
  • the dispersions can be chosen so that there is essentially complete coagulation, i.e. essentially complete precipitation of the binders contained in the dispersion. However, it is also possible to proceed in such a way that only a part of the binder is precipitated.
  • polymer dispersions are used which are essentially identically stabilized, at least with regard to the charge of the stabilizing species.
  • dispersions can be used which are anionically or cationically stabilized.
  • anionically stabilized polymer dispersions are used.
  • the treatment of the mixture with an aqueous solution of an aluminum or a copper salt is carried out in such a way that essentially all polymer molecules present in the mixture precipitate after the treatment, i.e. are coagulated.
  • thermoplastic composite materials To produce the thermoplastic composite materials according to the invention, tanned leather waste is comminuted in knife mills to a size of approximately 1 cm 2 (pre-cut). The shredding is usually carried out dry at this stage.
  • the pre-shredded leather waste is weighed and wet defibrated using so-called disc refiners.
  • the water addition is controlled in such a way that a knot-free fiber pulp is obtained which consists of approximately 5% by weight of fibers and approximately 95% by weight of water (corresponding to approximately 1000 kg of fibers per 20 m 3 of water).
  • the comminution is preferably carried out in such a way that part of the wastewater later in the process is returned to the circuit at this point. In this way it is possible to achieve a waste water content of approximately 50%, preferably above, of the total water used during the comminution process.
  • the suspension of leather fibers in water thus obtainable is then transferred to a suitable vessel, preferably an attachment chest.
  • the amount transferred is dimensioned such that the concentration of leather fibers is between about 1.5 and about 2.5% by weight, based on the total amount intended.
  • the leather fibers contain a proportion of chrome-tanned leather or if the leather fibers consist exclusively of chrome-tanned leather, vegetable tannins, for example chestnut extract, quebracho, mimosa or valonea, are first added.
  • Fatliquors are then added. All leather greasing agents which are emulsifiable in water are suitable as greasing agents.
  • This sulfated fish oils are preferably used, for example Licrol ® DM 10 from Eberle, Coriatol U6 by the company Polychemie or CORIPOL 2397 by the company WO 00/67937 _ .. PCT / EP00 / 03852
  • Dyes can also be added to the batch. These are usually quantitative iron oxide paints, for example Bayferrox ® 960 (BAYER company).
  • Preservatives for example Preventol A11D (from BAYER), natural and / or synthetic fats, natural and / or synthetic oils, silicone oils and / or ionic and / or nonionic surfactants can also be added to the batch.
  • additives are not water-soluble or self-emulsifiable in water, they are generally added to the batch in the form of emulsions.
  • the polymer dispersion or the mixture of two or more different polymer dispersions is then added.
  • polymer dispersions If two or more different polymer dispersions are to be used, they can be added to the mixture either simultaneously or in any order.
  • the anionically stabilized polymer dispersion or the anionically stabilized polymer dispersions are added separately from the cationically stabilized polymer dispersion or the cationically stabilized polymer dispersions. The order does not matter.
  • Aluminum sulfate is preferably used, with about 40 to 300 l, preferably about 100 to about 250 l, particularly preferably about 120 to about 200 per 1000 kg batch I an about 20 to preferably about 60 wt .-% aluminum sulfate solution are added.
  • the mixture can be treated with a solution of a cationically charged polymer.
  • the cationically charged polymer preferably has a molecular weight that does not exceed about 150,000, advantageously from about 80,000 to about 120,000.
  • the charge density of the cationically charged polymer is about 2.00 to 5.00 meq / g, preferably about 2.50 to about 4.50 meq / g and particularly preferably about 3.00 to about 4.00 meq / g.
  • the amount of the cationically charged polymer is approximately 0.1 to 10% by weight, based on the total dry mass in the batch, preferably approximately 1 to 8% by weight and particularly preferably approximately 2 to 6% by weight.
  • the batch After stirring for about an hour, the batch is freed of excess water with the aid of a suitable dewatering device.
  • a suitable dewatering device On the one hand, there are drainage devices that work in the so-called batch process, for example a so-called mill press, but continuous processing on a four-wire dewatering machine is preferred.
  • the batch is dewatered on the four-wire dewatering machine to a residual water content of about 70% by weight.
  • the material obtained is pressed with the aid of a suitable pressing device, preferably a cycle press, at a pressure of about 1000 to about 3000 t, preferably about 1500 to about 2500 l.
  • a suitable pressing device preferably a cycle press
  • the material treated in this way is then passed through a suitable thermal drying device, and here to a residual water content of approximately 10% by weight dried and then wound up on rolls.
  • the films obtained in this way have, for example, a flow transition range from approximately 70 to approximately 130 ° C. and are therefore suitable for modern surface coating processes, preferably so-called deep-drawing processes.
  • an adhesive is generally used.
  • adhesives are understood to mean non-metallic, preferably organic, substances which connect parts to be joined by surface adhesion and internal strength.
  • the adhesives include, for example, glues, dispersion adhesives, solvent-based adhesives and / or contact adhesives.
  • Organic adhesives are preferably used in the context of the present invention, which can either be physically setting adhesives or chemically reacting adhesives or a combination of the two.
  • the physically setting adhesives which can be used for the purposes of the present invention include, for example, adhesives, contact adhesives or hot melt adhesives present in solution or dispersion.
  • chemically reacting adhesives e.g. those are used which impart sufficient adhesion of the surfaces to be bonded to one another without the elimination of volatile constituents.
  • adhesives which achieve the required adhesion by eliminating volatile constituents.
  • the adhesives can be both cold-curing and heat-curing, have a thermoplastic, thermoset or elastomeric final state and can be used in one or two or more components.
  • the surfaces to be bonded are subjected to increased pressure after the joining.
  • adhesives are therefore used in the context of the present invention which, after pressure has been exerted on the surfaces to be joined, result in improved adhesion compared to pressure-free processing.
  • the adhesives used in the context of the present invention advantageously have at least three different macromolecular compounds as adhesion promoters.
  • adhesion promoters are understood to mean macromolecular substances which mainly contribute to the development of the adhesion and cohesion forces between the surfaces to be bonded.
  • a combination of polyurethane, polyacrylate and ethylene vinyl acetate copolymer (EVA copolymer), in the form of aqueous dispersions or as a hot melt adhesive is used as the adhesion promoter.
  • EVA copolymer ethylene vinyl acetate copolymer
  • the adhesive contains about 30 to 120 parts by weight of a preferably anionic polyester polyurethane dispersion.
  • Polyester polyurethanes can be obtained by generally reacting relatively low molecular weight polyesters with OH end groups with at least divalent isocyanates with the formation of urethane linkages.
  • the polyesters generally have a molecular weight of at least about 400, preferably at least about 500. Both aromatic and aliphatic polyesters can be used, whereby aromatic polyesters are usually not suitable as the sole polyester component due to the high tendency to crystallize and the low flexibility.
  • Aliphatic dicarboxylic acids such as butane-1, 4-dicarboxylic acid, pentane-1, 5-dicarboxylic acid, hexane-1, 6-dicarboxylic acid, heptane-1,7-dicarboxylic acid or, for example, are usually involved as acid components in the structure of the polyester 2.0 further, higher homologues with increasing number of carbon atoms.
  • Aromatic dicarboxylic acids for example terephthalic acid or isophthalic acid, can also be used.
  • all aliphatic dialcohols with 2 to about 20 carbon atoms can be used as the diol component for the production of the polyesters.
  • the polyesters can also have been produced using acid or alcohol components which have a functionality different from 2.
  • acid or alcohol components which have a functionality different from 2.
  • 1, 2,3-propane tricarboxylic acid, hemimellitic acid, trimellitic acid, trimesic acid or 1, 2,4,5-benzenetetracarboxylic acid can be used as the 3 or higher acid components.
  • Trivalent or higher alcohol components are, for example, glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol or carbohydrates, such as the monomeric sugar compounds, especially glucose.
  • reaction products of two or higher alcohols with ethylene oxide and / or propylene oxide can also be used as the diol component.
  • the reaction generally takes place with a stoichiometry which, on the one hand, allows the desired molecular weight to be set (generally about 400 to about 10,000, preferably about 500 to about 5,000) and at the same time ensures that the polyester has at least one hydroxyl group in the molecule, preferably as End group.
  • polyesters described are then reacted with di- or higher-valent, for example tri or tetraisocyanates.
  • di- or higher-valent for example tri or tetraisocyanates.
  • all aliphatic or aromatic polyisocyanates can be used for this purpose.
  • Preferred polyisocyanates are, for example, 1,6-hexamethylene diisocyanate, 2,4- and 2,6-tolylene diisocyanate, and 4,4'-diisocyanatodiphenylmethane (MDI).
  • MDI 4,4'-diisocyanatodiphenylmethane
  • tolylene diisocyanate it is preferably an isomer mixture which has the 2,4- and the 2,6-isomer in a ratio of about 80 to about 20.
  • the polyurethanes are, for example, in dispersed form, water being preferred as the continuous phase.
  • anionic emulsifiers are used.
  • the polyurethane dispersions have a solids content of about 35 to about 65%, a viscosity (according to DIN 53019) of less than about 1000 mPas, preferably about 100 to about 900 mPas and particularly preferably about 200 to about 800 mPas .
  • the pH is preferably in a range from about 5 to about 9, particularly preferably from about 6.5 to about 7.5.
  • the minimum film-forming temperature (DIN 53787) of the preferred polyurethane dispersions is between approximately 2 and approximately 10 ° C., preferably approximately 4 to approximately 6 ° C. and particularly preferably approximately 5 ° C.
  • the softening point of the films obtainable from these polyurethane dispersions can be more than 100 ° C., but it is preferred if the softening point is about 80 ° C. or below, for example about 60 ° C.
  • polyurethane dispersions are Dispercoll U 42 ®, ® Dispercoll U 53, Dispercoll U 54 ®, ® Dispercoll KA 8481 from BAYER, Quilastic ® DEP-172 and / or Quilastic ® 144-66.
  • Dispercoll ® U 53 is particularly preferred.
  • Polyolefins or polyamides can also be used as adhesives, these being used in particular as hot melt adhesives.
  • the polyacrylic acid esters are also preferably used as an aqueous dispersion. It is particularly preferred if the dispersion is based on anionic emulsifiers.
  • the polyacrylate dispersions are preferably polymer dispersions which in themselves can be used as adhesives, so-called acrylate adhesives.
  • Polyacrylates are preferably based on acrylic acid esters, preferably methyl, ethyl, n-butyl, isobutyl or 2-ethylhexyl esters of acrylic acid. It is also possible to use the corresponding esters of methacrylic acid together with or instead of the acrylic acid esters.
  • the acrylic acid esters and / or methacrylic acid esters can be copolymerized with other substances which have an olefinically unsaturated double bond. These are preferably, for example, vinyl esters of carboxylic acids, for example vinyl acetate, or styrene.
  • the polyacrylates can have functional groups that allow subsequent crosslinking, for example by increasing the temperature. These are preferably functional groups which can be crosslinked by adding a small amount of a catalytically active substance by increasing the temperature. It is particularly preferred if an acid is used as the catalyst or another compound which can release an acid by increasing the temperature in a suitable environment, for example in an aqueous environment. Compounds such as oxalic acid, ammonium chloride, magnesium chloride and / or diammonium phosphate are preferred.
  • the polyacrylate dispersions preferably have a viscosity (DIN 53019) of approximately 20 to approximately 5,000 mPas at 23 ° C.
  • the pH of the preferred dispersions is generally about 2 to about 9, preferably about 2.5 to about 8.
  • the minimum film-forming temperature (DIN 53787) is below about 1 ° C., preferably below about 0 °, for all polyacrylate dispersions used C.
  • the polyacrylates generally have a glass transition temperature of less than about -20 ° C, preferably less than -30 ° C and particularly preferably less than -35 ° C, for example -40 ° C or -45 ° C.
  • the average particle size of the dispersed polyacrylate particles is preferably less than about 70 ⁇ m, preferably less than about 65 ⁇ m.
  • EVA copolymers are copolymers of ethylene and vinyl acetate.
  • the two monomers can be copolymerized by free radicals in any desired proportions. This results in copolymers with a statistical arrangement of the monomer units in the polymer chains.
  • the properties of the EVA copolymers can be varied within wide limits via the molar ratio of ethylene to vinyl acetate. For example, products with an ethylene content of less than 30% by weight are partially crystalline and thermoplastic, those with a vinyl acetate of about 40 to about 70% by weight are largely amorphous.
  • the EVA copolymers are usually produced by bulk, emulsion or solution polymerization.
  • the molecular weight of the EVA copolymers used in the invention is between about 10,000 and about 1,500,000.
  • the EVA copolymers are preferably in the form of an aqueous dispersion with a solids content of between about 40 and about 70% by weight, preferably about 50 to about 60% by weight.
  • the viscosity (according to ISO 2555 at 23 ° C, Brookfield (RVT), 20 rpm, spindle 4) is about 2,000 to about 13,000 mPas, for example, dispersions with a viscosity of about 4,000 to about 6,000 mPas, about 6,000 to about 12,000 mPas or about 2,500 to about 4,000 mPas can be used.
  • the pH of the dispersions is between about 3 and about 6, preferably between about 3.8 and about 4.8.
  • the dispersions produce opaque, transparent or clear films and generally have a minimum film-forming temperature of less than 5 ° C., preferably less than about 3 ° C. and particularly preferably about 0 ° C.
  • the films have a tensile strength (standard climate 23 ° C / 50% RH, according to DIN 50014) of between about 2.5 and about 9 N / mm 2 .
  • dispersions can be used which give films with a tensile strength of about 3 N / mm 2 , 6 N / mm 2 or about 8 N / mm 2 .
  • the elongation at break (determined according to DIN 50014 at a standard climate of 23 ° C./50% RH) should be about 500 to about 900% for the films produced from the dispersions.
  • the films should have a cold break temperature (DIN 53372) of at most about 4 ° C.
  • the adhesive according to the invention can also contain further components, for example wetting agents, thickeners, preservatives or defoamers.
  • wetting agents are used to improve the substrate wetting in aqueous systems.
  • wetting agents improve the wetting of the thermoplastic composite material and the surface to be bonded to it.
  • all surfactants which do not adversely affect the stability of the adhesive dispersion can be used as wetting agents, but polyether-modified dimethylpolysiloxanes are preferably used as wetting agents.
  • the commercially available BYK ® -346 product from BYK-Chemie GmbH or Lumiten ® IRA is particularly suitable.
  • Natural thickeners such as agar-agar, carrageen, tragacanth, gum arabic, alginates, pectins, polyoses, guar flour, locust bean gum, starch, dextrins, gelatin or casein can be used as thickeners.
  • Modified natural substances such as, for example, carboxymethyl cellulose and other cellulose ethers, hydroxyethyl and propyl cellulose and core meal ether can also be used.
  • Organic synthetic thickeners such as polycarboxylic acids, polyethers, polyimines, polyamides and some vinyl polymers can also be used and are preferred in the context of the present invention, thickeners such as polyvinyl alcohol or polycarboxylic acids, for example those containing carboxyl groups Acrylic ester copolymers, or vinyl pyrrolidone copolymers, are preferred.
  • the thickeners are used as an aqueous solution or aqueous dispersion with a solids content of generally about 20 to about 40% by weight, preferably about 25 to about 30% by weight.
  • Commercially available thickening agents which are usable in the context of the invention are, for example, Collacral ® VL by BASF or Latekoll D ® by the company BASF.
  • Agitan ® 281 (Münzing Chemie) can be used as a defoamer.
  • Aktizid ® RS (Thorchemie), for example, is suitable as a preservative.
  • the above-mentioned adhesives are used as hot-melt adhesives in a corresponding formulation.
  • the adhesive is applied to the base to be coated with the thermoplastic composite material, preferably a particle board, by means of a spray gun or another suitable tool.
  • the sections of the thermoplastic composite material according to the invention are placed on the substrate to be coated and pressed at a temperature of about 80 to about 100 ° C.
  • the pressing time is between about 10 and about 240, preferably between about 30 and about 120 seconds, depending on the thickness of the section.
  • the pressure is about 2 to about 10, preferably about 3 to about 6 bar.
  • hot melt adhesives are used as hot melt adhesives, the drying time mentioned does not apply. Depending on the open time of the hot melt adhesive, the sections should be brought into contact with the base and pressed as quickly as possible.
  • hot melt adhesives is particularly appropriate, for example, if strand materials, for example extruded profiles, are to be coated discontinuously or continuously with the thermoplastic composite material according to the invention.
  • Another object of the invention is a method for the surface coating of objects with the thermoplastic composite material according to the invention, in which the connection between the composite material according to the invention and the object takes place by means of hot melt adhesive.
  • the invention furthermore relates to the use of a thermoplastic composite material according to the invention or a thermoplastic composite material produced according to the invention for the surface coating of objects, in particular for profile coating of wall, floor and ceiling panels, furniture fronts with or without inner radii, for edge banding, or for surface coating of the interior of motor-driven motor vehicles , for example of dashboards, door mirrors, columns, moldings, gear levers, hat racks, trunk applications and the like.
  • thermoplastic composite material is preferably applied in a deep-drawing process with the application of a vacuum.
  • the thermoplastic composite material is preferably in the form of foils with a thickness of approximately 0.5 mm to approximately 1.0 mm, preferably approximately 0.6 mm to approximately 0.8 mm.
  • the thermoplastic composite material according to the invention has a surface coating which can be used, for example, to seal the material.
  • Suitable surfaces are, for example, thin foils made of polyurethane, polyester, polyolefins or the like, which are laminated onto the surface of the thermoplastic composite material according to the invention with a suitable adhesive.
  • the present invention thus also relates to a thermoplastic composite material according to the invention which laminates on at least one surface with a polymer film, in particular made of polyurethane, polyester or polyolefins is.
  • the film contains dyes or pigments.
  • the film has a surface profile, for example scars or knobs.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein thermoplastisches Verbundmaterial enthaltend ein organisches Fasermaterial und ein Gemisch aus zwei oder mehr organischen Fasermaterialien und ein thermoplastisches Bindemittel. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen thermoplastischen Verbundmaterials und die Verwendung des thermoplastischen Verbundmaterials zur Oberflächenbeschichtung von Gegenständen.

Description

Thermoplastisches Verbundmaterial
Die Erfindung betrifft ein thermoplastisches Verbundmaterial, enthaltend ein organisches Fasermaterial oder ein Gemisch aus zwei oder mehr organischen Fasermaterialien, sowie ein thermoplastisches Bindemittel. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen thermoplastischen Verbundmaterials. Die Erfindung betrifft die Verwendung eines solchen Verbundmaterials zur Beschichtung von Oberflächen von Gegenständen, sowie die damit beschichteten Gegenstände. Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Klebstoff, der zur Verbindung des Verbundmaterials mit dem zu beschichtenden Gegenstand dient.
Verbundmaterialien, auch Verbundwerkstoffe genannt, sind Werkstoffe, die durch Einlagerung eines beispielsweise in Form von Fasern vorliegenden Grundwerkstoffs in einen zweiten Stoff (die Matrix) entstehen. Dabei werden bestimmte Eigenschaften (beispielsweise mechanische Eigenschaften,
Oberflächeneigenschaften, oder bestimmtes Verhalten gegenüber äußeren Einflüssen) des eingelagerten Stoffes für den Verbundwerkstoff genutzt. Der Grundwerkstoff kann dabei in seinem Mengenverhältnis zur ihn umschließenden Matrix weit variieren. So beträgt der Matrixanteil in Holzwerkstoffen, zu denen beispielsweise die bekannten Preßspanplatten gehören, in der Regel lediglich 10 - 15 %. Demgegenüber kann der Matrixanteil in faserverstärkten Kunststoffen, beispielsweise in glasfaserverstärkten Kunststoffen, bedeutend höher liegen, etwa bei über 70 oder über 80 %.
Häufig gelingt es, dem Verbundwerkstoff durch geeignete Wahl von Grundwerkstoff und Matrix bestimmte Eigenschaften des Grundwerkstoffs zu verleihen, die mit bestimmten Eigenschaften der Matrix gepaart sind. So kann beispielsweise die Verwendung von Glas- oder Naturstofffasern in duromeren Kunststoffen eine Übertragung der Zugfestigkeit der Fasern auf die Kunststoffmatrix bewirken, die ihrerseits wiederum Vorteile bezüglich Formgebung, Formstabilität und Verarbeitbarkeit zum Verbundwerkstoff beisteuert.
Häufig dient die Herstellung von Verbundwerkstoffen dazu, aus Nebenprodukten, die bei der Verarbeitung eines bestimmten Grundwerkstoffs anfallen, ein Material herzustellen, das charakteristische Eigenschaften des Grundwerkstoffs aufweist. Das entsprechende Verbundmaterial läßt sich dann in der Regel zumindest als Ersatzmaterial für den Grundwerkstoff einsetzen, und erlaubt damit eine "stoffbezogene" Verwertung der Grundwerkstoffabfälle bzw. -nebenprodukte. Dies ist beispielsweise bei der Verwertung von Holzabfällen in Preßspanplatten der Fall. Ein weiteres Beispiel für eine stoffbezogene Verwertung von Abfallprodukten stellt die Verarbeitung von Beschneide- und Stanzabfällen aus der Leder- und Schuhproduktion zu Lederfaserwerkstoffen dar.
Lederabfälle können zerfasert werden und lassen sich dann zu Lederfaserwerkstoffen (LEFA) verarbeiten. Bei LEFA handelt es sich um in der Regel einschichtige Flächengebilde aus Lederfasern und Bindemitteln. Schon Ende der dreißiger Jahre wurden LEFA-Platten in der Schuhindustrie eingesetzt, beispielsweise zur Herstellung von Hinterkappen, Brand- und Zwischensohlen, Hausschuhsohlen, Absätzen und Rahmen. In geringem Umfang wurden die LEFA- Werkstoffe auch für technische Lederdichtungen eingesetzt.
Neben Eigenschaften wie Flexibilität und Strapazierbarkeit, die Leder für eine Anwendung in der Schuh- oder Täschnerwarenindustrie qualifizieren, wird Leder zunehmend in anderen Bereichen eingesetzt, in denen hauptsächlich die dekorativen Merkmale des Leders zum Tragen kommen. Die Verwendung von Leder als Oberflächenmaterial für Möbelfronten, Wand- oder Deckenpaneelen oder anderen Gebrauchsgegenständen war bislang jedoch schwierig oder sogar unmöglich. Insbesondere war die Verwendung von Leder als Oberflächenmaterial für Gegenstände mit einer dreidimensionalen Reliefstruktur nur unter erheblichem Aufwand realisierbar. Da Leder keine thermoplastischen Eigenschaften aufweist, ist es als Oberflächenbeschichtungsmaterial nur bedingt einsetzbar. Insbesondere ist es schwierig, wechselnde dreidimensionale Reliefstrukturen in einem rationellen Verfahren mit einer glatten Lederoberfläche zu versehen.
Solche rationellen Verfahren zur Beschichtung von reliefartigen Oberflächen von Formkörpern sind beispielsweise aus der Folienbeschichtungsindustrie bekannt. Hierbei wird in der Regel ein Formkörper (Gegenstand) mit einer thermoplastischen Kunststofffolie beschichtet, indem Formkörper und Kunststoffolie auf eine Temperatur oberhalb der Fließübergangsgrenze der Kunststoffolie erhitzt werden und die Folie auf geeignete Weise (beispielsweise durch Anlegen eines Vakuums zwischen Formkörper und Kunststofffolie) auf den Formkörper aufgezogen wird (Tiefziehverfahren). In der Regel sorgt ein Klebstoff für eine dauerhafte Verbindung zwischen Kunststofffolie und Formkörper.
Ein solches, rationell mit maschineller Unterstützung ausführbares Verfahren erfordert jedoch eine thermoplastische Kunststofffolie als Beschichtungsmaterial. Bislang war es aber nicht möglich, lederähnliche Ersatzmaterialien, beispielsweise LEFA, so auszurüsten, daß sie zum einen die thermoplastischen Eigenschaften aufweisen, die für einen Einsatz in Tiefziehverfahren notwendig sind, und zum anderen trotzdem lederähnliche Oberflächeneigenschaften besitzen.
Die WO 98/50617 betrifft ein thermoplastisches Verbundmaterial, das beispielsweise Leder und ein Bindemittel enthält, wobei das Bindemittel Polyacrylate aus mindestens einer wäßrigen anionischen Polyacrylatdispersion und mindestens einer wäßrigen kationischen Polyacrylatdispersion enthält. Die beschriebenen Verbundmaterialien weisen den Nachteil einer begrenzten Kohäsion auf, so daß beispielsweise bei einer Anwendung der beschriebenen Verbundstoffe in Tiefziehverfahren nur begrenzte Profiltiefen (Radien) ohne Reißen des Verbundstoffs beschichtbar sind. WO 00/67937 . PCT/EPOO/03852
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, einen Verbundwerkstoff zur Verfügung zu stellen, der weitgehend die Eigenschaften der als Grundwerkstoff eingesetzten Naturfasern aufweist, sich andererseits jedoch durch seine thermoplastischen Eigenschaften zur Verarbeitung in modernen Tiefziehverfahren eignet, ausreichende Kohäsion zur rißfreien Beschichtung und Überbrückung großer Profiltiefen aufweist und darüber hinaus möglichst einfach herzustellen ist.
Weiterhin war es Aufgabe der Erfindung einen Klebstoff zur Verfügung zu stellen, mit dem sich der thermoplastische Verbundwerkstoff im Rahmen einer maschinellen Verarbeitung fest und dauerhaft mit einer Vielzahl von Oberflächen verbinden läßt.
Es wurde nun gefunden, daß sich ein thermoplastisches Verbundmaterial erhalten läßt, das organische Fasern, insbesondere Lederfasern, und ein thermoplastisches Bindemittel als Matrixmaterial enthält, wenn als Matrixmaterial ein thermoplastisches Bindemittel eingesetzt wird, das mindestens 10 Gew.-% eines Polymeren, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethanen, Polyestem, Polyamiden, Polyolefinen, Polyvinylestern, Polyethern, Polystyrolen, Styrol-Olefin-Copolymeren, Polyacrylaten oder Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren, oder Gemischen oder Copolymeren aus zwei oder mehr der genannten Polymeren enthält, wobei das Matrixmaterial nicht ausschließlich aus zwei Polyacrylaten besteht.
Das aus den genannten Polymeren erhältliche thermoplastische Verbundmaterial weist vorzugsweise eine Fließübergangsgrenze von etwa 70 bis etwa 130 °C auf.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein thermoplastisches Verbundmaterial, enthaltend
a) mindestens 15 Gew.-% eines organischen Fasermaterials oder eines Gemischs aus zwei oder mehr organischen Fasermaterialien als Komponente A und b) mindestens 15 Gew.-% eines thermoplastischen Bindemittels als Komponente B,
wobei das Bindemittel mindestens 10 Gew.-% eines Polymeren, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethanen, Polyestern, Polyamiden, Polyolefinen, Polyvinylestern, Polyethern, Polystyrolen, Styrol-Olefin-Copolymeren, Poly-acrylaten oder Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren, oder Gemischen oder Copoly-meren aus zwei oder mehr der genannten Polymeren, enthält, wobei das Bindemittel nicht ausschließlich aus zwei verschiedenen Polyacrylaten besteht.
Als Komponente A des thermoplastischen Verbundmaterials ist jedes beliebige organische Fasermaterial geeignet, das dem thermoplastischen Verbundmaterial die vom Anwender gewünschten Eigenschaften, beispielsweise ein bestimmtes Aussehen oder einen bestimmten Griff, verleiht. Unter organischem Fasermaterial werden im Sinne der vorliegenden Erfindung sowohl natürlich gewonnene oder natürlich gewinnbare Fasern als auch synthetisch hergestellte Fasern verstanden, solange sie auf einer "organischen Basis" beruhen. Nicht zum organischen Fasermaterial zählen daher beispielsweise Fasern wie Asbest, Glasfasern oder Kohlefasern.
Weiterhin wird im Rahmen des vorhergehenden Textes nicht zwischen Materialien unterschieden, die in der Natur bereits in faserförmigem Zustand vorkommen und solchen, die erst durch einen bestimmten Behandlungsschritt in eine faserige Struktur überführt werden müssen. Desgleichen sind im Sinne der Erfindung unter den natürlichen Materialien sowohl pflanzliche als auch tierische organische Fasermaterialien geeignet.
Üblicherweise werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Kunststofffasern, Pflanzenfasern oder tierische Fasern eingesetzt.
Zu den geeigneten Naturfasern zählen beispielsweise tierische Fasern, wie Wolle, Haare oder Seide. Ebenso einsetzbar sind Pflanzenfasern, beispielsweise Baumwolle, Kapok, Flachs, Hanf, Jute, Kenaf, Ramie, Ginster, Manila, Kokos oder Sisal. Geeignete Kunststoffasern aus natürlichen Polymeren sind Cupro-, Viskose-, Modal-, Acetat-, Triacetat- sowie Proteinfasern oder Alginatfasern oder Gemische aus zwei oder mehr der genannten Fasern.
Geeignete Fasern aus synthetischen Polymeren sind beispielsweise Polyacryl-, Polymethacryl-, Polyvinylchlorid-, flourhaltige Polymerfasern, Polyethylen-, Polypropylen-, Vinylacetat-, Polyacrylnitril-, Polyamid-, Polyester- oder Polyurethanfasern.
Besonders bevorzugt ist es jedoch als organisches Fasermaterial Lederfasern einzusetzen. Zur Gewinnung dieser Fasern werden Lederabfälle mit einem geeigneten Verfahren zerfasert und zerkleinert, so daß sich die gewonnenen Fasern anschließend im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Gewinnung eines thermoplastischen Verbundmaterials mit lederähnlichen Eigenschaften einsetzen lassen.
Die Lederfasern lassen sich grundsätzlich aus jeder Art von Lederabfällen gewinnen. Es kann sich dabei sowohl um chromgegerbte als auch um vegetabil gegerbte Leder handeln. Im Rahmen der Erfindung einsetzbare Lederarten sind beispielsweise Boxleder, wie Rindbox, Kalb- oder Mastbox, Schleifbox, Chevrou- Leder, Velourleder, Samtziegenleder, Sandalenleder, Unterleder, Futterleder, Nappaleder, Velourleder, Handschuhleder, Wildleder, Vachette-Leder, Blank-Ieder, sowie technisches Leder, Putzleder, Hutbandleder oder Transparentleder.
In Abhängigkeit vom gewünschten dekorativen oder mechanischen Effekt wird das organische Fasermaterial auf eine gestreckte Länge von etwa 0,1 bis 15 mm zerkleinert. Insbesondere beim Einsatz von Lederfasern bietet sich eine Länge von etwa 0,5 bis 13 mm, bevorzugt etwa 1 bis etwa 10 mm und besonders bevorzugt etwa 3 bis etwa 8 mm Faserlänge an. Die Faserlänge wird dabei im gestreckten Zustand der Faser gemessen, je nach Ausgangsmaterial und Zerkleinerungsart kann es selbstverständlich vorkommen, daß die Faser ohne äußere Beeinflussung eine unregelmäßig gekrümmte Form einnimmt. Die Komponente A ist im erfindungsgemäßen thermoplastischen Verbundmaterial in einer Menge von mindestens etwa 10 Gew.-% als Grundwerkstoff enthalten. Mit steigendem Anteil an A nimmt das thermoplastische Verbundmaterial zunehmend die Eigenschaften des organischen Fasermaterials an. Je nach gewünschtem Effekt kann es daher vorteilhaft sein, beispielsweise mindestens 20 Gew.-% oder mindestens etwa 25 Gew.-% der Komponente A im erfindungsgemäßen thermoplastischen Verbundmaterial einzusetzen. Gegebenenfalls kann der Anteil des organischen Fasermaterials jedoch auch größer sein, beispielsweise etwa 30 Gew.-%, 35 Gew.-%, 40 Gew.-%, 45 Gew.-% oder sogar mehr als etwa 50 Gew.- %, wobei Anteile von beispielsweise 55 Gew.-% oder sogar 60 Gew.-% und mehr möglich sind. Besonders bevorzugt liegt der Anteil an Fasermaterialien bei etwa 15 bis etwa 50 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt bei etwa 25 bis weniger als etwa 45 Gew.-%.
Vorzugsweise sind im erfindungsgemäßen thermoplastischen Verbundmaterial als Komponente A Lederfasern enthalten.
Um das thermoplastische Verbundmaterial mit den zur weiteren Verarbeitung erforderlichen thermoplastischen Eigenschaften auszustatten, enthält das thermoplastische Verbundmaterial ein thermoplastisches Bindemittel als Komponente B.
Unter "Bindemittel" werden im Rahmen des vorliegenden Textes polymere Verbindungen verstanden, die als Matrix im Verbundmaterial dienen. Als Bindemittel werden in der Regel polymere Materialien mit einem Molekulargewicht von mehr als etwa 1000 eingesetzt, vorzugsweise liegt das Molekulargewicht jedoch höher.
Das Molekulargewicht (Mn) der im Bindemittel vorliegenden Polymeren liegt vorzugsweise zwischen etwa 10.000 und etwa 1.000.000, besonders bevorzugt zwischen etwa 20.000 und etwa 300.000 und insbesondere bevorzugt zwischen ö etwa 50.000 und etwa 150.000.
Im Rahmen des vorliegenden Textes steht der Begriff "Bindemittel" für die Gesamtheit des polymeren Matrixmaterials, unabhängig davon, aus wievielen polymeren Komponenten es besteht und wieviele verschiedene Zubereitungen, enthaltend die das Bindemittel konstituierenden Polymeren, zu seiner Herstellung benötigt wurden.
Die Molekulargewichtsverteilung der Polymeren, wie sie beispielsweise durch Gelpermeationschromatographie (GPC) ermittelt werden kann, muß nicht monomodal sein. Gegebenenfalls kann das thermoplastische Bindemittel auch eine bi- oder höhermodale Verteilung aufweisen.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen thermoplastischen Verbundmaterials wird ein Bindemittel eingesetzt, das mindestens 10 Gew.-% eines Polymeren ausgewählt aus Polyurethanen, Polyestem, Polyamiden, Poiyolefinen, Polyvinylestern, Polyethern, Polystyrolen, Styrol-Olefin-Copolymeren, Poly-acrylaten oder Ethylen- Vinylacetat-Copolymeren, oder Gemischen oder Copolymeren aus zwei oder mehr der genannten Polymeren enthält, wobei das Bindemittel nicht ausschließlich aus zwei Polyacrylaten besteht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zur Herstellung der thermoplastischen Verbundmaterialien Bindemittel eingesetzt, die mindestens zwei verschiedene Polymere enthalten. Unter "zwei verschiedenen Polymeren" werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung zwei Polymertypen verstanden, die sich in ihrer chemischen Zusammensetzung, d.h. in der Art der am Aufbau der Polymeren beteiligten Monomeren oder, wenn zwei oder mehr Monomeren am Aufbau des Polymeren beteiligt sind, im Verhältnis der Monomeren untereinander, oder in beidem, unterscheiden. Es ist dabei unerheblich, ob das einzelne Polymere thermoplastische Eigenschaften aufweist, solange das Gemisch aus zwei verschiedenen Polymeren eine entsprechende Thermoplastizität besitzt. Als Polyurethane sind im Rahmen der vorliegenden Verbindung alle Polymeren zu verstehen, die wenigstens zwei Urethangruppen im Polymerrückgrat aufweisen. Als Polyurethane sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung alle dem Fachmann auf dem Gebiet der Polyurethanchemie bekannten thermoplastischen Polyurethane geeignet, insbesondere solche Polyurethane, wie sie üblicherweise im Rahmen der Herstellung thermoplastischer Formkörper, insbesondere von Folien, oder zur thermoplastischen Beschichtung von Oberflächen eingesetzt werden. Geeignet sind beispielsweise Polyesterpolyurethane oder Polyetherpolyurethane, wie sie durch Umsetzung von Dicarbonsäuren mit entsprechenden polyfunktionellen Alkoholen, insbesondere difunktionellen Alkoholen, beispielsweise difunktionellen Polyethern wie Polyethylenoxid, zu Polyether- oder Polyesterpolyolen und anschließender Umsetzung der entsprechenden Polyether- oder Polyesterpolyole mit di- oder polyfunktionellen Isocyanaten erhältlich sind.
Als Polyester sind im Rahmen der vorliegenden Verbindung alle Polymeren zu verstehen, die wenigstens zwei Estergruppen und keine Urethangruppen im Polymerrückgrat aufweisen. Als Polyester sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung alle dem Fachmann bekannten thermoplastischen Polyester geeignet, insbesondere solche Polyester, wie sie üblicherweise im Rahmen der Herstellung thermoplastischer Formkörper, insbesondere von Folien, oder zur thermoplastischen Beschichtung von Oberflächen eingesetzt werden. Geeignet sind beispielsweise Polyester wie sie durch Umsetzung von Dicarbonsäuren mit entsprechenden polyfunktionellen Alkoholen, insbesondere difunktionellen Alkoholen, beispielsweise difunktionellen Polyethern wie Polyethylenoxid erhältlich sind.
Zur Herstellung entsprechender Polyurethane oder Polyester geeignete Verbindungen werden weiter unten genannt.
Als Polyamide sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung alle thermoplastischen Polyamide, wie sie durch Umsetzung geeigneter Di- oder Polycarbonsäuren mit entsprechenden Aminen erhältlich sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignete Polyolefine sind beispielsweise durch radikalische oder koordinative Polymerisation von α-Olefinen, insbesondere von Ethylen oder Propylen erhältlich.
Als Polyvinylester sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere die Polymere des Vinylacetats geeignet.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignete Polyether sind beispielsweise Polyethylenoxid, Polypropylenoxid, Polybutylenoxid oder Polytetrahydrofuran, insbesondere mit einem Molekulargewicht von mehr als etwa 5.000.
Als Polystyrole sind beispielsweise die Polymeren von Styrol oder α-Methylstyrol geeignet.
Ebenfalls als Polymere zum Einsatz im Bindemittel des erfindungsgemäßen thermoplastischen Verbundmaterials geeignet sind die Styrol-Olefin-Copolymeren, wie sie durch Copolymerisation von Styrol mit Mono- oder Diolefinen, insbesondere Butadien, erhältlich sind. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Styrol-Butadien-Copolymere eingesetzt, wie sie beispielsweise unter der Bezeichnung Kagetex LBS 3565 oder Kagetex LBS 3060 von der Firma Kautschukgesellschaft oder unter der Bezeichnung Intex 131 von der Firma Enichem oder unter der Bezeichnung 28 W 20 von der Firma Synthomerchemie erhältlich sind.
Als Polyvinylester eignen sich die Polymerisate der Ester ungesättigter Alkohole mit entsprechenden Carbonsäuren. Geeignete ungesättigte Alkohole sind beispielsweise die ungesättigten aliphatischen Alkohole mit 2 bis etwa 22 C- Atomen, insbesondere mit 2 bis etwa 8 C-Atomen. Als Carbonsäuren eignen sich die linearen und verzweigten Alkansäuren mit 2 bis etwa 22 C-Atomen, insbesondere mit 2 bis etwa 8 C-Atomen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Polyvinylacetat eingesetzt. Geeignete Polyvinylacetate sind beispielsweise unter der Bezeichnung Vinnapas D50 von der Firma Wacker, Mowilith D 60 von der Firma Clariant oder Vinnamul 60 044, Vinnamul 9300, Vinnamul 9960 oder Vinnamul 84125 von der Firma Vinnamul (NL) erhältlich.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundstoffe werden vorzugsweise Polymere eingesetzt, die in Form einer wäßrigen Dispersion vorliegen. Es kann sich dabei um anionisch stabilisierte oder kationisch stabilisierte Polymerdispersionen handeln. Die Stabilisierung der Dispersion kann beispielsweise durch selbstemulgierbare Polymere bewirkt sein, d.h. durch Polymere, die entsprechende hydrophile Gruppen tragen, beispielsweise Carbonsäuregruppen oder Aminogruppen. Es sind jedoch ebenso Dispersionen einsetzbar, deren Stabilität durch geeignete anionische oder kationische Dispergatoren oder Emulgatoren bewirkt wird.
Die Begriffe "Polyacrylat" oder "Polyacrylate", wie sie im Rahmen des vorliegenden Textes benutzt werden, beziehen sich im folgenden sowohl auf Polymere oder Copolymere der Acrylsäure und/oder ihrer Derivate als auch auf Polymere oder Copolymere der Methacrylsäure und/oder ihrer Derivate.
Polyacrylate lassen sich herstellen, indem Acrylsäure und/oder Methacrylsäure und/oder Derivate von Acrylsäure und/oder Methacrylsäure, beispielsweise deren Ester mit mono- oder polyfunktionellen Alkoholen, jeweils alleine oder als Gemisch aus zwei oder mehr davon auf bekannte Weise, beispielsweise radikalisch oder ionisch, polymerisiert werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden Polyacrylate in anionischer Dispersion, wie sie beispielsweise durch Emulsionspolymerisation der entsprechenden Monomeren und Comonomeren erhältlich ist, bevorzugt. Wäßrige anionische Dispersionen enthalten zum Emulgieren in der Regel beispielsweise die Natrium-, Kalium- und/oder Ammoniumsalze langkettiger, aliphatischer Carbonsäuren und/oder Sulfonsäuren, Ebenso geeignet sind jedoch auch Alkali-C10.18-alkylsulfate, oxethylierte und sulfatierte und/oder sulfonierte langkettige, aliphatische Alkohole oder Alkylphenole sowie Sulfodicarbonsäureester. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können als Polyacrylate Homopolymere oder Copolymere eingesetzt werden, die neben den Acrylsäureestern (Acrylaten) noch Styrol, Acrylnitril, Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid und/oder Butadien aufweisen.
Als Monomere kommen bei der Herstellung der Polyacrylate insbesondere Methacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, tert.-Butylacrylat, Hexylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat oder Laurylacrylat in Frage. Gegebenenfalls können als weitere Monomere noch Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylamid oder Methacrylamid in geringen Mengen bei der Polymerisation zugegeben werden.
Gegebenenfalls können noch weitere Acrylate und/oder Methacrylate mit einer oder mehreren funktionellen Gruppen bei der Polymerisation anwesend sein. Beispielsweise sind dies Maleinsäure, Itaconsäure, Butandioldiacrylat, Hexandioldiacrylat, Triethylenglycoldiacrylat, Tetraethylenglycoldiacrylat,
Neopentylglycoldiacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, 2-Hydroxyethylacrylat, 2- Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxypropylacrylat, Propylenglycolmethacrylat, Butandiolmonoacrylat, Ethyldiglycolacrylat sowie, als sulfonsäure-gruppentragendes Monomeres, beispielsweise 2-Acrylamido-2-methylpropan-sulfonsäure.
Besonders bevorzugt sind Acrylester-Vinylester-Copolymere, Acrylester-Styrol- Copolymere oder Acrylester-Methacrylester-Copolymere. Besonders bevorzugt und zum Einsatz in den erfindungsgemäßen thermoplastischen Verbundmaterialien geeignet sind Polyacrylat-Dispersionen, wie sie unter dem Markennamen Acronal® von der BASF AG, Ludwigshafen, vertrieben werden, insbesondere die Produkte Acronal® 500 D und Acronal® S312 D.
In der Regel weisen anionische Polyacrylatdispersionen lediglich eine Polymersorte auf. Sollen zwei unterschiedliche Polyacrylate aus anionischen Dispersionen verwendet werden, so ist es in der Regel erforderlich zwei verschiedene anionische Dispersionen einzusetzen, die das jeweilige Polymere in dispergierter Form I enthalten. Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch unerheblich, ob die vorzugsweise in der Matrix enthaltenen verschiedenen Polyacrylate in einer einzigen Dispersion vorliegen, oder ob sie aus zwei oder mehr unterschiedlichen Dispersionen erhalten werden.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das als Komponente B eingesetzte Bindemittel mindestens zwei der oben genannten Polymeren, wobei der Anteil der beiden Polymeren am gesamten Bindemittel, also an der gesamten Komponente B insgesamt mindestens etwa 10 Gew.-%, beispielsweise mindestens etwa 20 Gew.-%, mindestens etwa 30 Gew.- % oder mindestens etwa 40 Gew.-% oder mehr, beispielsweise mindestens etwa 50 bis etwa 70 Gew.-% oder bis etwa 80 Gew.-%, beträgt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das als Komponente B eingesetzte Bindemittel neben zwei der oben genannten Polymertypen zusätzlich nur ein Polyacrylat oder kein Polyacrylat.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Bindemittel mindestens ein Polyvinylacetat und mindestens ein Styrol-Butadien- Copolymeres, insbesondere ein solches Block-Copolymeres.
Es hat sich weiterhin gezeigt, daß die thermoplastischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen thermoplastischen Verbundmaterials durch die Wahl von Polyacrylaten mit einer geeigneten Mindestfilmbildetemperatur beeinflußbar sind. Die Mindestfilmbildetemperatur eines Polymeren ist die tiefste Temperatur bei der eine Dispersion nach Verdampfen des Wassers gerade noch einen zusammenhängenden Film bildet. Sie liegt nahe bei der Glasübergangstemperatur Tg des Polymeren und bestimmt mit der Filmbildung eine der wichtigsten anwendungstechnischen Eigenschaften einer Polymerdispersion. Die Mindestfilmbildetemperatur (MFT) wird in der Regel nach DIN 53787 bestimmt. Als Meßgerät dient eine Metallplatte, an die ein Temperaturgradient angelegt wird. Beobachtet wird, bei welcher Temperatur der Film beginnt rissig zu werden oder wo der sogenannte Weißpunkt liegt, an dem der trübe Film klar zu werden beginnt.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist mindestens eines der Polymeren eine MFT von bis zu 30 °C auf.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist mindestens eines der Polymeren eine MFT von etwa bis zu 5 °C und mindestens ein weiteres Polymeres eine MFT von etwa 15 °C bis etwa 25 °C auf.
Der gesamte Anteil der Komponente B am thermoplastischen Verbundmaterial beträgt vorzugsweise mindestens etwa 20 Gew.-%. Es kann vorteilhaft sein, beispielsweise zur gezielten Eigenschaftsänderung, wenn das thermoplastische Verbundmaterial mindestens etwa 30 Gew.-% oder mindestens etwa 40 Gew.-% oder mehr der Komponente B enthält, beispielsweise mindestens etwa 50 bis mindestens etwa 80 Gew.-%. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Anteil der Komponente B am gesamten thermoplastischen Verbundmaterial etwa 50 bis etwa 75 Gew.-%.
Neben dem organischen Fasermaterial als Komponente A und dem thermoplastischen Bindemittel als Komponente B, kann das erfindungsgemäße thermoplastische Verbundmaterial noch weitere Komponenten, vorzugsweise in einem Anteil bis zu etwa 20 Gew.-%, aufweisen. Hierzu zählen beispielsweise anorganische Salze, kationische Polymere, Konservierungsmittel, Farbstoffe, natürliche und/oder synthetische Fette, Paraffine, natürliche und/oder synthetische Öle, Silkonöle sowie ionische und/oder nichtionische Tenside.
Als anorganische Salze werden vorzugsweise Salze des Aluminiums oder des Kupfers eingesetzt, besonders bevorzugt ist hierbei das Aluminiumsulfat.
Die anorganischen Salze werden in der Regel im Rahmen des Herstellungsverfahrens, das im weiteren Verlauf des vorliegenden Textes noch WO 00/67937 . c PCT/EPOO/03852
10 beschrieben wird, zum Ausfällen (zur Koagulation) des polymeren Bindemittels eingesetzt. In der Regel wird der größte Anteil des Metallsalzes mit der wäßrigen Phase aus dem Verbundwerkstoff entfernt, ein geringer Rest kann jedoch im Verbundmaterial verbleiben.
Als kationische Polymere oder kationisch geladene Polymere werden Polymere bezeichnet, die auf dem Polymerrückgrat oder auf am Polymerrückgrat kovalent gebundenen Seitengruppen positive Ladungen tragen.
Kationische Ladungen lassen sich auf ein Polymeres durch Anbringen geeigneter kationischer Gruppen aufbringen. Unter "kationischen Gruppen" werden Gruppen verstanden, die entweder eine positive Ladung tragen oder durch eine einfache Reaktion, beispielsweise eine Quaternisierung, in eine eine kationische Ladung tragende Gruppe überführbar sind. In der Regel handelt es sich hierbei um Amine oder Ammoniumgruppen.
Unter einer "Quaternisierung" wird eine Reaktion verstanden, bei der ein primäres, sekundäres oder tertiäres Amin durch Umsetzung mit einem geeigneten Reagenz in die vierwertige, positiv geladene Form überführt wird. Geeignete Reagenzien sind beispielsweise Alkylhalogenide, insbesondere Alkylchloride, Alkylbromide und Alkyliodide, sowie Protonensäuren, beispielsweise Mineralsäuren, wie Halogenwasserstoffsäure, Phosphorsäure, Schwefelsäure, oder starke organische Säuren, wie Ameisen- oder Essigsäure.
Als kationische Gruppen tragende Polymere können geeignet modifizierte Polyacrylate, Polyester, Polyurethane oder sonstige Polymere eingesetzt werden, die mindestens ein primäres, sekundäres oder tertiäres Stickstoffatom tragen. Bevorzugt werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung kationische Gruppen tragende Polyacrylate eingesetzt.
Solche Polyacrylate sind herstellbar, indem beispielsweise die oben beschriebenen Monomeren (mit Ausnahme der freie Säuregruppen tragenden Monomere) zusammen mit einem geeigneten, eine primäre, sekundäre oder tertiäre Aminogruppe tragenden ethylenisch ungesättigten Verbindungen copolymerisiert werden. Als ethylenisch ungesättigte, primäre, sekundäre oder tertiäre Aminogruppen tragende Monomere eignen sich beispielsweise Dimethylaminoethylmethacrylat, Dimethylaminoneopentylacrylat, Dimethyl- aminopropylmethacrylat, Aminoethylmethacrylat, 2-N-Morpholinoethylacrylat, tert.- Butylaminoethylmethylacrylat, 4-Methacrylamido-2,2,6,6-tetramethylpiperi-din,
Trimethylammoniummethyl-(meth)acrylatchlorid, α-Acetamido-diethyl- aminoethyl(meth)-acrylatchlorid, Trimethylammoniumpropylacrylatchlorid bzw. methacrylatchlorid, Trimethylammoniummethylacrylatbromid bzw. -metha- crylatbromid, Trimethylammoniumneopentylmethacrylatchlorid bzw. -acrylat-chlorid, Diallyldimethylammoniumchlorid, Diallylbutylmethylammoniumbromid. Die kationisch geladenen Polymere weisen vorzugsweise einen pH-Wert von etwa 3 bis etwa 8 auf, besonders bevorzugt ist der pH-Wert der kationisch geladenen Polymere jedoch neutral, d.h. zwischen etwa 6,5 und etwa 7,5.
Die Ladungsdichte, d.h. die Zahl der kationischen Gruppen pro Gewichtseinheit am Polymeren beträgt bevorzugt etwa 2 bis etwa 6 meq/g, besonders bevorzugt etwa 2,5 bis etwa 5 meq/g und weiter bevorzugt etwa 3,5 bis etwa 4,5 meq/g.
Das kationische Polymere weist in der Regel ein Molekulargewicht von etwa 1.000 bis etwa 500.000 auf, wobei Molekulargewichte von etwa 50.000 bis etwa 150.000, insbesondere von etwa 80.000 bis etwa 120.000, bevorzugt sind.
Unter den Konservierungsmitteln sind besonders solche Konservierungsmittel bevorzugt, die ein fungizides Wirkspektrum aufweisen. Gut geeignet im Sinne der Erfindung ist das von der Firma BAYER, Leverkusen, vertriebene Konservierungsmittel Preventol® A11 D.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält Komponente B zu mindestens 50 Gew.-% Polyvinylacetat. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält Komponente B zu mindestens 20 Gew.-% ein Copolymeres aus Butadien und Styrol.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das thermoplastische Verbundmaterial
etwa 10 bis etwa 50 Gew.-% organische Fasern, etwa 10 bis etwa 40 Gew.-%, mindestens eines Copolymeren aus Styrol und Butadien, etwa 30 bis etwa 60 Gew.-% Polyvinylacetat und gegebenenfalls bis zu 25 Gew.-% anorganische Salze,
Konservierungsmittel, Farbstoffe, natürliche und/oder synthetische Fette,
Paraffine, natürliche und/oder synthetische Öle, Silkonöle, ionische und/oder nicht-ionische Tenside.
Das erfindungsgemäße thermoplastische Verbundmaterial soll vorzugsweise zur Beschichtung von Oberflächen mit einer Reliefstruktur dienen. Solche Beschichtungen werden üblicherweise im sogenannten Tiefziehverfahren aufgebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das thermoplastische Verbundmaterial einen Fließübergangsbereich von etwa 70 bis 130 °C auf.
Bei Temperaturen oberhalb des angegebenen Fließübergangsbereichs lassen sich die erfindungsgemäßen thermoplastischen Verbundmaterialien irreversiblen Formänderungen, beispielsweise Dehnungen, unterziehen. Das erfindungsgemäße thermoplastische Verbundmaterial kann dabei aufgrund seiner besonderen Reißfestigkeit verbunden mit einer guten Fließfähigkeit auch Reliefs mit großen Höhenunterschieden (Radien) ohne Risse in der Beschichtung und unter Beibehalt der ursprünglichen Oberflächenstruktur beschichten.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen thermoplastischen Verbundmaterials erfolgt vorzugsweise durch Kontaktieren der Komponente A mit den Bestandteilen der Komponente B, wobei diese Bestandteile vorzugsweise in wäßriger Dispersion vorliegen.
Wenn Komponente B mehr als einen Bestandteil aufweist, d.h., mehr als ein Polymeres, so können beide Polymeren nebeneinander in einer Dispersion vorliegen. Es ist jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenso möglich, daß beide Polymeren in unterschiedlichen Dispersionen vorliegen.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens werden Komponente A und die Bestandteile der Komponente B in einer oder mehreren Dispersionen vermischt und die Bestandteile der Komponente B gleichzeitig, d.h., während des Vermischens, oder anschließend, d.h., in einem eigenen Verfahrensschritt nach der Vermischung koaguliert.
Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Verbundmaterials, enthaltend
a) mindestens 15 Gew.-% eines organischen Fasermaterials oder eines Gemischs aus zwei oder mehr organischen Fasermaterialien als Komponente A und b) mindestens 15 Gew.-% eines thermoplastischen Bindemittels als Komponente B,
bei dem Fasern mit einer gestreckten Faserlänge von 0,1 bis 15 mm als Komponente A, gleichzeitig oder in beliebiger Reihenfolge aufeinanderfolgend mit einer Polymerdispersion oder einem Gemisch aus zwei oder mehr Polymerdispersionen, jeweils enthaltend mindestens ein Polymeres, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethanen, Polyestern, Polyamiden, Polyolefinen, Polyvinylestem, Polyethern, Polystyrolen, Styrol-Olefin-Copolymeren, Polyacrylaten oder Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren, oder Gemischen oder Copolymeren aus zwei oder mehr der genannten Polymeren, wobei die Dispersion oder die Dispersionen nicht ausschließlich aus zwei verschiedenen Polyacrylaten bestehen, zu einer Mischung vermischt werden, so daß die in der Dispersion oder den Dispersionen enthaltenen Polymeren Komponente B bilden, und anschließend die Mischung mit einer wäßrigen Lösung eines Aluminium- oder eines Kupfersalzes behandelt, entwässert und getrocknet wird.
Wenn zwei oder mehr verschiedene Polymerdispersionen eingesetzt werden, so können im Rahmen der vorliegenden Erfindung beispielsweise unterschiedlich stabilisierte Dispersionen verwendet werden. Beispielsweise kann beim Einsatz von zwei Polymerdispersionen eine anionisch stabilisierte Dispersion und eine kationisch stabilisierte Dispersion eingesetzt werden. Die Dispersionen können dabei so gewählt werden, daß es zu einer im wesentlichen vollständigen Koagulation, d.h., einer im wesentlichen vollständigen Ausfällung der in der Dispersion enthaltenen Bindemittel kommt. Es ist jedoch ebenso möglich so zu verfahren, daß nur ein Teil der Bindemittel ausgefällt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden jedoch Polymerdispersionen eingesetzt, die im wesentlichen, zumindest bezüglich der Ladung der stabilisierenden Spezies, identisch stabilisiert sind. Beispielsweise können Dispersionen eingesetzt werden, die anionisch oder kationisch stabilisiert sind. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden anionisch stabilisierte Polymerdispersionen eingesetzt.
Die Behandlung der Mischung mit einer wäßrigen Lösung eines Aluminium- oder eines Kupfersalzes erfolgt derart, daß im Anschluß an die Behandlung im wesentlichen alle in der Mischung vorliegenden Polymermoleküle ausgefällt, d.h. koaguliert sind.
Die folgende, beispielhafte Verfahrensbeschreibung dient lediglich der Illustration einer Möglichkeit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und stellt keine Beschränkung dar. Abweichungen vom folgenden Verfahrensablauf, gegebenenfalls unter Optimierung des folgend beschriebenen Verfahrens, kann der Fachmann in Abhängigkeit von der ihm vorliegenden Situation problemlos vornehmen.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen thermoplastischen Verbundmaterialien werden gegerbte Lederabfälle in Messermühlen auf eine Größe von etwa 1 cm2 Fläche zerkleinert (vorgeschnitten). Die Zerkleinerung erfolgt in diesem Stadium in der Regel trocken.
Die so vorzerkleinerten Lederabfälle werden abgewogen und über sogenannte Scheibenrefiner naß zerfasert. Die Wasserzugabe wird so gesteuert, daß man einen knotenfreien Faserbrei erhält, der aus etwa 5 Gew.-% Fasern und etwa 95 Gew.-% Wasser besteht (entsprechend ca. 1000 kg Fasern auf 20 m3 Wasser). Vorzugsweise wird die Zerkleinerung so durchgeführt, daß ein Teil des später im Prozeß stehenden Abwassers an dieser Stelle in den Kreislauf zurückgeführt wird. So lassen sich Abwasseranteiie am gesamten, während des Zerkleinerungsvorgangs eingesetzten Wasser von etwa 50 %, vorzugsweise darüber, erzielen.
Die so erhältliche Suspension von Lederfasern in Wasser wird anschließend in ein geeignetes Gefäß, vorzugsweise eine Ansetzbütte, transferiert. Die transferierte Menge wird so bemessen, daß die Konzentration an Lederfasern bezogen auf die gesamte vorgesehene Ansatzmenge zwischen etwa 1 ,5 und etwa 2,5 Gew.-% liegt.
Wenn die Lederfasern einen Anteil an chromgegerbtem Leder enthalten oder wenn die Lederfasern ausschließlich aus chromgegerbtem Leder bestehen, werden zunächst vegetabile Gerbstoffe, beispielsweise Kastanienholzextrakt, Quebracho, Mimosa oder Valonea, zugegeben.
Anschließend werden Fettungsmittel zugegeben. Als Fettungsmittel sind alle Lederfettungsmittel geeignet, die in Wasser emulgierbar sind. Vorzugsweise werden hierzu sulfatierte Fischöle eingesetzt, beispielsweise Licrol® DM 10 der Firma Eberle, Coriatol U6 von der Firma Polychemie oder Coripol 2397 von der Firma WO 00/67937 _.. PCT/EP00/03852
TFL.
Weiterhin können dem Ansatz Farbstoffe zugegeben werden. Üblicherweise handelt es sich hierbei um quantitativ aufziehende Eisenoxidfarben, beispielsweise Bayferrox® 960 (Firma BAYER).
Der Ansatz kann weiterhin mit Konservierungsmitteln, beispielsweise Preventol A11D (Firma BAYER), natürlichen und/oder synthetischen Fetten, natürlichen und/oder synthetischen Ölen, Silikonölen und/oder ionischen und/oder nichtionischen Tensiden versetzt werden.
Sofern die Zusatzstoffe nicht wasserlöslich oder in Wasser selbstemulgierbar sind, werden sie in der Regel in Form von Emulsionen dem Ansatz zugesetzt.
Im Anschluß daran wird die Polymerdispersion oder das Gemisch aus zwei oder mehr verschiedenen Polymerdispersionen zugegeben.
Wenn zwei oder mehr verschiedene Polymerdispersionen eingesetzt werden sollen, so können diese entweder gleichzeitig oder in beliebiger Reihenfolge nacheinander der Mischung zugegeben werden.
Wenn zwei Polymerdispersionen mit unterschiedlicher Stabilisierung, d.h., unterschiedlicher Ladung der stabilisierenden Spezies der Mischung zugegeben werden, so wird die anionisch stabilisierte Polymerdispersion oder werden die anionisch stabilisierten Polymerdispersionen getrennt von der kationisch stabilisierten Polymerdispersion oder den kationisch stabilisierten Polymerdispersionen zugegeben. Die Reihenfolge spielt hierbei keine Rolle.
Nach beendeter Zugabe der Polymerdispersionen wird die Mischung mit einer Lösung eines Aluminium- oder eines Kupfersalzes versetzt. Vorzugsweise wird Aluminiumsulfat eingesetzt, wobei pro 1000 kg Ansatz etwa 40 bis 300 I, vorzugsweise etwa 100 bis etwa 250 I, besonders bevorzugt etwa 120 bis etwa 200 I einer etwa 20 bis vorzugsweise etwa 60 Gew.-%igen Aluminiumsulfatlösung zugegeben werden.
Gleichzeitig mit der Metallsalzbehandlung, vorzugsweise jedoch im Anschluß an diese, kann die Mischung mit einer Lösung eines kationisch geladenen Polymeren behandelt werden. Das kationisch geladene Polymere hat vorzugsweise ein Molekulargewicht, das etwa 150.000 nicht übersteigt, vorteilhafterweise von etwa 80.000 bis etwa 120.000 beträgt.
Die Ladungsdichte des kationisch geladenen Polymeren beträgt etwa 2,00 bis 5,00 meq/g, vorzugsweise etwa 2,50 bis etwa 4,50 meq/g und besonders bevorzugt etwa 3,00 bis etwa 4,00 meq/g.
Die Menge des kationisch geladenen Polymeren beträgt etwa 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamttrockenmasse im Ansatz, vorzugsweise etwa 1 bis 8 Gew.- % und besonders bevorzugt etwa 2 bis 6 Gew.-%.
Nach etwa einer Stunde Rühren wird der Ansatz unter Zuhilfenahme einer geeigneten Entwässerungsvorrichtung von überschüssigem Wasser befreit. Hierzu bieten sich zum einen Entwässerungseinrichtungen an, die im sogenannten Batch- Verfahren arbeiten, beispielsweise eine sogenannten Müllerpresse, bevorzugt ist jedoch eine kontinuierliche Verarbeitung auf einer Langsiebent- wässerungsmaschine. Der Ansatz wird auf der Langsiebentwässerungsmaschine auf einen Restwassergehalt von etwa 70 Gew.-% entwässert.
Im Anschluß an den Entwässerungsvorgang wird das erhaltene Material unter Zuhilfenahme einer geeigneten Preßvorrichtung, vorzugsweise einer Taktpresse, mit einem Druck von etwa 1000 bis etwa 3000 t, vorzugsweise etwa 1500 bis etwa 2500 1, gepreßt.
Das so behandelte Material wird nun durch eine geeignete thermische Trocknungseinrichtung geführt, und hier bis auf einen Restwassergehalt von etwa 10 Gew.-% getrocknet und anschließend auf Rollen aufgewickelt.
Die so gewonnenen Folien zeigen beispielsweise einen Fließübergangsbereich von etwa 70 bis etwa 130 °C und sind damit für moderne Oberflächenbe- schichtungsverfahren, vorzugsweise sogenannte Tiefziehverfahren, geeignet.
Um eine dauerhafte Befestigung zwischen Oberflächenbeschichtungsmaterial und zu beschichtender Oberfläche zu erreichen, wird in der Regel ein Klebstoff eingesetzt. Unter Klebstoffen werden im Sinne der vorliegenden Erfindung nichtmetallische, vorzugsweise organische Stoffe verstanden, die Fügeteile durch Flächenhaftung und innere Festigkeit verbinden.
Zu den Klebstoffen zählen beispielsweise Leime, Dispersionsklebstoffe, lösemittelhaltige Klebstoffe und/oder Kontaktklebstoffe.
Vorzugsweise werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung organische Klebstoffe eingesetzt, wobei es sich entweder um physikalisch abbindende Klebstoffe oder um chemisch reagierende Klebstoffe oder eine Kombination aus beidem handeln kann. Zu den physikalisch abbindenden Klebstoffen, die im Sinne der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, zählen beispielsweise in Lösung oder Dispersion vorliegende Klebstoffe, Kontaktklebstoffe oder Schmelzklebstoffe. Als chemisch reagierende Klebstoffe können z.B. solche eingesetzt werden, die ohne Abspaltung flüchtiger Bestandteile eine ausreichende Haftung der zu verklebenden Flächen aneinander vermitteln. Es können jedoch auch Klebstoffe eingesetzt werden, die unter Abspaltung flüchtiger Bestandteile die erforderliche Haftung erzielen. Die Klebstoffe können sowohl kalthärtend als auch warmhärtend sein, einen thermoplastischen, duromeren oder elastomeren Endzustand aufweisen und einkomponentig oder zwei- oder mehrkomponentig anwendbar sein.
In der Regel ist es vorteilhaft, wenn die zu verklebenden Flächen im Anschluß an das Aneinanderfügen einem erhöhten Druck ausgesetzt werden. In einer besonderen Ausführungsform werden daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung Klebstoffe eingesetzt, die nach Ausüben von Druck auf die aneinanderzufügenden Flächen eine im Vergleich zur drucklosen Verarbeitung verbesserte Haftung ergeben.
Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzten Klebstoffe weisen vorteilhafterweise wenigstens drei unterschiedliche makromolekulare Verbindungen als Haftvermittler auf.
Unter Haftvermittlern werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung makromolekulare Stoffe verstanden, die hauptsächlich zum Entstehen der Adhäsions- und Kohäsionskräfte zwischen den zu verklebenden Flächen beitragen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird als Haftvermittler beispielsweise eine Kombination aus Polyurethan, Polyacrylat und Ethylenvinylacetatcopolymer (EVA- Copolymer), in Form wäßriger Dispersionen oder als Schmelzklebstoff eingesetzt.
Im einzelnen enthält der Klebstoff etwa 30 bis 120 Gewichtsteile einer vorzugsweise anionischen Polyesterpolyurethandispersion.
Polyesterpolyurethane sind erhältlich, indem in der Regel relativ niedermolekulare Polyester mit OH-Endgruppen mit wenigstens zweiwertigen Isocyanaten unter Ausbildung von Urethanverknüpfungen umgesetzt werden. Die Polyester weisen dabei in der Regel ein Molekulargewicht von wenigstens etwa 400, vorzugsweise wenigstens etwa 500 auf. Es können sowohl aromatische als auch aliphatische Polyester eingesetzt werden, wobei aromatische Polyester üblicherweise als alleinige Polyesterkomponente aufgrund der hohen Kristallisationsneigung und der geringen Flexibilität nicht geeignet sind.
In der Regel als Säurekomponenten am Aufbau des Polyesters beteiligt sind beispielsweise aliphatische Dicarbonsäuren wie Butan-1 ,4-dicarbonsäure, Pentan- 1 ,5-dicarbonsäure, Hexan-1 ,6-dicarbonsäure, Heptan-1,7-dicarbonsäure oder 2.0 weitere, höhere Homologen mit zunehmender Zahl von Kohlenstoffatomen. Weiterhin sind beispielsweise aromatische Dicarbonsäuren, beispielsweise Terephthalsäure oder Isophthalsäure, einsetzbar.
Als Diolkomponente zur Herstellung der Polyester lassen sich in der Regel alle aliphatischen Dialkohole mit 2 bis etwa 20 Kohlenstoffatomen einsetzen. Bevorzugt sind hierbei Ethylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, Pen-tandiol-1 ,5, Hexandiol-1,6, Heptandiol-1 ,7, Octandiol-1 ,8, Nonandiol-1 ,9, Decandiol-1,10 sowie die höheren Homologen mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen. Bevorzugt sind hierbei die aliphatischen Diole mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise etwa 4 bis 8 Kohlenstoffatomen.
Gegebenenfalls können die Polyester auch unter Verwendung von Säure- oder Alkoholkomponenten hergestellt worden sein, die eine von 2 abweichende Funktionalität aufweisen. Als 3- oder höherwertige Säurekomponenten sind beispielsweise 1 ,2,3-Propantricarbonsäure, Hemimellithsäure, Trimellithsäure, Trimesinsäure oder 1 ,2,4,5-Benzoltetracarbonsäure einsetzbar. 3- oder höherwertige Alkoholkomponenten sind beispielsweise Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit oder Kohlehydrate, wie beispielsweise die monomeren Zuckerverbindungen, insbesondere Glucose.
Gegebenenfalls können als Diolkomponente auch die Umsetzungsprodukte von zwei oder höherwertigen Alkoholen mit Ethylenoxid und/oder Propylenoxid eingesetzt werden.
Grundsätzlich ist es auch möglich, Gemische aus mehreren unterschiedlichen Säuren und mehreren unterschiedlichen Alkoholen miteinander umzusetzen.
Die Umsetzung verläuft in der Regel mit einer Stöchiometrie, die es erlaubt, zum einen das gewünschte Molekulargewicht einzustellen (in der Regel etwa 400 bis etwa 10.000, vorzugsweise etwa 500 bis etwa 5.000) und gleichzeitig gewährleistet, daß der Polyester wenigstens eine Hydroxygruppe im Molekül, vorzugsweise als Endgruppe, aufweist.
Die beschriebenen Polyester werden im Anschluß mit di- oder höherwertigen, beispielsweise Tri- oder Tetraisocyanaten, umsetzt. Zu diesem Zweck können prinzipiell alle aliphatischen oder aromatischen Polyisocyanate eingesetzt werden. Bevorzugte Polyisocyanate sind beispielsweise Hexamethylendiisocyanat-1,6, 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat, und 4,4'-Diisocyanatodiphenylmethan (MDI). Wird Toluylendiisocyanat eingesetzt, so handelt es sich vorzugsweise um ein Isomerengemisch, welches das 2,4- und das 2,6-lsomere in einem Verhältnis von etwa 80 zu etwa 20 aufweist.
Die Polyurethane liegen beispielsweise in dispergierter Form vor, wobei Wasser als kontinuierliche Phase bevorzugt ist. In der Regel werden anionische Emulgatoren eingesetzt.
Es ist besonders bevorzugt, wenn die Polyurethandispersionen einen Feststoffgehalt von etwa 35 bis etwa 65 % aufweisen, eine Viskosität (nach DIN 53019) von weniger als etwa 1000 mPas, vorzugsweise etwa 100 bis etwa 900 mPas und besonders bevorzugt etwa 200 bis etwa 800 mPas aufweisen. Der pH-Wert liegt bevorzugt in einem Bereich von etwa 5 bis etwa 9, besonders bevorzugt bei etwa 6,5 bis etwa 7,5. Die Mindestfilmbildetemperatur (DIN 53787) der bevorzugten Polyurethandispersionen liegt zwischen etwa 2 und etwa 10 °C, vorzugsweise bei etwa 4 bis etwa 6 °C und besonders bevorzugt bei etwa 5 °C. Der Erweichungspunkt der aus diesen Polyurethandispersionen erhältlichen Filme kann nach ASTM D 816 mehr als 100 °C betragen, bevorzugt ist es jedoch wenn der Erweichungspunkt etwa 80 °C oder darunter beträgt, beispielsweise etwa 60 °C.
Beispiele für im Handel erhältliche, im Rahmen der Erfindung einsetzbare Polyurethandispersionen sind Dispercoll® U 42, Dispercoll® U 53, Dispercoll® U 54, Dispercoll® KA 8481 der Firma BAYER, Quilastic® DEP-172 und/oder Quilastic® 144-66. Besonders bevorzugt ist Dispercoll® U 53. Ebenfalls als Klebstoff einsetzbar sind Polyolefine oder Polyamide, wobei diese insbesondere als Schmelzklebstoffe eingesetzt werden.
Die Polyacrylsäureester werden ebenfalls vorzugsweise als wäßrige Dispersion eingesetzt. Es ist besonders bevorzugt, wenn die Dispersion auf der Basis von anionischen Emulgatoren aufgebaut ist. Vorzugsweise handelt es sich bei den Polyacrylatdispersionen um Polymerdispersionen, die an sich schon als Klebstoffe, sogenannte Acrylat-Klebstoffe, eingesetzt werden können. Vorzugsweise basieren Polyacrylate auf Acrylsäureestern, vorzugsweise Methyl-, Ethyl-, n-Butyl-, iso-Butyl- oder 2-Ethylhexylestern der Acrylsäure. Es ist ebenfalls möglich, zusammen mit oder anstelle der Acryisäureester die entsprechenden Ester der Methacrylsäure einzusetzen. Die Acryisäureester und/oder Methacrylsäureester können mit weiteren Substanzen, die eine olefinisch ungesättigte Doppelbindung aufweisen, copolymerisiert sein. Bevorzugt sind dies beispielsweise Vinylester von Carbonsäuren, beispielsweise Vinylacetat, oder Styrol.
Gegebenenfalls können die Polyacrylate funktioneile Gruppen aufweisen, die eine nachträgliche Vernetzung, beispielsweise durch Temperaturerhöhung, erlauben. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um funktionelle Gruppen, die durch Zugabe einer geringen Menge einer katalytisch wirksamen Substanz durch Temperaturerhöhung vernetzbar sind. Besonders bevorzugt ist es, wenn als Katalysator eine Säure eingesetzt wird oder eine andere Verbindung, die durch Temperaturerhöhung in geeigneter Umgebung, beispielsweise wäßriger Umgebung, eine Säure freisetzen kann. Bevorzugt sind hierbei Verbindungen wie Oxalsäure, Ammoniumchlorid, Magnesiumchlorid und/oder Diammonium-phosphat.
Die Polyacrylatdispersionen weisen vorzugsweise bei 23 °C eine Viskosität (DIN 53019) von etwa 20 bis etwa 5.000 mPas auf. Der pH-Wert der bevorzugten Dispersionen beträgt in der Regel etwa 2 bis etwa 9, bevorzugt etwa 2,5 bis etwa 8. Die Mindestfilmbildetemperatur (DIN 53787) liegt bei allen eingesetzten Polyacrylatdispersionen unterhalb von etwa 1 °C, bevorzugt unterhalb von etwa 0 °C. Die Polyacrylate weisen in der Regel eine Glasübergangstemperatur von weniger als etwa -20 °C, vorzugsweise weniger als -30 °C und besonders bevorzugt weniger als -35 °C, beispielsweise -40 °C oder -45 °C, auf. Die mittlere Teilchengröße der dispergierten Polyacrylatpartikel liegt vorzugsweise bei weniger als etwa 70 μm, bevorzugt weniger als etwa 65 μm.
Bevorzugt eingesetzte Handelsprodukte sind beispielsweise unter dem Namen Acronal® V 205 von der Firma BASF oder unter dem Namen Quiacryl® 126-07 von der Firma Merquinsa oder unter dem Namen Plextol® E 220 von der Firma Röhm erhältlich.
EVA-Copolymere sind Copolymere aus Ethylen und Vinylacetat. Die beiden Monomere lassen sich radikalisch initiiert in beliebigen Mengenverhältnissen copolymerisieren. Dabei resultieren Copolymere mit statistischer Anordnung der Monomerbausteine in den Polymerketten. Die Eigenschaften der EVA-Copolymere lassen sich über das Molverhältnis von Ethylen zu Vinylacetat in weiten Grenzen variieren. So sind beispielsweise Produkte mit einem Ethylengehalt von weniger als 30 Gew.-% teilkristallin und thermoplastisch, solche mit einem Vinylacetat von etwa 40 bis etwa 70 Gew.-% sind weitgehend amorph. Die Herstellung der EVA- Copolymere erfolgt in der Regel durch Masse-, Emulsions- oder Lösungspolymerisation. Das Molekulargewicht der im Rahmen der Erfindung eingesetzten EVA-Copolymere liegt zwischen etwa 10.000 und etwa 1.500.000. Vorzugsweise liegen die EVA-Copolymere als wäßrige Dispersion mit einem Festkörpergehalt zwischen etwa 40 und etwa 70 Gew.-%, vorzugsweise etwa 50 bis etwa 60 Gew.-% vor. Die Viskosität (nach ISO 2555 bei 23 °C, Brookfield (RVT), 20 U/min, Spindel 4) beträgt etwa 2.000 bis etwa 13.000 mPas, beispielsweise können Dispersionen mit einer Viskosität von etwa 4.000 bis etwa 6.000 mPas, etwa 6.000 bis etwa 12.000 mPas oder etwa 2.500 bis etwa 4.000 mPas eingesetzt werden. Der pH-Wert der Dispersionen liegt zwischen etwa 3 und etwa 6, vorzugsweise zwischen etwa 3,8 und etwa 4,8. Die Dispersionen ergeben opake, transparente oder klare Filme und weisen in der Regel eine Mindestfilmbildetemperatur von weniger als 5 °C, vorzugsweise weniger als etwa 3 °C und besonders bevorzugt etwa 0 °C auf. Die Filme weisen eine Reißfestigkeit (Normklima 23 °C/50% RLF, nach DIN 50014) von zwischen etwa 2,5 und etwa 9 N/mm2 auf. Beispielsweise sind Dispersionen einsetzbar, die Filme mit einer Reißfestigkeit von etwa 3 N/mm2, 6 N/mm2 oder etwa 8 N/mm2 ergeben. Die Reißdehnung (bestimmt nach DIN 50014 bei Normklima 23 °C/50% RLF) sollte für die aus den Dispersionen hergestellten Filme etwa 500 bis etwa 900 % betragen. Die Filme sollten eine Kältebruchtemperatur (DIN 53372) von höchstens etwa 4 °C aufweisen.
Der erfindungsgemäße Klebstoff kann noch weitere Komponenten, beispielsweise Netzmittel, Verdickungsmittel, Konservierungsmittel oder Entschäumer enthalten.
Netzmittel werden zur Verbesserung der Untergrundbenetzung in wäßrigen System eingesetzt, im vorliegenden Fall wird durch Netzmittel die Benetzung des thermoplastischen Verbundmaterials und der damit zu verklebenden Oberfläche verbessert. Als Netzmittel sind grundsätzlich alle Tenside einsetzbar, welche die Stabilität der Klebstoffdispersion nicht negativ beeinflussen, vorzugsweise werden jedoch polyethermodifizierte Dimethylpolysiloxane als Netzmittel eingesetzt. Besonders geeignet ist das im Handel erhältliche Produkt BYK®-346, von der Firma BYK-Chemie GmbH oder Lumiten® IRA.
Als Verdickungsmittel werden organische, hochmolekulare Stoffe eingesetzt, die Wasser aufsaugen und dabei aufquellen und schließlich in zähflüssige Lösungen übergehen. Als Verdickungsmittel einsetzbar sind beispielsweise natürliche Verdickungsmittel, wie Agar-Agar, Carragen, Tragant, Gummiarabicum, Alginate, Pectine, Polyosen, Guar-Mehl, Johannisbrotbaumkernmehl, Stärke, Dextrine, Gelatine oder Casein. Weiterhin einsetzbar sind abgewandelte Naturstoffe wie beispielsweise Carboxymethylcellulose und andere Celluloseether, Hydroxyethyl- und -propylcellulose sowie Kernmehlether.
Ebenfalls einsetzbar und im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt sind organische, synthetische Verdickungsmittel wie Polycarbonsäuren, Polyether, Polyimine, Polyamide und einige Vinylpolymere, wobei Verdickungsmittel wie Polyvinylalkohol oder Polycarbonsäuren, beispielsweise carboxylgruppenhaltige Acrylestercopolymere, oder Vinylpyrrolidoncopolymere, bevorzugt sind. Die Verdickungsmittel werden als wäßrige Lösung oder wäßrige Dispersion mit einem Feststoffgehalt von in der Regel etwa 20 bis etwa 40 Gew.-%, vorzugsweise etwa 25 bis etwa 30 Gew.-% eingesetzt. Handelsübliche Verdickungsmittel, die im Rahmen der Erfindung einsetzbar sind, sind beispielsweise Collacral®VL von der Firma BASF oder Latekoll®D von der Firma BASF.
Als Entschäumer ist beispielsweise Agitan®281 (Münzing Chemie) einsetzbar.
Als Konservierungsmittel ist beispielsweise Aktizid®RS (Thorchemie) geeignet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die oben genannten Klebstoffe als Schmelzklebstoffe in entsprechender Rezeptur eingesetzt.
Der Klebstoff wird auf die mit dem thermoplastischen Verbundmaterial zu beschichtende Unterlage, vorzugsweise eine Preßspanplatte, mittels einer Sprühpistole oder einem anderen geeigneten Hilfsmittel aufgetragen.
Nach einer Trocknungszeit von nicht unter 30 Minuten werden die Abschnitte des erfindungsgemäßen thermoplastischen Verbundmaterials auf die zu beschichtende Unterlage aufgelegt und bei einer Temperatur von etwa 80 bis etwa 100 °C gepreßt. Die Preßzeit beträgt zwischen etwa 10 und etwa 240, vorzugsweise zwischen etwa 30 und etwa 120 Sekunden, je nach Dicke des Abschnitts. Der Preßdruck liegt bei etwa 2 bis etwa 10, vorzugsweise bei etwa 3 bis etwa 6 bar.
Wenn die o.g. Klebstoffe als Schmelzklebstoffe eingesetzt werden, so entfällt die genannte Trocknungszeit. In Abhängigkeit von der offenen Zeit der Schmelzklebstoffe sollten die Abschnitte möglichst schnell mit der Unterlage in Kontakt gebracht und verpreßt werden. Der Einsatz von Schmelzklebstoffen ist beispielsweise dann besonders angebracht, wenn Strangmaterialien, beispielsweise Strangprofile, mit dem erfindungsgemäßen thermoplastischen Verbundmaterial diskontinuierlich oder kontinuierlich beschichtet werden sollen. -j
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Oberflächenbeschichtung von Gegenständen mit dem erfindungsgemäßen thermoplastischen Verbundmaterial, bei dem die Verbindung zwischen erfindungsgemäßem Verbundmaterial und Gegenstand mittels Schmelzklebstoff erfolgt.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen thermoplastischen Verbundmaterials oder eines erfindungsgemäß hergestellten thermoplastischen Verbundmaterials zur Oberflächenbeschichtung von Gegenständen, insbesondere zur Profilummantelung von Wand- Boden- und Deckenpaneelen, Möbelfronten mit oder ohne Innenradien, zur Kantenanleimung, oder zur Oberflächenbeschichtung von Innenräumen von motorgetriebenen Kraftwagen, beispielsweise von Armaturentafeln, Türspiegeln, Säulen, Zierleisten, Schalthebeln, Hutablagen, Kofferraumapplikationen und dergleichen.
Vorzugsweise wird das thermoplastische Verbundmaterial im Tiefziehverfahren unter Anlegen eines Vakuums aufgebracht. Das thermoplastische Verbundmaterial liegt dabei vorzugsweise in Form von Folien einer Stärke von etwa 0,5 mm bis etwa 1,0 mm, vorzugsweise etwa 0,6 mm bis etwa 0,8 mm, vor.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das erfindungsgemäße thermoplastische Verbundmaterial eine Oberflächenbeschichtung auf, die beispielsweise zur Versiegelung des Materials dienen kann. Als Oberflächenbeschichtung eignen sich beispielsweise dünne Folien aus Polyurethan, Polyester, Polyolefinen oder dergleichen, die mit einem geeigneten Klebstoff auf die Oberfläche des erfindungsgemäßen thermoplastischen Verbundwerkstoffs kaschiert werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist damit auch ein erfindungsgemäßer thermoplastischer Verbundwerkstoff, der auf mindestens einer Oberfläche mit einer Polymerfolie, insbesondere aus Polyurethan, Polyester oder Polyolefinen, kaschiert ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Folie Farbstoffe oder Pigmente. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Folie ein Oberflächenprofil auf, beispielsweise Narben oder Noppen.

Claims

Patentansprüche
1. Thermoplastisches Verbundmaterial, enthaltend
a) mindestens 15 Gew.-% eines organischen Fasermaterials oder eines Gemischs aus zwei oder mehr organischen Fasermaterialien als Komponente A und b) mindestens 15 Gew.-% eines thermoplastischen Bindemittels als Komponente B,
wobei das Bindemittel mindestens 10 Gew.-% eines Polymeren, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethanen, Polyestern, Polyamiden, Polyolefinen, Polyvinylestern, Polyethern, Polystyrolen, Styrol-Olefin- Copolymeren, Polyacrylaten oder Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren, oder Gemischen oder Copolymeren aus zwei oder mehr der genannten Polymeren, enthält, und nicht ausschließlich aus zwei verschiedenen Polyacrylaten besteht.
2. Verbundmaterial nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß es 15 bis 45 Gew.-% organisches Fasermaterial als Komponente A enthält.
3. Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens 40 Gew.-% thermoplastisches Bindemittel als Komponente B enthält.
4. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Bindemittel zu mindestens 30 Gew.-% Polyvinylacetat enthält. WO 00/67937 „ _, PCT/EP00/03852
34
5. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Bindemittel zu mindestens 10 Gew.-% ein Copolymeres aus Butadien und Styrol enthält.
6. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es gegebenenfalls bis zu 20 Gew.-% anorganische Salze, kationische Polymere, Konservierungsmittel, Farbstoffe, natürliche und/oder synthetische Fette, Paraffine, natürliche und/oder synthetische Öle, Siliconöle, ionische und/oder nichtionische Tenside enthält.
7. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Komponente A Kunststoffasern, Pflanzenfasern oder tierische Fasern enthalten sind.
8. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Komponente A Lederfasern enthalten sind.
9. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern der Komponente A eine gestreckte Länge von etwa 0,1 bis etwa 15 mm aufweisen.
10. Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Verbundmaterials, enthaltend
a) mindestens 15 Gew.-% eines organischen Fasermaterials oder eines Gemischs aus zwei oder mehr organischen Fasermaterialien als Komponente A und b) mindestens 15 Gew.-% eines thermoplastischen Bindemittels als Komponente B,
bei dem Fasern mit einer gestreckten Faserlänge von 0,1 bis 15 mm als Komponente A, gleichzeitig oder in beliebiger Reihenfolge aufeinanderfolgend mit einer Polymerdispersion oder einem Gemisch aus zwei oder mehr Polymerdispersionen, jeweils enthaltend mindestens ein Polymeres, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethanen, Polyestern, Polyamiden, Polyolefinen, Polyvinylestem, Polyethern, Polystyrolen, Styrol- Olefin-Copolymeren, Polyacrylaten oder Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren, oder Gemischen oder Copolymeren aus zwei oder mehr der genannten Polymeren, wobei die Dispersion oder die Dispersionen nicht ausschließlich aus zwei verschiedenen Polyacrylaten bestehen, zu einer Mischung vermischt wird, so daß die in der Dispersion oder den Dispersionen enthaltenen polymeren Komponente B bilden, und anschließend die Mischung mit einer wäßrigen Lösung eines Aluminium- oder eines Kupfersalzes behandelt, entwässert und getrocknet wird.
11. Verwendung eines thermoplastischen Verbundmaterials gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 oder eines thermoplastischen Verbundmaterials hergestellt nach Anspruch 10, zur Profilummantelung von Wand- Boden- und Deckenpaneelen, zur Oberflächenbeschichtung von Möbelfronten mit oder ohne Innenradien, zur Kantenanleimung, zur Oberflächenbeschichtung von Teilen in Innenräumen motorgetriebener Kraftwagen.
12. Thermoplastischer Verbundwerkstoff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 oder hergestellt gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß er auf mindestens einer Oberfläche mit einer Polymerfolie kaschiert ist.
13. Verfahren zur Oberflächenbeschichtung von Gegenständen mit einem thermoplastischen Verbundmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 oder 12 oder hergestellt nach Anspruch 10, bei dem die Verklebung zwischen thermoplastischem Verbundmaterial und der Oberfläche des Gegenstands mittels Schmelzklebstoff erfolgt.
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