WO2002007953A1 - Verfahren zur herstellung von formteilen auf kunststoffbasis - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen auf Kunststoffbasis, wobei dem als Matrixgrundmasse verwendeten Kunststoff Bestandteile der Kokosnussschale, insbesondere die Hartschale, hinzugefügt werden. Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich durch ein hohe Wirtschaftlichkeit aufgrund des geringen Preises für das Kokosnusshartschalenmaterial aus. Desweiteren trägt es zu einer Schonung von Ressourcen und Umwelt bei, da ein Abfallprodukt für die Herstellung hochwertiger und vielseitig verwendbarer Formteile auf Kunststoffbasis verwendet wird.

Description

Verfahren zur Herstellung von Formteilen auf Kunststoffbasis

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen auf Kunststoffbasis.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von unterschiedlichsten Formteilen bekannt. So finden z.B. die Press-, Spritzpress- und Spritzgußverfahren ein weites Anwendungsgebiet. Die Press- und Spritzgußmassen werden dabei in den jeweiligen Werkzeugen unter Hitze und Druck zu den jeweiligen Formteilen verarbeitet.

Diese Verfahren zur Herstellung von Formteilen ermöglichen es, kompliziert geartete Formteile herzustellen.

Dabei bestimmen insbesondere die als Press- und Spritzgußmasse verwendeten Bestandteile die späteren Eigenschaften der daraus hergestellten Formteile. Um die Eigenschaften zu variieren und zu verbessern, werden ständig neue Materialien gesucht, welche die ständig wachsenden Anforderungen an die Eigenschaften der Formteile erfüllen. So werden fortwährend neue Kunststoffe entwickelt sowie Zusatzstoffe mit besonderen Charakteristika gesucht, welche die Eigenschaften der Kunststoffe in vorteilhafter Weise verändern.

Darüber hinaus besteht ein grundsätzlicher Bedarf daran, natürliche Ressourcen zu schonen und möglichst umfangreich anfallende Materialien zu nutzen. Desweiteren ist es wünschenswert, insbesondere nachwachsende Ressourcen zu nutzen, um die nicht nachwachsenden Ressourcen zu schonen. Insbesondere das für die Herstellung von Kunststoffen notwendige Rohöl scheint eine immer weniger verfügbare und teure Ressource zu sein, so daß es vorteilhaft ist, die bei der Formteilherstellung verwendeten Kunststoffmengen so gering wie möglich zu halten.

Der Erfindung lag die A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren zu deren Herstellung von Formteilen auf Kunststoffbasis bereitzustellen, welches kostengünsig und ressourcenschonend ist. Ferner soll ein Formteil auf Kunststoffbasis mit diesen Eigenschaften angegeben werden.

G e l ö s t wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Formelementen auf Kunststoffbasis, bei dem der Kunststoff mit Bestandteilen der Kokosnußschale versetzt wird.

In vorteilhafter Weise ermöglicht es die vorliegende Erfindung, Bestandteile der Kokosnußschale bei der Herstellung von Formelementen auf Kunststoffbasis zu verwenden. Vorzugsweise wird dazu die Kokosnußhartschale verwendet. In den Kokosnuß-Produktionsländern wird die natürliche, nachwachsende Ressource Kokosnuß für die unterschiedlichsten Zwecke verwendet; die Blätter und Stämme der Kokosnußpalme ebenso wie das Kokosnußfleisch, aus welchem Kopra und dergleichen hergestellt wird. Die Hartschalen stellen jedoch üblicherweise ein Abfallprodukt dar und sind zu entsorgen. Da es ein Abfallprodukt ist, sind die Hartschalen und andere Reste äußerst kostengünstig.

Erfindungsgemäß werden die Bestandteile der Kokosnußschale zusammen mit den als Matrixgrundmaterial dienenden Kunststoffen zu einem Formteil verarbeitet. Vorzugsweise wird dazu die Hartschale verwendet. In vorteilhafter Weise eröffnet das erfindungsgemäße Verfahren daher die überraschende Möglichkeit, weniger Kunststoffmaterial für die Herstellung von Formteilen zu verwenden, was zu einer erheblichen Kosteneinsparung führt, da Kunststoffgranulate erheblich teurer im Vergleich mit dem als Abfallprodukt geltendem Kokosnußhartschalengranulat sind. Dadurch eröffnet das erfindungsgemäße Verfahren ein überraschenden und kostengünstigen Weg zur Herstellung von Formteilen auf Kunststoffbasis, die zumeist Massenartikel sind, dadurch ist eine erhebliche Kostenreduzierung möglich. Neben der vorteilhaften Kosteneinsparung werden zusätzlich natürliche Ressourcen geschont, da Rohöl eingespart wird und die ohnehin als Abfallprodukt anfallende nachwachsende Ressource Kokosnußschale verwendet wird.

Durch die Zugabe von Bestandteilen der Kokosnußschale können ferner dem Kunststoff besondere, für Kokosnußschalen charakteristische Eigenschaften verliehen werden. Gemäß einem vorteilhaften Vorschlag werden als Bestandteile der Kokosnußschale überwiegend Bestandteile der Hartschale verwendet. Besonders erfreuliche Charakteristika der Kokosnußhartschale sind z.B. ihre außergewöhnliche Härte, ihre ungewöhnliche Struktur, ihre geringe Neigung zur Feuchteaufnahme und Quellung durch Wassereinlagerung, sowie der Umstand, daß sie in Verbindungen keine makroskopisch erkennbare Faserstruktur aufweist. Dadurch wird sie zu einem geeigneten Stoff für die Verbesserung der Eigenschaften von speziellen Kunststoffen.

Das herausragende Merkmal der vorliegenden Erfindung ist der Zusatz von Bestandteilen der Kokosnußschale zu den jeweiligen als Matrixgrund material dienenden Kunststoffen. Das Gemisch aus Kunststoff und Kokosnußschalenbestandteilen wird auf herkömmliche Weise zu einem Formten verarbeitet. Bekannt und geeignet sind Verfahren der eingangs genannten Art, wie beispielsweise Spritzguß, Spritzpreß- oder Pressverfahren.

In vorteilhafter Weise können sowohl Thermo-, Duroplasten und/oder Elastomere als Matrixgrundmasse zur Herstellung des Formteils verwendet werden. Dadurch ist es möglich, Formteile mit den unterschiedlichsten Eigenschaften nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellen. Dadurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein weites Einsatzgebiet für nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteile.

Die als Matrixgrundmasse verwendeten Kunststoffe können in Form von Granulat oder Pulver verarbeitet werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Bestandteil der Kokosnußschale die Hartschale in Form eines Granulates und/oder eines Pulvers verwendet. Ein derartiges Pulver oder Granulat wird in vorteilhafter Weise durch Mahlen hergestellt, es können aber auch alternative Verfahren wie Schreddern, Zerkleinern durch Druck und dergleichen bis zum Erreichen des gewünschten Feinheitsgrades des Korns verwendet werden.

Bevorzugt liegt die Größe des Kokosnußhartschalengranulats im Pulverbereich, damit das Gemisch aus Kunststoff und Kokosnußhartschale auch durch kleinste Düsen gepreßt werden kann. Aber auch eine gröbere Körnung wird für bestimmte Formteile oder Anwendungen durch das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Kokosnußhartschale auf eine Körnung von ca. 30 bis 50my zerkleinert. Es hat sich gezeigt, daß eine solche Körnung sehr gut geeignet ist, um mit den verschiedenen Kunststoffen eine gute Verbindung einzugehen. Eine solche Körnung wird beispielsweise dadurch erzielt, daß die Kokosnußhartschale zunächst auf eine Körnung von 1 mm bis 3mm vorzerkleinert wird. Im Anschluß daran wird die vorzerkleinerte Schale in einer Prallmühle auf eine Körnung von ca. 30 bis 50 my feingemahlen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird die auf die gewünschte Körnung zerkleinerte Kokosnußhartschale in die Matrixgrundmasse aus Kunststoff eingearbeitet, wobei die Menge an beizumischendem Kokosnußgranulat in Abhängigkeit von den erwünschten Materialeigenschaften des Endproduktes gewählt wird. Dadurch kann in vorteilhafter Weise gesteuert werden, welche Eigenschaften das Endprodukt entsprechend seinem Einsatzgebiet aufweisen soll. Dadurch können die unterschiedlichsten Materialanforderungen erfüllt werden. Die Vermischung des Kokosnußgranulats mit dem Kunststoff (z.B. PA, PE, PVC oder PP) erfolgt vorzugsweise mittels einem Doppelschneckenextruder. So kann die Vermischung des Kunststoffs mit den gewünschten Mengenanteilen an Kokosnußgranulat in vorteilhafter Weise direkt vor dem eigentlichen Spritzvorgangs erfolgen.

Zur Verbesserung der Vernetzung zwischen dem Kokonußhartschalengranulat der gewünschten Körnung und der Matrixgrundmasse aus Kunststoff, kann die Oberfläche der Hartschalenkörner nach Bedarf veredelt werden. So können diese beispielsweise beschichtet oder getränkt werden, so daß eine verbesserte Vernetzung erfolgt. Die Art der Beschichtung bzw. Veredelung des Kokosnußhartschalengranulats erfolgt in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Kunststoff.

In vorteilhafter Weise ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren aufgrund der harten Eigenschaften der Kokosnußhartschale auf umweit- und gesundheitsschädliche Zusatzstoffe wie Asbest- oder Glasfasern zu verzichten, welche üblicherweise bestimmten Kunststoffen hinzugefügt werden, um dessen Steifheit zu erhöhen. Jedoch umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren auch die Möglichkeit der Verwendung derartiger Fasern sofern es erforderlich sein sollte.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung werden der Matrixgrundmasse aus Kokosnußhartschalenpulver und Kunststoff faserige Stoffe beigegeben. Dadurch können in vorteilhafter Weise die mechanischen Eigenschaften des Formteils wie beispielsweise die Zug- oder Druckfestigkeit verändert werden. Zur Erlangung der entsprechenden mechanischen Eigenschaften können faserige Naturstoffe beigemengt werden; vorzugsweise Fasern der Kokosnußschale. Dies ist produktionstechnisch sinnvoll, da die Rohstoffbeschaffung konzentriert ist. Ferner können als faseriger Stoff Glasfasern verwendet werden.

In vorteilhafter Weise ermöglicht es das Verfahren verschiedene weitere Zusatzstoffe wie z.B. Farbstoffe der Matrixgrundmasse hinzuzufügen, um ein weites Einsatzgebiet aufgrund von ästhetischen Variationsmöglichkeiten zu gewährleisten.

Gemäß einem vorteilhaften Vorschlag wird der Kunststoff mit den weiteren Bestandteilen vermischt und durch Wärmezufuhr verbunden. In vorteilhafter Weise sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, daß die Formmasse aus den verschiedenen Bestandteilen für den Spritzgußvorgang plastifiziert oder aufgeschmolzen wird, und dann mit hohem Druck in die formgebende Höhlung beispielsweise des Spritzgießwerkzeugs gespritzt wird. Dabei ist die hohe Hitzebeständigkeit der Kokosnußhartschalenderivate von besonderem Vorteil, da je nach Kunststoff mit großer Hitze und unter großem Druck gearbeitet wird. Dabei sind viele Variationen der Werkzeuge und Arbeitsbedingungen je nach herzustellendem Formteil und Material denkbar. Bei der Verarbeitung im Bereich der Thermoplaste wird vorzugsweise das Spritzgußverfahren angewendet. Im Bereich der Verarbeitung der Duroplasten hat sich die Verpressung als vorteilhaft erwiesen. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Verschmelzung von Thermoplasten bei Temperaturen in Bereich von 170°C bis 280°C vorzunehmen. Für die Verarbeitung von Duroplasten haben sich Temperaturen im Bereich von ca. 70°C bis 120°C als günstig erwiesen.

Die dem Kunststoff zugefügten Kokosnußhartschalenderivate können in vorteilhafter Weise die Eigenschaften der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteile verändern. So umfaßt die Erfindung ferner Formteile aus Kunststoff, die Bestandteile der Kokosnußschale, insbesondere der Kokosnußhartschale, aufweisen. Derartige Formteile sind kostengünstig in der Herstellung und sind ressourcenschonend, da die verarbeitete Kunststoffmenge in vorteilhafter Weise reduziert ist. So zeichnen sich erfindungsgemäße Formteile je nach Wahl des zu verarbeitenden Kunststoffes und je nach Menge an beigefügten Kokosnußgranulat, insbesondere durch ein niedriges Gewicht, mechanische Festigkeit und Steifheit, elektrische und thermische Isolation, ferner Beständigkeit gegen Wärme, Feuchtigkeit und Korrosion aus. Die jeweiligen Eigenschaften können durch Variationen und Ergänzungen in der Stoffzusammensetzung verändert bzw. forciert werden.

Die erfindungsgemäßen Formteile finden in vorteilhafter Weise ein weites Anwendungsgebiet. Die Anwendungsgebiete ergeben sich auch aus den verschiedenen Kunststoffen mit ihren charakteristischen Eigenschaften und ihren jeweiligen Anwendungsgebieten. So sind die erfindungsgemäß hergestellten Formteile in den unterschiedlichsten Industriezweigen wie im Fahrzeugbau oder der Elektrotechnik einsetzbar. Aber auch bei der Herstellung von Haushaltsgeräten und anderen Gebrauchsgegenständen finden die Kokosnußhartschalenformteile auf Kunststoffbasis eine Verwendung. Aufgrund der Tatsache, daß es sich bei solchen Artikeln zumeist um Massenartikel handelt, ist der Umstand, daß ein kostengünstiges Matrixmaterial verwendet wird, von erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung.

Das erfindungsgemäße Verfahren beschränkt sich nicht ausschließlich auf die Herstellung von Formteilen aus Kunststoff. Ebenso ist vorgesehen, Kokosnußgranulat unterschiedlicher Körnung bei der Herstellung von Gipsfaserplatten, Betonelementen oder Dachziegeln einzusetzen. Die geringen Kosten von Kokosnußgranulat und seine vorteilhaften Eigenschaften führen zu einer Gewichtsreduzierung, einer geringen Neigung zur Aufnahme von Feuchtigkeit und zu einer großen Feuerfestigkeit der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Bauelemente.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Verfahren zur Herstellung von Formelementen auf Kunststoffbasis, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kunststoff mit Bestandteilen der Kokosnußschale versetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Bestandteil der Kokosnußschale die Hartschale verwendet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Thermo-, Duroplasten und/oder Elastomere als Matrixgrundmasse zur Herstellung des Formteils verwendet werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Thermoplasten durch Spritzguß und Duroplasten durch Verpressen verarbeitet werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Bestandteil der Kokosnußschale die Hartschale in Form eines Granulates und/oder eines Pulvers verwendet wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokosnußhartschale auf eine Körnung von ca. 30 bis 50 my zerkleinert wird.

7. Verfahren nach einem oder mehren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die gewünschte Körnung zerkleinerte Kokosnußhartschale in die Matrixgrundmasse eingearbeitet wird, wobei die Menge an beizumischendem Kokosnußgranulat in Abhängigkeit von den erwünschten Materialeigenschaften des Endprodukts gewählt wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Matrixmasse aus Kokosnußhartschalenpulver und Kunststoff faserige Stoffe beigegeben werden.

9. Verfahren einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als faseriger Stoff die äußeren Fasern der Kokosnußschale verwendet werden.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als faseriger Stoff Glasfasern verwendet werden.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff mit den Zusatzstoffen vermischt und durch Wärmezufuhr verbunden wird.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verschmelzung von Thermoplasten Temperaturen im Bereich von 170° bis 280° Celsius gewählt werden und bei der Verarbeitung von Duroplasten Temperaturen im Bereich von ca.70° bis 120°C gewählt werden.

13. Formteil aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß es Bestandteile der Kokosnußschale aufweist.