WO2008074310A2 - Werkstoff zur herstellung eines formkörpers sowie formkörper - Google Patents

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WO2008074310A2
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Peter O. Glienke
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E & W Greenland Gmbh
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/10—Homopolymers or copolymers of propene
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L97/00—Compositions of lignin-containing materials
    • C08L97/02—Lignocellulosic material, e.g. wood, straw or bagasse

Definitions

  • the invention relates to a material according to the preamble of claim 1 for the production of a shaped body which has a heat and / or pressure-activatable polymer and at least one filler, wherein under molded articles not only finished products such as commodities, but also Vorhapmoi intermediates such as so-called pellets , Tablets or granules, which are intended for further processing into finished products. Furthermore, the invention relates to a molding.
  • a binder is added to the mixture of thermoplastic polymers and the wood pulp as adhesion promoters such as polyester resins, acrylic resins and maleic acid compounds. Under the influence of heat and pressure, this mixture can then be converted to WPC.
  • adhesion promoters such as polyester resins, acrylic resins and maleic acid compounds. Under the influence of heat and pressure, this mixture can then be converted to WPC.
  • the Adding the binder or adhesion promoter is very expensive and therefore represents a major cost factor, which makes the end products more expensive.
  • GB 399,277 A there is known a method for manufacturing products in which coconut fiber waste and pith are dried and ground to a suitable grain size or to a fine powder which is mixed with an additional filler material, such as powdered nutshells or the like , The mass is then introduced into a solution of Indian latex rubber at a level of ten to thirty or more percent by weight. After thorough mixing, the mass is reduced to a plastic consistency, which allows filling or pressing into moldings or an introduction between plates or rollers.
  • US 2002/0040557 A1 discloses a panel which comprises natural fibers and a polymer.
  • the fibers can be obtained from the pith of the coconut (Coir Pith).
  • US 2006/0205846 A1 discloses a process for producing different colors in an extruded product, in which the material consists of fibers, a resin and a colorant.
  • the fibers may be coconut fibers.
  • the resin may be a thermoplastic polymer.
  • WO 96/13365 A1 discloses a material which is produced from the waste of the coconut.
  • the material is made of small "pith" particles, botanicals, which are formed between fibers surrounding the coconuts and has a size of 0.2 to 2 mm and a cork-like structure The particles are coated with a binder and polymerized. The small pith particles can then be mixed with short and / or long coconut fibers and / or finely ground coconut shells.
  • FR 2 729452 A1 discloses the production of a product in which the object is produced by hot pressing in a molded body at one hundred to two hundred degrees and a pressure greater than fifty bars for 0.5 to 10 minutes, the composition of A molded article comprising a mixture containing by cold mixing of (a) one hundred parts by weight of a particulate solids containing at least ten percent by weight of coconut pulp with a balance consisting essentially of other coconut fabric material and / or solid fillers, and (b ) five to fifteen portions of a liquid composition containing ten to eighty percent castor oil and the balance of a polyurethane resin prepolymer optionally containing a curing agent.
  • a material for producing a shaped article comprises a heat- and / or pressure-activatable polymer and at least one filler, wherein it contains ten to ninety percent by weight Coir Fiber Pith (CFP).
  • Coir Fiber Pith is at least twenty percent, more preferably at least forty percent, preferably at least sixty percent particulate having a particle size of fifty to five thousand microns.
  • CFP is a renewable raw material, which is obtained in the extraction of fiber from the outer fruit husks of coconut (Latin name: "cocos nucifera”) every year in millions of tons and is not used or only to a small extent.
  • the outer fruit shell of the coconut weighs about five hundred grams and is about thirty percent coconut fiber and about seventy percent CFP.
  • CFP can be obtained by defoaming the outer shell of the coconut (HUSK). By defusing CFP accrues. Furthermore, a residual HUSK, consisting of the thin outer skin of the coconut, still has an approximately fifteen to thirty millimeter thick layer with a fibrous structure and CFP. This residual HUSK can be ground or comminuted to a particle size (particle size, agglomerate size) of less than 5000 micrometers, in particular to a size between 100 and 4000 micrometers, and used as a filler.
  • the indication of the grain size refers to the commonly used indication of the maximum extension of a grain or particle or agglomerate.
  • non-defibered coconut shell in the fresh state or dried milled or crushed to a size of less than 5000 microns and used as a filler. This would result in a blend of materials containing about thirty percent shortened or ground coconut fibers and having about seventy percent CFP.
  • the lignin contained in the CFP can be easily activated and plasticized by the action of pressure and temperature.
  • CFP as a filler is that it does not rot and has a very low water absorption and thus a very low swelling capacity in water.
  • a molded article consisting of the material according to the invention obtains a very high dimensional stability in outdoor use and in the action of water and moisture.
  • thermosetting and / or thermoplastic polymers and copolymers are organic substances that have polymeric structure. These are in particular thermoplastic polymers, elastomeric polymers, thermosetting polymers including the group of so-called biopolymers or natural polymeric compounds such as vegetable lignin and starch polymers.
  • the grain size or particle size or agglomerate size of the CFP is between fifty and five thousand micrometers, in particular between one hundred and four thousand micrometers, preferably between one hundred and three thousand micrometers, whereby not all particles of the CFP must have the preferred size.
  • the CFP should have a residual moisture (water content) of less than three percent by weight.
  • Pre- or intermediate products such as pellets, tablets or agglomerates can be prepared by conventional process techniques, such as pressing, pelleting by means of ring or flat matrices, pelleting plants or by agglomeration in heating-cooling mixers, the temperature influence may only be so large that the natural lignin contained in the CFP is not fully activated and / or cured. However, activation and / or curing on the surface of these intermediates is desired. By controlling pressure and temperature, it is possible to ensure that the outer shell of these precursors or intermediates is so strong and protects the compacted CFP particles to withstand greater transport loads.
  • PVC polyvinyl chloride powder
  • This mixture is compressed via a tablet press (rotary) under the influence of 35 kilonewtons into homogeneous tablets with a diameter of about four millimeters and a thickness of about four millimeters.
  • the specific gravity of these moldings is 0.890 grams per millimeter.
  • a homogeneous, free-flowing pellets formed moldings For example, a mixture of seventy percent by weight CFP having a residual moisture content (water content) of less than ten percent and a particle size of less than 4000 microns and 25 weight percent polypropylene powder and five weight percent alkali lignin powder prepared from the black liquor used in the manufacture of Pulp produced by Astron or sulfate pulp process, mixed in a screw mixer and for compacting continuously in a pelletizer (flat die press) with muller and Lochmatrizenace and rotating cut-off knives to homogeneous moldings in the form of cylindrical pellets with a diameter of three millimeters and a section length of about five millimeters pressed. Due to the frictional heat, the temperature in this process rises to about 55 ° C.
  • the homogeneous pellets have a specific gravity of about 0.25 grams per milliliter and a smooth, wood-like surface and a homogeneous material structure.
  • the solid, but not plasticized tablets or pellets can be activated by thermoplastic injection molding or by pressing under the action of heat and pressure, plasticized and processed into stable Formkörpem become.
  • the moldings produced from the above mixtures are characterized by a high dimensional stability even at temperatures above 80 0 C, low water absorption of less than one percent, weathering resistance and high mechanical strength. Furthermore, a very good dimensional stability under fire and fire is given.
  • the moldings can be easily processed, that is, conventional wood processing technology can be applied.
  • end products floor plates, pipes, window profiles or other hollow body can be called.
  • a material according to the invention which is particularly suitable for post elements that have a very high stability and bending strength, is a mixture of sixty percent by weight CFP with a particle size of less than 4000 microns and with a residual moisture content of about eight percent and 35 Weight percent shredded mixed plastic, in particular polyethylene film waste, and five percent by weight of titanium dioxide, which is fed by means of a high-speed feed screw a Lochmatrize (Ringmatrizen infrastructure) and compacted with a specially arranged thrust washer. Due to the resulting frictional heat, which was at 145 0 C, and the high pressure, the polyethylene was incorporated in the melt flow in the CFP and pressed through the hole die.
  • Another example of the application of the invention is the continuous production of CFP and polypropylene-based strand pellets on a single-screw extruder with upstream strand pelletizer, via perforated disc and cutting blade.
  • a mixture of sixty percent by weight of CFP having a particle size of about 3000 microns and having a residual moisture content of about eight percent and forty percent polypropylene (homopolymer) was used.
  • the mixture was fed via hopper dosing an extruder and plasticized at 185 0 C and formed into granules.
  • the bulk temperature is in the range between 185 and 205 0 C.
  • the granulate has a specific gravity of 1, 08 grams per milliliter.
  • the granules are very homogeneous and can be processed on all conventional processing machines for thermoplastics, such as extruders, injection molding machines and hot pressing.
  • the granules could be processed on conventional injection molding machines, single and twin screw extruders into molded parts and profiles without any post-drying.
  • test bars which were made from the latter granules have a water absorption of less than one percent, according to DIN ISO 527 a tensile strength of about 45 MPa and a tensile modulus of 5800 MPa, according to DIN ISO 178 have a bending strength of about 70 MPa and a bending modulus of 4800 MPa and according to DIN ISO 179 a Charpy toughness of about 13 KJ / m2.
  • a WPC granules of the composition 40 percent by weight polypropylene and 60 percent by weight spruce wood meal were also sprayed onto test bars on an injection molding machine.
  • the following values could be found on these test bars using identical test methods: water absorption greater than four percent, tensile strength less than 43 MPa, tensile Young's modulus less than 5200 MPa, bending strength less than 62 MPa, bending modulus less than 4200 MPa, lower Charpy toughness 11 KJ / m2.
  • a lignin derivative which has proved to be very advantageous is a calcium hydroxide-ligninsulfonate complex and / or a reaction product based on a calcium hydroxide-lignin sulfate complex and / or a lignin compound of calcium and / or magnesium lignosulfonates which are converted by reaction with alkaline earth oxides, preferably with calcium oxide and / or calcium-magnesium oxide (dolomitic lime) is formed, as provided in a particular embodiment of the invention.
  • thermoplastic polymer content can be significantly reduced and also CFP can be processed with a water content of, for example, 25 percent or more without problems .
  • the latter is very advantageous because CFP obtained in the extraction of coconut fibers according to the traditional method regularly with a water content of up to eighty percent by weight and must be dried consuming and costly to a residual moisture content of less than fifteen percent by weight before processing into moldings.
  • CFP very easily resumes moisture or water due to its relatively large surface area and structure, so that upon storage, a water content of about fifteen to twenty percent by weight occurs.
  • An example of the latter embodiment of the invention is a blend comprising fifty percent by weight of CFP having a particle size less than 4000 microns, and five percent by weight of a commercial lubricant and stabilizer mixture, fifteen percent by weight polypropylene granules, and thirty percent by weight calcium hydroxide lignosulfonate complex Powdery and water insoluble.
  • twin-screw extruder Another example of the latter embodiment of the invention is the production of granules in a twin-screw extruder.
  • the twin-screw extruder was fed via hopper with seventy parts by weight CFP having a water content of less than twenty five percent (equivalent to about 52.5 weight percent dry CFP), eighteen parts by weight dry water soluble lignosulfonate powder recovered from pulp liquor liquor, fifty-five parts by weight calcium oxide (CaO) in powder form, ten parts by weight of PVC having a K value of sixty-five and a melting point of 155 to 165 0 C and two parts by weight stabilizer and lubricant mixture based on magnesium stearate supplied.
  • thermoplastic granules Due to the exothermic reaction between the residual water contained in the CFP and the CaO, the reaction of the CaO with lignosulfonate powder for calcium hydroxide lignin complex and plasticization of the total mixture and granulation by the granulator downstream of the extruder. Excess unbound water escaped through degassing equipment. As a result, a free-flowing thermoplastic granules was obtained, which could be processed on conventional extrusion injection molding or pressing equipment to form thermoplastic parts.
  • Another example of the preparation of a granulate according to the present invention is the blending of one hundred parts by weight of CFP having a water content of about fifty percent with one hundred and twenty parts by weight of dry, water-soluble lignosulfonate powder recovered from the sulfite pulp of the pulp industry in a cooling / heating mixer, after which Mixture is then added to one hundred and fifty parts by weight of calcium oxide (CaO) in powder form and mixed. An exothermic reaction took place which resulted in a crumbly granule in which the calcium lignosulfonate complex is incorporated into the cell pore matrix of the CFP.
  • CaO calcium oxide
  • This product can be pressed by means of heatable molding presses under the influence of pressure and temperature to form three-dimensional moldings.
  • heatable molding presses under the influence of pressure and temperature to form three-dimensional moldings.
  • other polymer components such as polypropylene to process this product on injection molding machines, hot presses or extruders to form parts.
  • a material has proven particularly advantageous which contains five to fifty, preferably about thirty percent by weight of coconut fibers, preferably of a length of from three to five millimeters.
  • the addition of coconut fibers with a length of about three to five millimeters increased the bending strength of extruded molded parts.
  • coconut fibers can be realized very easily.
  • For the HUSK is about seventy percent CFP and about thirty percent coconut fiber. Therefore you can grind the HUSK respectively mince and, after drying, add the mixture. This can be done during the granulation, pelleting or extrusion process.
  • the HUSK has only a water content of about fifty percent, whereby the drying before grinding or crushing or after grinding or crushing can be done with relatively little expenditure of energy.
  • the lignin compounds in the CFP of the green cocoa shells which are not stored in water, have not yet changed oxidatively, so that a very light ground stock is obtained.
  • ground coconut shell also very advantageous is a material which contains five to sixty percent by weight ground coconut shell, preferably with a particle size smaller than 500 micrometers.
  • the addition of ground coconut shell significantly reduces the proportion of polymer or copolymer.
  • the rotting resistance of the molded body produced from the material is significantly increased by the addition of coconut shell.
  • the material has five to fifty percent by weight expanded perlite.
  • expanded perlite preferably with particle sizes of less than 500 micrometers, it is advantageously achieved that the strength of an end product made from a material according to the invention increases. In particular, the flexural strength increases. Furthermore, such a final product has a very high heat capacity, even under extreme conditions such as exposure to fire. It is also very advantageous that perlite can be pressed or shaped into shaped bodies in a manner similar to CFP.
  • such a material may be given a mixture consisting of fifty percent by weight CFP having a particle size less than 4000 microns and having a water content of less than twelve percent (residual moisture), 25 percent by weight expanded perlite having a particle size of 150 microns, 2.5 percent Ligninsulfonatpulver (as a primer), one weight percent calcium oxide in powder form and 21, 5 weight percent polypropylene having a melting range of 165 to 175 0 C.
  • the mixture can be fed by means of a screw mixer, a Flachmatrizenpresse with pug mill and be pressed at a temperature of about 55 0 C to form pellets.
  • the pellets can be plasticized at 180 ° C. by means of a twin-screw extruder and extruded into end products, such as, for example, plates.
  • the moldings produced in this way are characterized by high bending strength, have a low abrasion and are very dimensionally stable even under the action of temperatures up to 150 0 C. Plates with a thickness of about twenty millimeters withstand exposure to fire and temperatures above 1000 0 C. Therefore, such panels are very well suited as fire protection, for example, in doors.
  • the above-mentioned mixture can also be processed directly, that is to say without being pressed into pellets beforehand, directly via an extruder or by means of a hot press into shaped parts (in particular plates).
  • a particular embodiment of the invention has been found which comprises one to forty percent by weight of highly porous polymers having a pore volume of at least thirty percent, preferably more than fifty percent. It has surprisingly been found that it is very advantageous if the polymers or copolymers have a porous structure with a pore volume greater than thirty percent.
  • the use of such polymers or copolymers results in a pressure and / or heat activation to a very tight binding of the polymers or copolymers to the CFP. This in particular, if the residual moisture content of the CFP is greater than ten percent.
  • a further improvement of the latter two embodiments can be achieved by incorporating binders, adhesion promoters and / or additives in the pores or cells of the expanded perlite or of the highly porous polymers.
  • additives especially if they are liquid products and / or binders, adhesion promoters and / or additives which consist of several components and, for example, such as curable liquid polyester resins, only after the addition (metered addition in the mixed and forming process) is very problematic and partially unrealizable.
  • binders, adhesion promoters and / or additives By filling the pores of the expanded perlite or the cells of the highly porous polymers with binders, adhesion promoters and / or additives, they can be easily and very precisely metered into the mixture.
  • the material according to the invention can be further improved in that the expanded perlite or the highly porous polymers is / are coated with binder, adhesion promoter and / or additives.
  • binder adhesion promoter and / or additives.
  • the fruits 1 of the coconut palm are harvested from the outer pericarp 2, the so-called HUSK, which consists of the very thin outer skin 2a ("Skin") and the Coir Fiber Pith 2b and the Coir Fibers 2c (Coconut fibers), mechanically released.
  • the HUSK 2 of a complete fruit 1 weighs on average about 500 grams calculated as dry weight. Covered by the HUSK 2 is the well-known coconut 3. It is fed as actual coconut fruit to other processing processes.
  • the HUSK 2 is stored in water, softened and then the HUSK 2 is defibred in a mechanical process by means of spiked rollers. It accounts for about thirty percent coconut fibers 2c and about seventy percent CFP 2b, wherein the defatted residual HUSK, which is also referred to as HUSK chip, is one of the proportion of coconut fibers.
  • the resulting CFP 2b has a water content of about eighty percent.
  • the particle size of the CFP 2b is predominantly in the range between 2000 to 3500 microns.
  • This CFP 2b which still contains coconut fibers 2c between twenty and fifty millimeters in length, depending on the defibering process used, is now screened to remove these fine fibers 2c.
  • the wet CFP 2b is then subjected to a drying process in air or brought to a residual moisture of fifteen to twenty percent water content in a rotating tube dryer or circulating air dryer.
  • CFP 2b From this CFP 2b can now be prepared with the addition of pressure and / or heat-treatable polymers, copolymers and so on moldings.
  • a twin-screw extruder with opposite screw guide and downstream tube tool via a metering device polypropylene is supplied as well as a further metering the CFP.
  • the ratio of polypropylene to CFP is approximately thirty parts by weight of polypropylene and seventy parts by weight of CFP.
  • the temperature in the screw zone is about 185 to 205 ° C.
  • the polypropylene had a density of 760 kilograms per cubic meter, according to DIN ISO 53730 a MeIt Flow Index (205 0 C and 21, 6 N) of eight grams per ten minutes, according to DIN ISO 527 a tensile strength of greater than 32 MPa and a tensile modulus of greater than 1700 MPa.
  • the CFP had a natural lignin content of about 59 percent.
  • adhesion promoters based on maleic acid as with comparable mixtures of wood flour, could be dispensed with.
  • the CFP was fed into the extruder in such a way that the polypropylene was already in the melt flow.

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Abstract

Ein Werkstoff zur Herstellung eines Formkörpers, welcher ein wärme- und/oder druckaktivierbares Polymer und wenigstens einen Füllstoff aufweist, wobei er zehn bis neunzig Gewichtsprozent Coir Fibre Pith (CFP) enthält, ist dadurch gekennzeichnet, das Coir Fibre Pith aus Teilchen besteht mit einer Teilchengröße von fünfzig bis fünftausend Mikrometer.

Description

Werkstoff zur Herstellung eines Formkörpers sowie Formkörper
Die Erfindung betrifft einen Werkstoff nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Herstellung eines Formkörpers, welcher ein wärme- und/oder druckaktivierbares Polymer und wenigstens einen Füllstoff aufweist, wobei unter Formkörper nicht nur Fertigprodukte wie beispielsweise Gebrauchsgegenstände, sondern auch Vorbeziehungsweise Zwischenprodukte wie beispielsweise so genannte Pellets, Tabletten oder Granulat verstanden werden, welche zur Weiterverarbeitung zu Fertigprodukten vorgesehen sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Formkörper.
In jüngster Zeit werden immer mehr Gegenstände nicht nur aus reinem Polymer hergestellt, sondern aus einer Mischung von Polymer und einem aus Holzfasern beziehungsweise Holzpartikeln beziehungsweise Holzmehl bestehenden Füllstoff. Dieser unter dem Namen Wood Plastic Composites (WPC) bekannte Werkstoff hat zwar viele Vorteile, hat aber inzwischen auch den Nachteil, dass es teurer geworden ist, da Holz inzwischen als Rohstoff in vielen Bereichen Anwendung findet und daher knapp geworden ist. So hat die Nachfrage nach dem Rohstoff Holzmehl beziehungsweise Holzfaserstoff in letzter Zeit enorm zugenommen, da dieser Rohstoff als Energieträger für Heizzwecke in Form von Holzpellets Verwendung findet. Dies hat zu enormen Preissteigerungen und zu einer Verknappung des Rohstoffs Holz geführt. Hinzu kommt der weltweit steigende Bedarf an Holz für die Zellstoffgewinnung.
Da bei den WPC die Bindung zwischen den Polymeren mit den Holzstoffen häufig nicht ausreichend ist, wird der Mischung aus thermoplastischen Polymeren und den Holzstoffen ein Bindemittel als Haftvermittler wie beispielsweise Polyesterharze, Acrylharze und Maleinsäureverbindungen zugefügt. Unter Einwirkung von Hitze und Druck kann diese Mischung dann zu WPC umgeformt werden. Die Zugabe der Bindemittel oder Haftvermittler ist sehr aufwendig und stellt daher einen großen Kostenfaktor dar, wodurch sich die Endprodukte verteuern.
Aus der KR 1019950003998 B1 (Korean Patent Abstracts) ist ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers bekannt, bei welchem Mark der Kokosfaser (Pith) und wärmeaktivierbares synthetisches Harz mittels eines Bindemittels ausgehärtet werden. So ist bekannt, dass hundert Teile puderförmiges Pith einer Kokosnuss- schale, fünf bis fünfzig Teile harzförmiges Bindemittel und ein wärmeaktivierbares synthetisches Harz miteinander gemischt und zu blattförmigen Formkörpern geformt werden.
Des Weiteren ist aus Chandran, K. R.; Kuriakose, A. P.: Utilization of Coconut Pith and Coir Waste as a Filier in Natural Rubber Vulcanizates, in: KGK Kautschuk Gummi Kunststoffe, 1995, Jg. 48, Heft 1, S. 29-33, die Verwendung von Coir- Fiber-Pith als Füllstoff in Vulkanisierungsprodukten aus natürlichem Gummi bekannt.
Weiterhin ist aus der GB 399,277 A ein Verfahren zum Herstellen von Produkten bekannt, bei dem Kokosfaser-Abfallstoffe und Pith getrocknet und auf eine passende Korngröße oder zu einem feinen Puder vermählen werden, das mit einem zusätzlichen Füllmaterial vermischt wird, wie beispielsweise pulverisierten Nussschalen oder dergleichen. Die Masse wird dann in eine Lösung aus indischem Latexgummi mit einem Anteil von zehn bis dreißig oder mehr Gewichtsprozent eingebracht. Nach gründlicher Durchmischung wird die Masse auf eine plastische Konsistenz reduziert, die ein Einfüllen oder Einpressen in Formkörper oder ein Einbringen zwischen Platten oder Rollen ermöglicht.
Darüber hinaus ist aus der US 2002/0040557 A1 ein Paneel bekannt, welches natürliche Fasern und ein Polymer aufweist. Die Fasern können aus dem Mark der Kokosnuss (Coir Pith) gewonnen werden. Des Weiteren ist aus der US 2006/0205846 A1 ein Verfahren zur Erzeugung unterschiedlicher Farben in einem extrudierten Produkt bekannt, bei dem das Material aus Fasern, einem Harz und einem Farbmittel besteht. Die Fasern können Kokosfasern sein. Das Harz kann ein thermoplastisches Polymer sein.
Des Weiteren ist aus der WO 96/13365 A1 ein Material bekannt, welches aus den Abfällen der Kokosnuss hergestellt wird. Das Material ist aus kleinen „Pith"- Teilchen, pflanzlichen Stoffen, die zwischen den Kokosnüsse umgebenden Fasern geformt werden, hergestellt und hat eine Größe von 0,2 bis 2 mm and eine korkähnliche Struktur. Die Teilchen werden mit einem Bindemittel überzogen und polymerisiert. Die kleinen Pith-Teilchen können dann mit kurzen und/oder langen Kokosnussfasern gemischt werden und/order mit fein vermahlenen Kokosnuss- schalen.
Darüber hinaus ist aus der FR 2 729452 A1 die Herstellung eines Produkts bekannt, bei welchem das Objekt hergestellt wird durch Heißpressen in einem Formkörper bei einhundert bis zweihundert Grad und einem Druck größer als fünfzig Bar für 0,5 bis 10 Minuten, wobei die Zusammensetzung des Formkörpers eine Mischung enthält, die durch ein Vermischen im Kaltzustand von (a) einhundert Gewichtsanteilen eines aus Partikeln bestehenden Festkörpers, der mindestens zehn Gewichtsprozent Kokosnussmark enthält, mit einem Rest, der im wesentlichen aus anderem Kokosnussgewebematerial und/oder festen Füllstoffen besteht, und (b) fünf bis fünfzehn Anteilen einer flüssigen Zusammensetzung, die zehn bis achtzig Prozent Rizinusöl enthält und den Rest eines Polyurethan- harzprepolymers, das wahlweise ein Härtemittel enthält, entsteht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen eingangs genannten Werkstoff sowie Formkörper derart auszubilden, dass sie preiswert herstellbar sind und eine hohe Materialfestigkeit aufweisen. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung weist ein Werkstoff zur Herstellung eines Formkörpers ein wärme- und/oder druckaktivierbares Polymer und wenigstens einen Füllstoff auf, wobei er zehn bis neunzig Gewichtsprozent Coir Fibre Pith (CFP) enthält. Der Werkstoff ist dadurch gekennzeichnet, dass das Coir Fibre Pith wenigstens zu zwanzig Prozent, insbesondere wenigstens vierzig Prozent, vorzugsweise wenigstens sechzig Prozent aus Teilchen besteht mit einer Teilchengröße von fünfzig bis fünftausend Mikrometer.
Dadurch, dass der Werkstoff zehn bis 90 Gewichtsprozent CFP enthält, kann auf einen aus einem Holzstoff bestehenden Füllstoff verzichtet werden. Dies wirkt sich äußerst vorteilhaft auf die Herstellungskosten aus. Denn CFP ist ein nachwachsender Rohstoff, der bei der Fasergewinnung aus den äußeren Fruchtschalen der Kokosnuss (lateinische Bezeichnung: „cocos nucifera") jedes Jahr in Millionen von Tonnen anfällt und bisher nicht oder nur in geringem Umfang genutzt wird. Die äußere Fruchtschale der Kokosnuss wiegt etwa fünfhundert Gramm und besteht zu etwa dreißig Prozent aus Kokosfasern und zu etwa siebzig Prozent aus CFP.
CFP kann dadurch gewonnen werden, dass die äußere Schale der Kokosnuss (HUSK) entfasert wird. Durch das Entfasem fällt CFP an. Des Weiteren verbleibt eine Rest-HUSK, die aus der dünnen äußeren Haut der Kokosnuss besteht und noch eine etwa fünfzehn bis dreißig Millimeter dicke Schicht mit einer faserartigen Struktur und CFP aufweist. Diese Rest-HUSK kann gemahlen beziehungsweise auf eine Korngröße (Teilchengröße, Agglomeratgröße) von kleiner 5000 Mikrometer, insbesondere auf eine Größe zwischen 100 und 4000 Mikrometer, zerkleinert und als Füllstoff verwendet werden. Die Angabe der Korngröße bezieht sich auf die allgemein verwendete Angabe der maximalen Erstreckung eines Korns beziehungsweise Teilchens oder Agglomerats.
Darüber hinaus kann auch die nicht entfaserte Kokosnussschale (HUSK) im frischen Zustand oder getrocknet gemahlen beziehungsweise auf eine Größe von kleiner 5000 Mikrometer zerkleinert und als Füllstoff verwendet werden. Hierdurch würde eine Werkstoffmischung entstehen, welche etwa dreißig Prozent gekürzte beziehungsweise gemahlene Kokosfasem enthält und etwa siebzig Prozent CFP aufweist.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass durch die Einwirkung von Druck und Temperatur das im CFP enthaltene Lignin leicht aktiviert und plastifiziert werden kann.
Ein weiterer Vorteil von CFP als Füllstoff ist, dass dieser nicht verrottet und eine sehr geringe Wasseraufnahme und damit ein sehr geringes Quellvermögen in Wasser hat. Hierdurch erhält ein aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff bestehender Formkörper eine sehr hohe Dimensionsbeständigkeit in der Außenanwendung und bei Einwirkung von Wasser und Feuchtigkeit.
Darüber hinaus hat sich herausgestellt, dass CFP bereits unter Einwirkung von Druck bei Temperaturen ab 120 °C plastifiziert und so zu stabilen Formkörpern führt.
Zur Herstellung eines Formkörpers eignet sich sehr gut eine Mischung aus CFP mit duroplastischen und/oder thermoplastischen Polymeren sowie Copolymeren. Polymere und Copolymere sind organische Stoffe, die polymere Struktur haben. Dies sind insbesondere thermoplastische Polymere, elastomere Polymere, duroplastische Polymere inklusive der Gruppe der so genannten Biopolymere oder natürliche polymere Verbindungen wie beispielsweise pflanzliches Lignin und Stärkepolymere.
Besonders vorteilhaft ist es, dass die Korngröße beziehungsweise Teilchengröße beziehungsweise Agglomeratgröße des CFP zwischen fünfzig und fünftausend Mikrometer, insbesondere zwischen hundert und viertausend Mikrometer, vorzugsweise zwischen hundert und dreitausend Mikrometer liegt, wobei nicht alle Teilchen des CFP die bevorzugte Größe aufweisen müssen. Hierdurch erhält man eine hochporöse CFP-Matrix, in die sich Polymere einlagern und mit dem CFP unter Einwirkung von Temperatur und/oder Druck innig und unlösbar verbinden. Dies führt zu einer deutlichen Erhöhung der Materialfestigkeit der Formkörper. Das CFP sollte eine Restfeuchte (Wassergehalt) von weniger als drei Gewichtsprozent aufweisen.
Unter Formkörpern werden zwar nicht nur, jedoch insbesondere Gegenstände verstanden, welche unter Wärme- und Druckanwendung geformt werden und dabei aushärten, woraufhin sie Endprodukte bilden.
Vor- beziehungsweise Zwischenprodukte wie beispielsweise Pellets, Tabletten oder Agglomerate können durch herkömmliche Verfahrenstechniken, wie Verpres- sen, Pelletieren mittels Ring- oder Flachmatrixen, Pelletieranlagen oder durch Agglomeration in Heiz-Kühl-Mischeinrichtungen hergestellt werden, wobei die Temperatureinwirkung nur so groß sein darf, dass das im CFP enthaltene natürliche Lignin nicht vollständig aktiviert und/oder ausgehärtet wird. Eine Aktivierung und/oder Aushärtung an der Oberfläche dieser Zwischenprodukte ist jedoch erwünscht. Durch die Steuerung von Druck und Temperatur lässt sich erreichen, dass die äußere Hülle dieser Vor- beziehungsweise Zwischenprodukte so fest ist und die kompaktierten CFP-Teilchen so weit schützt, dass diese auch größeren Transportbelastungen standhalten. Beispielsweise wird zur Herstellung von Tabletten eine Mischung aus 68,5 Gewichtsprozent CFP mit einer Restfeuchte (Wassergehalt) von kleiner zehn Prozent und mit einer Teilchengröße von kleiner 3000 Mikrometer und dreißig Gewichtsprozent Polyvinylchlorid-Pulver (PVC mit einem K-Wert von siebzig und einem Schmelzpunkt von 172 0C) sowie 1 ,5 Gewichtsprozent Natriumstearat- Pulver in einem Zwangsmischer bei 20 bis 25 °C intensiv gemischt. Diese Mischung wird über eine Tablettenpresse (Rundläufer) unter Einwirkung von 35 Kilonewton zu homogenen Tabletten mit einem Durchmesser von etwa vier Millimetern und einer Dicke von etwa vier Millimetern verpresst. Das spezifische Gewicht dieser Formkörper liegt bei 0,890 Gramm pro Millimeter.
In ähnlicherWeise lassen sich als homogene, rieselfähige Pellets ausgebildete Formkörper herstellen. Beispielsweise wird eine Mischung aus siebzig Gewichtsprozent CFP mit einer Restfeuchte (Wassergehalt) von kleiner zehn Prozent und einer Teilchengröße von kleiner 4000 Mikrometer und 25 Gewichtsprozent Polypropylen-Pulver sowie fünf Gewichtsprozent Alkali-Lignin-Pulver, hergestellt aus der Schwarzlauge, die bei der Herstellung von Zellstoff nach Astron- oder Sulfatzellstoffverfahren anfällt, in einem Schneckenmischer gemischt und zum Kompaktieren kontinuierlich in einer Pelletieranlage (Flachmatrizenpresse) mit Kollergang und Lochmatrizenscheibe und umlaufenden Abschneidemessern zu homogenen Formkörpern in Form von zylindrischen Pellets mit einem Durchmesser von drei Millimetern und einer Abschnittslänge von etwa fünf Millimetern verpresst. Bedingt durch die Reibungswärme steigt die Temperatur bei diesem Vorgang auf etwa 55 0C. Die homogenen Pellets haben ein spezifisches Gewicht von etwa 0,25 Gramm pro Milliliter und eine glatte, holzähnliche Oberfläche sowie eine homogene Materialstruktur.
Die festen, aber nicht plastifizierten Tabletten beziehungsweise Pellets können im thermoplastischen Spritzgießverfahren oder durch Verpressen unter Einwirkung von Hitze und Druck aktiviert, plastifiziert und zu stabilen Formkörpem verarbeitet werden. Die aus den vorstehenden Mischungen hergestellten Formkörper zeichnen sich durch eine große Formstabilität auch bei Temperaturen über 80 0C, geringe Wasseraufnahme von kleiner ein Prozent, Verwitterungsbeständigkeit sowie hohe mechanische Festigkeit aus. Des Weiteren ist eine sehr gute Formbeständigkeit bei Feuer- und Brandeinwirkung gegeben. Darüber hinaus lassen sich die Formkörper leicht verarbeiten, das heißt es können herkömmliche Holzverarbeitungstechnik angewandt werden. Als Beispiel für Endprodukte können Bodenplatten, Rohre, Fensterprofile oder sonstige Hohlkörper genannt werden.
Ein weiteres Beispiel für einen erfindungsgemäßen Werkstoff, welcher sich insbesondere für Pfostenelemente, die eine sehr hohe Stand- und Biegefestigkeit haben, eignet, ist eine Mischung aus sechzig Gewichtsprozent CFP mit einer Teilchengröße von kleiner 4000 Mikrometer und mit einer Restfeuchte von etwa acht Prozent und 35 Gewichtsprozent geschreddertem Mischkunststoff, insbesondere Polyethylen-Folienabfälle, sowie fünf Gewichtsprozent Titandioxid, welche mittels einer schnell laufenden Zuführschnecke einer Lochmatrize (Ringmatrizenscheibe) zugeführt und mit einer speziell angeordneten Druckscheibe verdichtet wird. Durch die entstehende Friktionswärme, die bei 145 0C lag, und durch den hohen Druck wurde das Polyethylen im Schmelzfluss in das CFP eingearbeitet und durch die Lochmatrize gedrückt. Durch eingebaute Kühlscheiben wurde vor dem Schneiden mit einem umlaufenden Messer die Temperatur auf 60 0C herabgesetzt. Der Durchmesser der Lochscheibe betrug etwa drei Millimeter. Mittels der umlaufenden Messer wurde die plastifizierte und verdichtete Masse zu Strang- Granulat geschnitten. Hierdurch ergab sich ein rieselfähiges homogenes Granulat mit einer Dichte von 1 ,05 Gramm pro Milliliter. Dieses homogene Granulat kann auf herkömmlichen Doppelschneckenextrudern weiterverarbeitet werden.
Ein weiteres Beispiel für die Anwendung der Erfindung ist die kontinuierliche Produktion von Strang-Granulaten auf der Basis von CFP und Polypropylen auf einem Einschneckenextruder mit vorgeschalteter Strang-Granuliervorrichtung, über Lochscheibe und Schneidmesser. Hierzu wurde eine Mischung aus sechzig Gewichtsprozent CFP mit einer Teilchengröße von ca. 3000 Mikrometer und mit einer Restfeuchte von etwa acht Prozent sowie vierzig Prozent Polypropylen (Homopolymer) verwendet. Die Mischung wurde über Trichterdosierer einem Extruder zugeführt und bei 185 0C plastifiziert und zu Granulat umgeformt. Die Massentemperatur befindet sich im Bereich zwischen 185 und 205 0C. Das Granulat hat ein spezifisches Gewicht von 1 ,08 Gramm pro Milliliter.
Das Granulat ist sehr homogen und kann auf allen herkömmlichen Verarbeitungsmaschinen für Thermoplaste, wie beispielsweise Extrudern, Spritzgießmaschinen und Heißpressen, weiterverarbeitet werden. Das Granulat konnte insbesondere ohne Nachtrocknung auf herkömmlichen Spritzgießmaschinen, Ein- und Doppelschneckenextrudern zu Formteilen und Profilen verarbeitet werden.
Entsprechend der DJN 1087-1 an Formkörpern durchgeführte Messungen haben ergeben, dass Prüfstäbe, welche aus dem letztgenannten Granulat hergestellt wurden, eine Wasseraufnahme von kleiner ein Prozent haben, nach DIN ISO 527 eine Zugfestigkeit von etwa 45 MPa sowie ein Zug-E-Modul von 5800 MPa, nach DIN ISO 178 eine Biegefestigkeit von etwa 70 MPa sowie ein Biege-E-Modul von 4800 MPa und nach DIN ISO 179 eine Charpy-Starkzähigkeit von etwa 13 KJ/m2 haben.
Zum Vergleich wurde ein WPC-Granulat der Zusammensetzung: 40 Gewichtsprozent Polypropylen und 60 Gewichtsprozent Fichtenholzmehl ebenfalls auf einer Spritzgussmaschine zu Prüfstäben verspritzt. An diesen Prüfstäben konnten mit den identischen Prüfmethoden folgende Werte gefunden werden: Wasseraufnahme größer vier Prozent, Zugfestigkeit kleiner 43 MPa, Zug-E-Modul kleiner 5200 MPa, Biegefestigkeit kleiner 62 MPa, Biege-E-Modul kleiner 4200 MPa, Charpy- Starkzähigkeit kleiner 11 KJ/m2. Diese Prüfwerte zeigen deutlich, dass Formkörper aus Polypropylen mit CFP wesentlich bessere Materialeigenschaften haben. Hervorzuheben ist insbesondere die sehr geringe Wasseraufnahme der Polypro- pylen-CFP-Formkörper.
Als vorteilhaft hat sich erwiesen, bei bestimmten Anwendungen der Werkstoffmischung Ligninverbindungen beziehungsweise Ligninderivate zuzusetzen. Als sehr vorteilhaft hat sich hierbei ein Ligninderivat erwiesen, welches ein Calciumhydro- xid-Ligninsulfonat-Komplex und/oder ein Umsetzungsprodukt auf der Basis eines Calciumhydroxid-Ligninsulfat-Komplexes ist und/oder eine Ligninverbindung aus Calcium- und/oder Magnesiumligninsulfonaten, die durch Umsetzung mit Erdalkalioxiden, vorzugsweise mit Calciumoxid und/oder Calcium-Magnesiumoxid (Dolomitbranntkalk) entsteht, wie dies bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist.
Überraschend wurde gefunden, dass durch den Zusatz der gesamten Ligninverbindungen bei der Extrusion von Profilen aus CFP und Polyvinylchlorid sowie anderen Polymeren wie beispielsweise Polypropylen der thermoplastische Polymeranteil wesentlich reduziert werden kann und auch CFP mit einem Wassergehalt von beispielsweise 25 Prozent oder mehr ohne Probleme verarbeitet werden kann. Insbesondere ist letzteres sehr vorteilhaft, da CFP bei der Gewinnung der Kokosfasern nach der traditionellen Methode regelmäßig mit einem Wassergehalt von bis zu achtzig Gewichtsprozent anfällt und vor der Verarbeitung zu Formkörpern aufwendig und kostenintensiv auf eine Restfeuchte von unter fünfzehn Gewichtsprozent getrocknet werden muss. Durch die Verwendung von CFP mit einem höheren Wassergehalt kann somit eine wesentliche Kosteneinsparung erzielt werden.
Des Weiteren nimmt CFP mit einem Wassergehalt von unter fünfzehn Gewichtsprozent aufgrund seiner relativ großen Oberfläche und seiner Struktur wieder sehr leicht Feuchtigkeit beziehungsweise Wasser auf, weshalb sich bei der Lagerung ein Wassergehalt von etwa fünfzehn bis zwanzig Gewichtsprozent einstellt. Ein Beispiel für die zuletzt genannte Ausführungsform der Erfindung ist eine Mischung, welche fünfzig Gewichtsprozent CFP mit einer Teilchengröße kleiner als 4000 Mikrometer aufweist, sowie fünf Gewichtsprozent einer handelsüblichen Gleitmittel- und Stabilisatorenmischung, fünfzehn Gewichtsprozent Polypropylen- Granulat und dreißig Gewichtsprozent Calciumhydroxid-Ligninsulfonat-Komplex in Pulverform und wasserunlöslich. Diese Mischungsbestandteile wurden einem Doppelschnecken-Extruder mit drei Entgasungszonen und nachgeschaltetem Plattenprofilwerkzeug über getrennte Dosiereinrichtungen kontinuierlich zugeführt und bei einer Temperatur von 180 bis 200 0C zu Profilplatten extrudiert. Die so hergestellten extrudierten Plattenprofile zeigten einen homogenen Materialaufbau und zeichneten sich aus durch eine äußerst geringe Wasseraufnahme sowie sehr gute mechanische Werte in Bezug auf Biegefestigkeit, Abrieb und Formstabilität auch im erhöhten Temperaturbereich bei etwa 90 °C.
Ein weiteres Beispiel für die letztgenannte Ausführungsform der Erfindung ist die Herstellung von Granulat in einem Doppelschnecken-Extruder. Dem Doppelschnecken-Extruder wurden über Dosiertrichter siebzig Gewichtsteile CFP mit einem Wassergehalt von kleiner fünfundzwanzig Prozent (entspricht etwa 52,5 Gewichtsprozent trockenem CFP), achtzehn Gewichtsteile trockenes, wasserlösliches Ligninsulfonat-Pulver, gewonnen aus der Sulfitablauge der Zellstoffindustrie, fünfundfünfzig Gewichtsteile Calciumoxid (CaO) in Pulverform, zehn Gewichtsteile PVC mit einem K-Wert von fünfundsechzig und einem Schmelzpunkt von 155 bis 165 0C sowie zwei Gewichtsteile Stabilisatoren- und Gleitmittelmischung auf der Basis von Magnesiumstearat zugeführt.
Aufgrund der exothermen Reaktion zwischen dem enthaltenen Restwasser im CFP und dem CaO erfolgte die Umsetzung des CaO mit Ligninsulfonatpulver zum Calciumhydroxid-Ligninkomplex und Plastifizierung der Gesamtmischung und Granulierung durch die dem Extruder nachgeschaltete Granuliereinrichtung. Überschüssiges, nicht gebundenes Wasser entwich durch Entgasungseinrichtungen. Als Ergebnis wurde ein rieselfähiges thermoplastisches Granulat erhalten, das auf herkömmlichen Extrusions-Spritzguss- oder Pressanlagen zu thermoplastischen Formteilen weiterverarbeitet werden konnte.
Ein weiteres Beispiel für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Granulats ist die Mischung von hundert Gewichtsteilen CFP mit einem Wassergehalt von etwa fünfzig Prozent mit einhundertzwanzig Gewichtsteilen trockenem, wasserlöslichem Ligninsulfonat-Pulver, gewonnen aus der Sulfit-Ablauge der Zellstoffindustrie, in einem Kühl-Heizmischer, wonach die Mischung dann in einhundertfünfzig Gewichtsteile Calciumoxid (CaO) in Pulverform eingetragen und untergemischt wird. Es fand eine exotherme Reaktion statt, welche in ein krümeliges Granulat resultierte, in dem der Calcium-Ligninsulfonat-Komplex in die Zellen-Porenmatrix des CFP eingelagert ist.
Dieses Produkt kann mittels beheizbarer Formpressen unter Einwirkung von Druck und Temperatur zu dreidimensionalen Formteilen verpresst werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, unter Zusatz von weiteren Polymeranteilen wie beispielsweise Polypropylen dieses Produkt auf Spritzgießmaschinen, Heißpressen oder Extrudern zu Formteilen zu verarbeiten.
Als besonders vorteilhaft hat sich weiterhin ein Werkstoff herausgestellt, welcher fünf bis fünfzig, vorzugsweise etwa dreißig Gewichtsprozent Kokosfasern, vorzugsweise mit einer Länge von drei bis fünf Millimetern, enthält. Durch den Zusatz von Kokosfasern mit einer Länge von etwa drei bis fünf Millimetern wurde die Biegefestigkeit von extrudierten Formteilen erhöht.
Darüber hinaus lässt sich der Zusatz von Kokosfasern sehr einfach realisieren. Denn die HUSK besteht etwa zu siebzig Prozent aus CFP und etwa dreißig Prozent aus Kokosfasern. Daher kann man die HUSK mahlen beziehungsweise zerkleinern und nach erfolgter Trocknung der Mischung zuführen. Dies kann beim Granulier-, Pelletier- oder Extrusionsprozess geschehen.
Besonders vorteilhaft ist es, dass die HUSK nur einen Wassergehalt von etwa fünfzig Prozent aufweist, wodurch die Trocknung vor dem Vermählen beziehungsweise Zerkleinem oder nach dem Mahlen beziehungsweise Zerkleinern mit relativ wenig Energieaufwand erfolgen kann. Hinzu kommt, dass bei den grünen, nicht im Wasser gelagerten äußeren Kokosschalen die Ligninverbindungen im CFP noch nicht oxidativ verändert sind, sodass man ein sehr helles Mahlgut erhält.
Sehr vorteilhaft ist auch ein Werkstoff, welcher fünf bis sechzig Gewichtsprozent gemahlene Kokosnussschale, vorzugsweise mit einer Teilchengröße kleiner als 500 Mikrometer enthält. Durch den Zusatz gemahlener Kokosschale lässt sich der Anteil an Poiymer beziehungsweise Copolymer deutlich reduzieren. Des Weiteren wird durch den Zusatz von Kokosschale die Verrottungsbeständigkeit des aus dem Werkstoff hergestellten Formkörpers deutlich erhöht.
Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Werkstoff fünf bis fünfzig Gewichtsprozent expandiertes Perlit aufweist. Durch den Zusatz von expandiertem Perlit, vorzugsweise mit Korn- beziehungsweise Teilchengrößen von kleiner 500 Mikrometer, wird in vorteilhafterweise erreicht, dass sich die Festigkeit eines aus einem erfindungsgemäßen Werkstoff hergestellten Endprodukts erhöht. Insbesondere erhöht sich die Biegefestigkeit. Des Weiteren hat ein derartiges Endprodukt ein sehr hohes Wärmestandvermögen, und zwar auch unter extremen Bedingungen wie Einwirkung von Feuer. Sehr vorteilhaft ist auch, dass sich Perlit in ähnlicher Weise wie CFP zu Formkörpern verpressen beziehungsweise formen lässt. Als Beispiel für einen derartigen Werkstoff kann eine Mischung angegeben werden, welche aus fünfzig Gewichtsprozent CFP mit einer Teilchengröße kleiner 4000 Mikrometer und mit einem Wassergehalt von kleiner zwölf Prozent (Restfeuchte), 25 Gewichtsprozent expandiertes Perlit mit einer Teilchengröße von 150 Mikrometer, 2,5 Prozent Ligninsulfonatpulver (als Haftvermittler), ein Gewichtsprozent Calciumoxid in Pulverform und 21 ,5 Gewichtsprozent Polypropylen mit einem Schmelzbereich von 165 bis 175 0C besteht.
Die Mischung kann mittels eines Schneckenmischers, einer Flachmatrizenpresse mit Kollergang zugeführt und bei einer Temperatur von etwa 55 0C zu Formkörpern in Pelletform verpresst werden. Die Pellets können über einen Doppelschnecken-Extruder bei 180 0C plastifiziert und zu Endprodukten wie beispielsweise Platten extrudiert werden. Die so hergestellten Formkörper sind gekennzeichnet durch hohe Biegefestigkeiten, weisen einen geringen Abrieb auf und sind auch unter Einwirkung von Temperaturen bis 150 0C sehr formstabil. Platten mit einer Stärke von etwa zwanzig Millimetern halten einer Einwirkung von Feuer und Temperaturen über 1000 0C stand. Daher sind derartige Platten sehr gut als Feuerschutz beispielsweise bei Türen geeignet.
Selbstverständlich kann die vorstehend genannte Mischung auch direkt, das heißt ohne sie zuvor zu Pellets zu verpressen, direkt über einen Extruder oder mittels einer Heißpresse zu Formteilen (insbesondere Platten) verarbeitet werden.
Weiterhin hat sich eine besondere Ausführungsform der Erfindung herausgestellt, welche ein bis vierzig Gewichtsprozent hochporöse Polymere mit einem Porenvolumen von mindestens dreißig Prozent, vorzugsweise mehr als fünfzig Prozent, aufweist. Es wurde überraschend herausgefunden, dass es sehr vorteilhaft ist, wenn die Polymere oder Copolymere eine poröse Struktur mit einem Porenvolumen von größer dreißig Prozent haben. Die Verwendung derartiger Polymere oder Copolymere führt bei einer Druck- und/oder Wärmeaktivierung zu einer sehr festen Bindung der Polymere beziehungsweise Copolymere an das CFP. Dies insbesondere, wenn die Restfeuchte des CFP größer als zehn Prozent beträgt.
Eine weitere Verbesserung der beiden letztgenannten Ausführungsformen kann dadurch erreicht werden, dass in den Poren oder Zellen des expandierten Perlits beziehungsweise der hochporösen Polymere Bindemittel, Haftvermittler und/oder Additive eingelagert sind. Denn bei der Herstellung von Formkörpern aus CFP auch in Abmischung mit anderen Füllstoffen, insbesondere im direkten Extrusi- onsverfahren, ist es, je nach Anforderungsprofil an das Endprodukt, erforderlich, spezielle Bindemittel, Haftvermittler und/oder andere Additive einzuarbeiten. Die Zugabe und das Handling solcher Zuschlagsstoffe, insbesondere dann, wenn es sich um flüssige Produkte handelt und/oder um Bindemittel, Haftvermittler und/oder Additive, die aus mehreren Komponenten bestehen und beispielsweise wie härtbare flüssige Polyesterharze erst nach der Zugabe (Zudosierung im Misch- und Formprozess) miteinander reagieren sollen, ist sehr problematisch und teilweise nicht realisierbar. Durch das Befüllen der Poren des expandierten Perlits beziehungsweise der Zellen der hochporösen Polymere mit Bindemittel, Haftvermittler und/oder Additiven können diese leicht und sehr genau dosiert in die Mischung eingearbeitet werden.
In ähnlicherWeise kann der erfindungsgemäße Werkstoff noch dadurch verbessert werden, dass das expandierte Perlit beziehungsweise die hochporösen Polymere mit Bindemittel, Haftvermittler und/oder Additiven ummantelt ist beziehungsweise sind. Hierdurch ist es möglich, die Bindemittel, Haftvermittler und/oder Additive sehr einfach in die Mischung einzubringen, wobei sie sich ebenfalls sehr genau dosieren lassen. Des Weiteren verteilen sich die Bindemittel, Haftvermittler und/oder Additive sehr gleichmäßig im Schmelzfluss.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die einzige Figur ein Beispiel einer Herstellung eines Formkörpers aus CFP angegeben. Die Früchte 1 der Kokospalme (cocos nucifera) werden nach der Ernte von der äußeren Fruchtschale 2, der so genannten HUSK, die aus der sehr dünnen äußeren Haut 2a („Skin" genannt") und dem Coir Fibre Pith 2b und den Coir Fibres 2c (Kokosfasern) besteht, mechanisch befreit. Die HUSK 2 einer kompletten Frucht 1 wiegt durchschnittlich etwa 500 Gramm berechnet als Trockengewicht. Von der HUSK 2 umhüllt ist die allgemein bekannte Kokosnuss 3. Sie wird als eigentliche Kokosfrucht anderen Verarbeitungsprozessen zugeführt.
Die HUSK 2 wird in Wasser gelagert, aufgeweicht und danach wird die HUSK 2 in einem mechanischen Prozess mittels Stachelwalzen entfasert. Dabei fallen etwa dreißig Prozent Kokosfasern 2c und etwa siebzig Prozent CFP 2b an, wobei die entfaserte Rest-HUSK, die auch als HUSK Chip bezeichnet wird, zu dem Anteil der Kokosfasern zählt.
Der anfallende CFP 2b hat einen Wassergehalt von etwa achtzig Prozent. Die Partikelgröße des CFP 2b liegt überwiegend im Bereich zwischen 2000 bis 3500 Mikrometer. Dieser CFP 2b, der je nach angewandtem Entfaserungsprozess noch Kokosfasern 2c zwischen zwanzig und fünfzig Millimeter Länge enthält, wird nun gesiebt, um diese feinen Fasern 2c zu entfernen.
Der nasse CFP 2b wird nun einem Trockenprozess an der Luft unterworfen oder in einem rotierenden Röhrentrockner oder über Umlufttrockner auf eine Restfeuchte von fünfzehn bis zwanzig Prozent Wassergehalt gebracht.
Aus diesem CFP 2b können nun unter Zugabe von druck- und/oder wärmeakti- vierbaren Polymeren, Copolymeren und so weiter Formkörper hergestellt werden. Hierzu wird einem Doppelschneckenextruder mit gegenläufiger Schneckenführung und nachgeschaltetem Rohrwerkzeug über eine Dosiervorrichtung Polypropylen zugeführt sowie über eine weitere Dosiervorrichtung das CFP. Das Mischungsver- hältnis von Polypropylen zu CFP liegt etwa bei dreißig Gewichtsteilen Polypropylen und siebzig Gewichtsteilen CFP. Die Temperatur in der Schneckenzone beträgt etwa 185 bis 205 0C. Das Polypropylen hatte nach DIN ISO 1183 eine Dichte von 760 Kilogramm pro Kubikmeter, nach DIN ISO 53730 einen MeIt Flow Index (205 0C und 21 ,6 N) von acht Gramm pro zehn Minuten, nach DIN ISO 527 eine Zugfestigkeit von größer 32 MPa sowie ein Zug-E-Modul von größer 1700 MPa.
Der CFP wies einen natürlichen Ligningehalt von etwa 59 Prozent aus. Auf die Zugabe von Haftvermittler auf der Basis von Maleinsäure, wie bei vergleichbaren Mischungen aus Holzmehl, konnte verzichtet werden. Die Zuführung des CFP in den Extruder erfolgte so, dass sich das Polypropylen bereits im Schmelzfluss befand.
Es war überraschend, dass sich beim Extrudieren von Rohren mit einer Wandstärke von 8,5 Millimetern das Polypropylen innig mit dem CFP zu homogenen und stabilen Formkörpern mit sehr guter Oberflächenglätte und ausgezeichneter Biegefestigkeit und Wärmestandvermögen extrudieren ließ.
Bei vergleichbaren Mischungen auf der Basis von Holzmehl und/oder Holzfasern ist dies ohne Zugabe von sehr teuren Haftvermittler-Mischungen (Compounds) nicht möglich. Zumindest müssen spezielle, in Maleinsäure und duroplastischen Harzen gepfropfte Polypropylen-Granulate zum Einsatz kommen, die sehr teuer sind.

Claims

Patentansprüche
1. Werkstoff zur Herstellung eines Formkörpers, welcher ein wärme- und/oder druckaktivierbares Polymer und wenigstens einen Füllstoff aufweist, wobei er zehn bis neunzig Gewichtsprozent Coir Fibre Pith (CFP) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Coir Fibre Pith wenigstens zu zwanzig Prozent, insbesondere wenigstens vierzig Prozent, vorzugsweise wenigstens sechzig Prozent aus Teilchen besteht mit einer Teilchengröße von fünfzig bis fünftausend Mikrometer.
2. Werkstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet dass er wenigstens eine Ligninverbindung oder Ligninderivat aufweist, wobei die Ligninverbindung vorzugsweise ein Cafciumhydroxid-Ligninsulfonat- Komplex ist und/oder ein Umsetzungsprodukt auf der Basis eines Calcium- hydroxid-Ligninsulfonat-Komplexes ist und/oder eine Ligninverbindung aus Calcium- und/oder Magnesiumligninsulfonaten ist, die durch Umsetzung mit Erdalkalioxiden, vorzugsweise mit Calciumoxid und/oder Calcium- Magnesiumoxid (Dolomitbranntkalk) entsteht
3. Werkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er Bindemittel und/oder andere Additive aufweist.
4. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er fünf bis fünfzig Gewichtsprozent Kokosfasem, vorzugsweise mit einer Länge von drei bis fünfundzwanzig Millimeter enthält.
5. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er fünf bis sechzig Gewichtsprozent gemahlene Kokosnussschale, vorzugsweise mit einer Teilchengröße kleiner als 1000 Mikrometer enthält.
6. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er fünf bis fünfzig Gewichtsprozent expandiertes Perlit aufweist.
7. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er ein bis vierzig Gewichtsprozent hochporöse Polymere mit einem Porenvolumen von mindestens dreißig Prozent, vorzugsweise mehr als fünfzig Prozent aufweist.
8. Werkstoff nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Poren oder Zellen des expandierten Perlits beziehungsweise der hochporösen Polymere Bindemittel, Haftvermittler und/oder Additive eingelagert sind.
9. Werkstoff nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das expandierte Perlit beziehungsweise die hochporösen Polymere mit Bindemittel, Haftvermittler und/oder Additiven ummantelt ist beziehungsweise sind.
10. Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
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