WO2010071906A1 - Cellulosische formkörper mit nichtrundem querschnitt und deren verwendung in verbundwerkstoffen - Google Patents

Cellulosische formkörper mit nichtrundem querschnitt und deren verwendung in verbundwerkstoffen Download PDF

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WO2010071906A1
WO2010071906A1 PCT/AT2009/000449 AT2009000449W WO2010071906A1 WO 2010071906 A1 WO2010071906 A1 WO 2010071906A1 AT 2009000449 W AT2009000449 W AT 2009000449W WO 2010071906 A1 WO2010071906 A1 WO 2010071906A1
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moldings
compacts
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Friedrich Suchomel
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    • D01F2/02—Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof from solutions of cellulose in acids, bases or salts
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    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/04—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped cellular or porous

Definitions

  • Non-round cross-section cellulosic bodies and their use in composite materials are provided.
  • the invention relates to readily meterable cellulosic molded bodies with a non-circular cross-section and their use in composite materials, wherein they are metered in particular by means of mixing units in melts.
  • Cellulosic fibers are increasingly being used to reinforce matrix materials such as polypropylene or other polymers
  • Composite materials used and replace there, for example, glass fibers are their lower specific gravity and improved disposability, since they can easily be burned together with the matrix material, for example, or degraded together with the latter in the case of biodegradable matrix materials.
  • Suitable cellulosic fibers can be prepared in a variety of ways. The easiest way is to use cotton and other natural fibers such as hemp or flax, which are already fibrous by nature. The problem, however, is the natural products inherent unevenness of the fibers in thickness, length and surface finish. These irregularities cause a more complex processing. So they may need to be cut to a uniform length. Apart from cotton, the natural fibers for high performance composites are also too coarse, so there is no uniform distribution in the matrix material and no adequate surface between fiber and matrix. Many of the natural fibers are also prone to severe yellowing or have an unpleasant odor.
  • pulp fibers which are made by known means of wood pulp cooking processes.
  • commercially available pulps are pressed into sheets or rolls after production and dried. The fibers can then be very poorly isolated from the compressed sheet.
  • the purity of the pulp depends on the type of cooking and whether paper or chemical pulp is used. This in turn affects the strengths of both the single fiber and the finished composite. Lignin as a companion disturbs especially in cheap pulps, since a composite material produced in this way can discolour dark brown.
  • decomposes the lignin which is thermally stable only up to about 150 0 C in the deformation process, and leads to emissions, these
  • Purpose adapted cellulosic synthetic fibers such as viscose or
  • the cellulosic fibers are usually introduced via a metering screw in an extruder and mixed there with the polymer. Due to the good fiber-fiber adhesion, however, the individual fibers are poorly free-flowing and it can, for example, the so-called bridge formation in the
  • WO 2006/032406 describes the treatment of a spun fiber strand with an aqueous dispersion for applying a size. With this sizing a cohesion of the individual fibers is created. Subsequently, this simple strand is crushed into free-flowing fiber bundles.
  • This method has the disadvantage that with the fiber bundles an additional substance, namely the size, is introduced into the composite materials. There she can mechanical properties, in particular the fiber-matrix interactions, which are essential for the effectiveness of fiber reinforcement, to an undesirable extent.
  • WO 2006/032406 requires extensive intervention directly on the spinning machine, such as the application and drying of the size or the merging and twisting of several spun fiber strands in front of the cutting machine. Twisting degrades the ability of the bundles to open.
  • EP 1436130 and WO 03/016011 disclose so-called
  • Pultrusion process in which a spinning fiber strand first emerges together with the Mat ⁇ xpolymer through a nozzle opening, thereby coated with the matrix polymer and the solidified strand is then comminuted into granules, which should be well dosed. These pultrusion require in addition to a considerable effort for the pultrusion and an early determination of the matrix polymer to which the cellulosic fiber is to be added.
  • This spiral-shaped layer causes the reinforcing fibers have a greater length than the individual granules themselves.
  • This method should be energetically cheaper compared to the simple pultrusion process, but otherwise has the same principal, already mentioned above disadvantages.
  • the invention according to DD 247 928 relates to a large-size spinning device for spinning viscose for the production of threads, fibers and tapes.
  • an embodiment for a ribbon or other specific indication that this has ever been realized is not included.
  • DE 0969389 a ribbon was produced by the viscose process in Example 4.
  • the object of the present invention was therefore to provide cellulosic moldings in such a manner that the cellulosic moldings can be dosed better in comparison with the known prior art and at the same time the reinforcing properties of these moldings in the composite material are improved.
  • the moldings may be coated with a slip preventive before further use. It is important to pay attention to the lowest possible Avivagegehalt in order to influence as little as possible the later composite material properties as described above. In general, should be a Avivagegehalt of 0.2 to 2.5 wt .-%, based on the total mass of the vulv conducting moldings are not exceeded.
  • the type of Gleitavivage depends on the respectively provided matrix polymer. For example, an apolar lubricant is very well suited for use in apolar thermoplastic matrix polymers. In particular for the production of
  • Composite materials with a matrix of polyolefins is well suited as Gleitavivage a silicone oil.
  • the cellulosic shaped bodies can basically be spun by any of the methods generally known for this purpose, it being necessary to use suitable nozzles depending on the desired cross-sectional shape.
  • the molded body strand is cut to the desired length by means of cutting machines known to the person skilled in the art and dried to the required moisture content.
  • the moldings for example, for transport, dried to low moisture contents and moistened again before pressing to the necessary value, for example by spraying.
  • a Gleitavivage is applied to the moldings.
  • the cellulosic molded bodies are preferably prepared by the viscose, modal or lyocell process. Also mixtures of at least two of these types of fibers can be processed, for example, together to pressings.
  • the cellulosic shaped bodies according to the invention preferably have a titre in the range of 0.1 to 15.0 dtex, preferably between 1, 3 and 9.0 dtex, and a cut length in the range 0.5 to 15.0 mm, preferably between 3.0 and 10 , 0 mm up.
  • An additional advantage of the present invention is that due to the good distribution of the individual shaped bodies in the matrix polymer, a smaller amount of individual shaped bodies is necessary in order to achieve the same mechanical properties.
  • the present invention also provides the use of the above-described cellulosic moldings for reinforcement in polymer-containing composite materials, wherein the moldings are introduced by means of a metering device into a melt of the polymer and subsequently mixed with the polymer melt. This admixing preferably takes place in a suitably equipped extruder or kneader. Suitable apparatuses for this purpose as well as suitable metering devices are known to the person skilled in the art. Particularly suitable metering devices are gravimetrically operating devices designed for granulates, for example gravimetric screw feeders.
  • the moldings provided with a Gleitavivage invention can be much better dose in a conventional metering unit than otherwise comparable fibers, but have a round cross-section. Pelleting is not absolutely necessary for the shaped bodies according to the invention.
  • the cellulosic shaped bodies are shaped into pellets before they are introduced into the dosing unit.
  • the length of the compacts is not critical to the success of the invention. In the method for producing the compacts described below, however, these usually arise in a length of 1.0 - 30.0 mm. Because they are not held together by binders or sizing agents, they can even break into shorter length rods without compromising subsequent metering capability.
  • the stability of the pellets can, if desired, in particular by the addition of about 0.01 to 25 wt .-% of a commercial
  • Hot melt adhesive to the fibers can be increased.
  • the hot melt adhesive can be mixed with the fibers in powder form before pelleting. In the later Composite, these small amounts of hot melt adhesive experience has shown that it does not affect negatively.
  • Suitable adhesion promoters between cellulose and polypropylene include MAPP (maleic anhydride-grafted polypropylene).
  • MAPP maleic anhydride-grafted polypropylene
  • additives customary in plastics processing such as e.g. Stabilizers, dyes, UV protection, pigments and property enhancers such as e.g. Impact modifiers.
  • the invention relates to compacts which do not contain any proportion of a matrix polymer.
  • This process consists in that cellulosic molded bodies having a titre in the range from 0.1 to 15.0 dtex and a cutting length in the range from 0.5 to 15.0 mm are pressed in a shaping device through shaping channels.
  • An essential feature of the method according to the invention is the L / D ratio of these shaping channels. It should be between 1: 1 and 4: 1, preferably between 1: 1 and 3: 1, where L is the length and D is the diameter of the cylindrical part of a
  • the short-cut moldings can be rough-working
  • a shaping device for example, a flat die press is suitable, wherein the shaped body, for example by means of a muller through a die, d. H. a plate with regularly arranged shaping channels are pressed.
  • the molded articles to be pelletized are placed in the press room and form a layer of material on the die.
  • the shaped body layer is precompressed and pressed into the shaping channels.
  • the compression takes place to the pellets.
  • the distance between the rollers of the muller and the die should be adjustable in order to allow adaptation to different moldings and a compensation of the material wear.
  • the moldings are further compressed and formed into cylindrical strands which emerge below the mold. There is the strand, for example by cut a rotating knife to the desired length and discharged the pellets thus obtained from the former.
  • ring die press In order to produce larger quantities of the pellets according to the invention, a so-called ring die press is even better suited than the flat die press.
  • the emerging from the molding compacts can directly or after appropriate intermediate storage, transport, etc. by means of known metering devices for. Granules etc. are metered into a melt extruder and mixed there with the respective matrix polymer. Due to the shear forces occurring in such an extruder, the compacts are quickly completely divided and the individual fibers can be distributed very homogeneously in the matrix polymer.
  • Lyocell fibers with a denier of 6.7 dtex were spun in the known manner and washed in the fiber cable, aftertreated, treated with a silicone avivage and dried. Only when dried these fibers were cut with a guillotine cutter to a staple length of 6 mm. As a result, so-called stacks were obtained. These are fiber bundles that are so far compressed at the interface by the cutting machine, that results in a certain cohesion of the individual fibers. Although these stacks could be dosed significantly worse than the pellets produced according to the invention, metering was possible in principle with the experimental device used.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft cellulosische Formkörper, die sich gut dosieren lassen sowie, deren Verwendung zur Herstellung von Verbundmaterialien durch Einmischen in eine Polymerschmelze. In einer möglichen Ausführungsform werden zur erfindungsgemäßen Verwendung zunächst Presslinge aus solchen cellulosischen Formkörpern hergestellt.

Description

Cellulosische Formkörper mit nichtrundem Querschnitt und deren Verwendung in Verbundwerkstoffen
Die Erfindung betrifft gut dosierbare cellulosische Formkörper mit nichtrundem Querschnitt und deren Verwendung in Verbundwerkstoffen, wobei sie insbesondere mittels Mischaggregaten in Schmelzen eindosiert werden.
Cellulosische Fasern werden in zunehmendem Maße zur Verstärkung von Matrixmaterialien wie Polypropylen oder anderen Polymeren in
Verbundwerkstoffen verwendet und ersetzen dort beispielsweise Glasfasern. Die Vorteile von cellulosischen Fasern gegenüber Glasfasern liegen in deren geringerem spezifischen Gewicht sowie in der verbesserten Entsorgbarkeit, da sie sich beispielsweise zusammen mit dem Matrixmaterial leicht verbrennen lassen oder im Falle biologisch abbaubarer Matrixmaterialien zusammen mit diesen abgebaut werden.
Geeignete cellulosische Fasern können auf unterschiedlichem Wege hergestellt werden. Am einfachsten ist die Verwendung von Baumwolle und anderen Naturfasern wie Hanf oder Flachs, die bereits von Natur aus faserförmig vorliegen. Problematisch ist dabei jedoch die den Naturprodukten inhärente Ungleichmäßigkeit der Fasern bei Dicke, Länge und Oberflächenbeschaffenheit. Diese Ungleichmäßigkeiten verursachen eine aufwendigere Verarbeitung. So müssen sie gegebenenfalls auf eine gleichmäßige Länge geschnitten werden. Abgesehen von der Baumwolle sind die Naturfasern für Hochleistungsverbundwerkstoffe außerdem zu grob, so dass sich keine einheitliche Verteilung im Matrix-Werkstoff und keine ausreichende Oberfläche zwischen Faser und Matrix ergibt. Viele der Naturfasern neigen zusätzlich zu starkem Vergilben oder weisen einen unangenehmen Geruch auf.
Ebenso ist die Verwendung von Zellstofffasern möglich, die auf bekanntem Wege mittels Zellstoffkochverfahren aus Holz hergestellt werden. Handelsübliche Zellstoffe werden jedoch nach der Herstellung in Blätter bzw. Rollen verpreßt und getrocknet. Die Fasern lassen sich anschließend sehr schlecht aus dem verpreßten Blatt vereinzeln. Zudem hängt die Reinheit des Zellstoffes von der Art der Kochung ab sowie davon, ob Papier- oder Chemiezellstoff verwendet wird. Dies wiederum wirkt sich auf die Festigkeiten sowohl der Einzelfaser als auch des fertigen Verbundwerkstoffs aus. Lignin als Begleitstoff insbesondere in billigen Zellstoffen stört, da sich ein so hergestellter Verbundwerkstoff dunkelbraun verfärben kann. Weiterhin zersetzt sich das Lignin, das thermisch nur bis etwa 1500C im Verformungsprozess stabil ist, und führt zu Emissionen, welche diese
Verbundwerkstoffe von vielen Anwendungen, z.B. im Automotive Innenraum, ausschließen.
Durch ebenfalls bekannte Spinnverfahren lassen sich dagegen besser definierte und in ihren Eigenschaften verbesserte und an den
Verwendungszweck angepasste cellulosische Kunstfasern wie Viskose oder
Lyocell herstellen.
Die cellulosischen Fasern werden üblicherweise über eine Dosierschnecke in einen Extruder eingebracht und dort mit dem Polymer gemischt. Aufgrund der guten Faser-Faser-Haftung sind die einzelnen Fasern jedoch nur schlecht rieselfähig und es kann beispielsweise zur sogenannten Brückenbildung im
Dosiertrichter der Dosierschnecke und nachfolgender Verstopfung kommen.
Das hat zur Folge, dass die Fasern nur sehr ungleichmäßig dosiert werden können, was wiederum zur Folge hat, dass es erhebliche Qualitätsschwankungen beim faserverstärkten Polymer gibt.
Es gab daher bereits Ansätze zur Verbesserung der Dosierfähigkeit dieser cellulosischen Fasern. So beschreibt beispielsweise die WO 2006/032406 die Behandlung eines Spinnfaserstrangs mit einer wässrigen Dispersion zum Aufbringen einer Schlichte. Mit dieser Schlichte wird ein Zusammenhalt der einzelnen Fasern geschaffen. Anschließend wird dieser schlichtehaltige Strang zu rieselfähigen Faserbündeln zerkleinert. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass mit den Faserbündeln ein zusätzlicher Stoff, nämlich die Schlichte, in die Verbundwerkstoffe eingebracht wird. Dort kann sie die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Faser-Matrix- Wechselwirkungen, die für die Wirksamkeit der Faserverstärkung wesentlich sind, in unerwünschtem Maß beeinflussen. Zudem erfordert das Verfahren der WO 2006/032406 umfangreiche Eingriffe direkt an der Spinnmaschine wie beispielsweise das Aufbringen und Trocknen der Schlichte oder das Zusammenführen und Verdrillen mehrerer Spinnfaserstränge vor der Schneidemaschine. Durch das Verdrillen verschlechtert sich die Öffnungswilligkeit der Bündel.
Die EP 1436130 sowie die WO 03/016011 offenbaren sogenannte
Pultrusionsverfahren, in denen ein Spinnfaserstrang zunächst gemeinsam mit dem Matπxpolymer durch eine Düsenöffnung austritt, dabei mit dem Matrixpolymer ummantelt wird und der erstarrte Strang anschließend zu Granulat zerkleinert wird, das sich gut dosieren lassen soll. Diese Pultrusionsverfahren erfordern neben einem erheblichen Aufwand für die Pultrusionseinheit auch eine frühe Festlegung auf das Matrix-Polymer, dem die cellulosische Faser zugemischt werden soll.
Eine weitere Variante zur Herstellung von leicht dosierbaren Granulaten, die sowohl Verstärkungsfasern als auch ein thermoplastisches Matrix-Polymer enthalten, ist in EP 1097033 beschrieben. Hierbei wird ein Strang, der sowohl das Verstärkungsfasermaterial, beispielsweise cellulosische oder auch mineralische Fasern als auch das Matrixpolymer jeweils in Form endloser Filamente enthält, durch eine beheizte Öffnung gezogen, so dass die Matrixfilamente (teilweise) schmelzen und die Verstärkungsfasern in die geschmolzene Masse eingebunden werden. Gleichzeitig wird der Faserstrang beim Durchziehen verdreht, so dass die Verstärkungsfasern spiralförmig in dem anschließend zu Granulat geschnittenen Strang vorliegen. Diese spiralförmige Lage bewirkt, dass die Verstärkungsfasern eine größere Länge aufweisen als die einzelnen Granulatteilchen selbst. Dieses Verfahren soll im Vergleich zum einfachen Pultrusionsverfahren energetisch günstiger sein, hat aber ansonsten die gleichen prinzipiellen, oben bereits genannten Nachteile. In der Literatur finden sich auch Erwähnungen von cellulosischen Kunstfasern mit bändchenförmigem, also vermutlich rechteckigem Querschnitt. So betrifft beispielsweise die Erfindung gemäß DD 247 928 eine Großspinneinrichtung zum Verspinnen von Viskose zur Herstellung von Fäden, Fasern und Bändchen. Ein Ausführungsbeispiel für ein Bändchen oder ein anderer konkreter Hinweis darauf, dass dies jemals realisiert wurde, ist jedoch nicht enthalten. In der DE 0969389 wurde im Beispiel 4 ein Bändchen nach dem Viskoseverfahren hergestellt.
In den Lenzinger Berichten 76/1997 ist auf S.127, die Möglichkeit erwähnt, bändchenförmige Filamente nach dem Lyocell-Verfahren herzustellen. Diese sollen für Bindegarne und Netzverpackungen eingesetzt werden. In Chemiefasern/Textilindustrie, 44796. Jahrgang, 1994, S. 701 werden ebenfalls Bändchenfasern aus Lyocell als mögliche Entwicklung erwähnt. Sonstige Anwendungen für cellulosischen Kunstfasern mit rechteckigem Querschnitt finden sich in der Literatur jedoch nicht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, cellulosische Formkörper in einer solchen Art und Weise zur Verfügung zu stellen, dass die cellulosischen Formkörper im Vergleich zum bekannten Stand der Technik besser dosierbar sind und gleichzeitig die Verstärkungseigenschaften dieser Formkörper im Verbundmaterial verbessert werden.
Diese Aufgabe konnte überraschend gelöst werden durch cellulosische Formkörper mit nichtrundem Querschnitt, bevorzugt mit rechteckigem Querschnitt zur Verstärkung in Verbundmaterialien. Besonders günstig für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist es, wenn das Kantenverhältnis a/b des Querschnitts mindestens 2:1 , bevorzugt mindestens 4:1 beträgt.
Die Formkörper können vor der weiteren Verwendung mit einer Gleitavivage überzogen werden. Dabei ist auf einen möglichst geringen Avivagegehalt zu achten, um wie oben beschrieben die späteren Verbundmaterialeigenschaften möglichst wenig zu beeinflussen. Im Allgemeinen sollte ein Avivagegehalt von 0,2 bis 2,5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der avivierten Formkörper nicht überschritten werden. Außerdem richtet sich die Art der Gleitavivage nach dem jeweils vorgesehenen Matrixpolymeren. So ist beispielsweise eine apolare Avivage für die Verwendung in apolaren thermoplastischen Matrixpolymeren sehr gut geeignet. Insbesondere zur Herstellung von
Verbundmaterialien mit einer Matrix aus Polyolefinen ist als Gleitavivage ein Silikonöl gut geeignet.
Die cellulosischen Formkörper können grundsätzlich nach jedem der hierfür allgemein bekannten Verfahren ersponnen werden, wobei je nach gewünschter Querschnittsform geeignete Düsen verwendet werden müssen. Nach den jeweils erforderlichen Koagulations-, Wasch- und eventuell weiteren Nachbehandlungsschritten wird der Formkörperstrang mittels dem Fachmann bekannter Schneidmaschinen auf die gewünschte Länge geschnitten und auf den erforderlichen Feuchtegehalt getrocknet. Je nach den Gegebenheiten vor Ort werden die Formkörper, beispielsweise für einen Transport, auch auf geringe Feuchtegehalte getrocknet und vor dem Verpressen wieder auf den notwendigen Wert befeuchtet, beispielsweise durch Besprühen. Je nach Erfordernis wird auf die Formkörper eine Gleitavivage aufgebracht.
Bevorzugt werden die cellulosischen Formkörper nach dem Viskose-, Modaloder Lyocell-Verfahren hergestellt. Auch Mischungen aus mindestens zwei dieser Faserarten können beispielsweise gemeinsam zu Pressungen verarbeitet werden.
Die erfindungsgemäßen cellulosischen Formkörper weisen bevorzugt einen Titer im Bereich 0,1 bis 15,0 dtex, bevorzugt zwischen 1 ,3 und 9,0 dtex und eine Schnittlänge im Bereich 0,5 bis 15,0 mm, bevorzugt zwischen 3,0 und 10,0 mm auf.
Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass aufgrund der guten Verteilung der Einzelformkörper im Matrix-Polymeren eine geringere Menge an Einzelformkörpern notwendig ist, um die gleichen mechanischen Eigenschaften zu erzielen. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung der oben beschriebenen cellulosischen Formkörpern zur Verstärkung in polymerhaltigen Verbundmaterialien, wobei die Formkörper mittels einer Dosiervorrichtung in eine Schmelze des Polymeren eingebracht und anschließend mit der Polymerschmelze vermischt werden. Bevorzugt erfolgt diese Einmischung in einem entsprechend ausgerüsteten Extruder oder Kneter. Geeignete Apparate hierfür sowie geeignete Dosiereinrichtungen sind dem Fachmann bekannt. Als Dosiereinrichtungen eignen sich vor allem gravimetrisch arbeitende, für Granulate ausgelegte Geräte, beispielsweise gravimetrische Schneckendosierer.
Insbesondere die mit einer Gleitavivage versehenen erfindungsgemäßen Formkörper lassen sich wesentlich besser in einer üblichen Dosiereinheit dosieren als ansonsten vergleichbare Fasern, die aber einen runden Querschnitt aufweisen. Eine Pelletierung ist für die erfindungsgemäßen Formkörper nicht zwingend notwendig.
In einer weiteren, bevorzugten Form der erfindungsgemäßen Verwendung werden die cellulosischen Formkörper vor dem Einfüllen in die Dosiereinheit zu Pressungen, sogenannten Pellets, geformt.
Die Länge der Presslinge ist für den Erfolg der Erfindung nicht entscheidend. Bei dem unten beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Presslinge entstehen diese jedoch meist in einer Länge von 1,0 - 30,0 mm. Da sie nicht durch Bindemittel oder Schlichte zusammengehalten werden, können sie sogar zu Stäbchen kürzerer Länge zerbrechen, ohne dass dies die spätere Dosierfähigkeit beeinträchtigt.
Die Stabilität der Pellets kann, falls gewünscht, insbesondere durch das Zumischen von etwa 0,01 bis 25 Gew.-% eines handelsüblichen
Schmelzklebers zu den Fasern erhöht werden. Der Schmelzkleber kann in Pulverform vor dem Pelletieren mit den Fasern vermischt werden. Im späteren Verbundwerkstoff wirken sich diese geringen Mengen an Schmelzkleber erfahrungsgemäß nicht negativ aus.
Für spezielle Anwendungen kann bereits vor oder während der Herstellung der Presslinge ein Anteil eines Polymeren und/oder auch eines oder mehrerer anderer Additive wie beispielsweise Haftvermittler zugegeben werden. Auch wenn die erfindungsgemäßen Formkörper ohne zwischenzeitliche Pelletierung in das Matrixpolymer eingemischt werden sollen, können sie mit einem Haftvermittler versehen werden.
Als Haftvermittler zwischen Cellulose und Polypropylen eignet sich unter anderem MAPP (Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Polypropylen). Weitere Beispiele für mögliche Additive sind alle in der Kunststoffverarbeitung üblichen Zusatzstoffe, wie z.B. Stabilisatoren, Farbstoffe, UV-Schutz, Pigmente und Eigenschaftsverbesserer wie z.B. Schlagzähigkeitsmodifikatoren.
Hauptsächlich betrifft die Erfindung jedoch Presslinge, die noch keinen Anteil eines Matrixpolymeren enthalten.
Dieses Verfahren besteht darin, dass cellulosische Formkörper mit einem Titer im Bereich 0,1 bis 15,0 dtex und einer Schnittlänge im Bereich 0,5 bis 15,0 mm in einer Formgebungseinrichtung durch Formgebungskanäle gepresst werden. Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das L/D-Verhältnis dieser Formgebungskanäle. Es sollte zwischen 1 :1 und 4:1, bevorzugt zwischen 1 :1 und 3:1 betragen, wobei L die Länge und D der Durchmesser des zylindrischen Teils eines
Formgebungskanals ohne Einlauf- und Entlastungskonus ist. Dieses L/D- Verhältnis beeinflusst wesentlich die Verdichtung, die die Formkörper im Pressung erfahren. Dies hat Auswirkungen auf die Wiederauflösbarkeit der Presslinge sowie auf die beim Pressen stattfindende Formkörperschädigung. Die erhaltenen Presslinge weisen einen Durchmesser von 2,0 bis 10,0 mm sowie eine Länge von meistens 1 ,0 - 30,0 mm auf. Um die Schädigung der Formkörper gering und die Wiederauflösbarkeit beim Einmischen in das Matrix-Polymer hoch zu halten, ist in den Formkörpern vor dem Pelletiervorgang eine Feuchte von 30 bis 80 Gew.-% Wasser einzustellen. Das Wasser wird nur zur Herstellung der Pellets verwendet. Es dient sozusagen als Weichmacher für die Fasern. Das Wasser trocknet teilweise beim Pelletiervorgang, der aufgrund der wirkenden mechanischen Kräfte und Reibung Wärme entwickelt, wieder ab. Die Pellets werden im Anschluß auf Konditionierfeuchte getrocknet.
Wenn die Formkörpern vor dem Pelletiervorgang mit einer Gleitavivage, insbesondere einem Silikonöl, versehen wurden, ist eine derartige Befeuchtung nicht notwendig, da bereits die Avivage die Formkörperschädigung gering und die Wiederauflösbarkeit hoch hält.
Die Kurzschnittformkörper können mit einer grob arbeitenden
Dosiereinrichtung, deren Genauigkeit und Gleichmäßigkeit nicht für die Herstellung von Verbundwerkstoffen geeignet wäre, die aber gegen Verstopfungen durch die Formkörper nicht empfindlich ist, in die Formgebungseinrichtung eindosiert werden. Als Formgebungseinrichtung ist beispielsweise eine Flachmatrizenpresse geeignet, wobei die Formkörper, zum Beispiel mittels eines Kollergangs durch eine Matrize, d. h. eine Platte mit regelmäßig angeordneten Formgebungskanälen gepresst werden.
In einer solchen Flachmatrizenpresse werden die zu pelletierenden Formkörper in den Pressenraum gegeben und bilden auf der Matrize eine Materialschicht. Durch die Rollen des Kollergangs wird die Formkörperschicht vorverdichtet und in die Formgebungskanäle gedrückt. In diesen Formgebungskanälen findet die Verdichtung zu den Pellets statt. Der Abstand zwischen den Rollen des Kollergangs und der Matrize sollte verstellbar sein, um eine Anpassung auf unterschiedliche Formkörper sowie einen Ausgleich der Materialabnutzung zu ermöglichen. In den Formgebungskanälen werden die Formkörper weiter verdichtet und zu zylindrischen Strängen geformt, die unterhalb der Matrize austreten. Dort wird der Strang, beispielsweise durch ein rotierendes Messer auf die gewünschte Länge abgeschnitten und die so erhaltenen Pellets aus der Formgebungseinrichtung ausgetragen.
Um größere Mengen der erfindungsgemäßen Pellets herzustellen, ist eine sogenannte Ringmatrizenpresse noch besser geeignet als die Flachmatrizenpresse.
Die aus der Formgebungseinrichtung austretenden Presslinge können unmittelbar oder nach geeigneter Zwischenlagerung, Transport etc. mittels bekannter Dosiereinrichtungen für. Granulate etc. in einen Schmelzextruder eindosiert und dort mit dem jeweiligen Matrixpolymer gemischt werden. Durch die in einem solchen Extruder auftretenden Scherkräfte werden die Presslinge schnell vollständig zerteilt und die Einzelfasern können dadurch sehr homogen im Matrixpolymer verteilt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels beschrieben. Die Erfindung ist jedoch ausdrücklich nicht auf dieses Beispiel beschränkt, sondern umfasst auch alle anderen Ausführungsformen, die auf dem gleichen erfinderischen Konzept beruhen.
Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel):
Lyocellfasern mit einem Titer von 6,7 dtex wurden auf die bekannte Weise ersponnen und im Faserkabel gewaschen, nachbehandelt, mit einer Silikonavivage behandelt und getrocknet. Erst im getrockneten Zustand wurden diese Fasern mit einer Guillotine-Schneidmaschine auf eine Stapellänge von 6 mm geschnitten. Dadurch wurden sogenannte Stapel erhalten. Das sind Faserbündel, die an der Schnittstelle durch die Schneidmaschine so weit verpresst sind, dass sich ein gewisser Zusammenhalt der Einzelfasern ergibt. Diese Stapel ließen sich zwar deutlich schlechter dosieren als die erfindungsgemäß hergestellten Pellets, aber eine Dosierung war mit der eingesetzten Versuchsvorrichtung immerhin grundsätzlich möglich. Diese Stapel wurden daher ohne zwischengeschaltetes Verpressen bei ansonsten gleichbleibenden Versuchsbedingungen in den Schmelzextruder dosiert, unter Zugabe eines von 3 Gew.-% Haftvermittler, bezogen auf die Gesamtmasse des Verbundwerkstoffs, mit einer Schmelze eines handelsüblichen Polypropylens vermischt und Probekörper für Zugversuche hergestellt. Tabelle 1 zeigt die Messergebnisse („Faser").
Beispiel 2 (erfindungsgemäß):
Unter ansonsten gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 wurden unter Verwendung von schlitzförmigen Düsen mit einem Kantenverhältnis von 1000 : 80 Lyocellformkörper mit einem Titer von 6,7 dtex, einer Schnittlänge von 6 mm und rechteckigem Querschnitt hergestellt (a= 61 μm, b= 8 μm, d. h. Kantenverhältnis a:b = 7:1) ersponnen und Probekörper für Zugversuche hergestellt. Tabelle 1 zeigt die Messergebnisse („Bändchen").
Tabelle 1
Figure imgf000011_0001

Claims

Patentansprüche:
1. Cellulosischer Formkörper mit nichtrundem Querschnitt, bevorzugt mit rechteckigem Querschnitt mit einem Kantenverhältnis a/b des Querschnitts von mindestens 2:1 , bevorzugt mindestens 4:1.
2. Cellulosischer Formkörper gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Gleitavivage, bevorzugt in einer Menge von 0,2 bis 2,5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der avivierten Formkörper, enthält.
3. Cellulosischer Formkörper gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitavivage ein Silikonöl ist.
4. Cellulosischer Formkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er nach dem Lyocell- oder Viskoseverfahren hergestellt wurde.
5. Cellulosischer Formkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Titer im Bereich
0,1 bis 15,0 dtex, bevorzugt zwischen 1 ,3 und 9,0 dtex und eine Schnittlänge im Bereich 0,5 bis 15,0 mm, bevorzugt zwischen 3,0 und 10,0 mm aufweist.
6. Verwendung von cellulosischen Formkörpern zur Verstärkung in polymerhaltigen Verbundmaterialien, wobei die Formkörper mittels einer Dosiervorrichtung in eine Schmelze des Polymeren eingebracht und anschließend mit der Polymerschmelze vermischt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper cellulosische Formkörper nach den Ansprüchen 1 bis 4 sind.
7. Verwendung gemäß Anspruch 6, wobei die cellulosischen
Formkörper vor dem Einfüllen in die Dosiereinheit zu Pressungen geformt werden.
I I
8. Verwendung gemäß Anspruch 7, wobei die cellulosischen Formkörper vor oder während der Herstellung der Presslinge mit einem Haftvermittler vermischt werden.
9. Verwendung gemäß Anspruch 7 wobei die cellulosischen Formkörper vor oder während der Herstellung der Presslinge mit einem handelsüblichen pulverförmigen Schmelzkleber vermischt werden.
10. Verwendung gemäß Anspruch 9, wobei die Presslinge zwischen 0,01 und 25,0 Gew.-% Schmelzkleber enthalten.
11. Verwendung gemäß Anspruch 7, wobei die Presslinge einen
Durchmesser von 2,0 bis 10,0 mm aufweisen.
12. Verwendung gemäß Anspruch 7, wobei die Formkörper vor dem Verpressen auf eine Feuchte von 30 bis 80 Gew.-% Wasser gebracht werden.
13. Verwendung gemäß Anspruch 6, wobei die Einmischung der
Formkörper in die Polymerschmelze in einem Extruder erfolgt.
14. Verwendung gemäß Anspruch 6, wobei die Einmischung der Formkörper in die Polymerschmelze in einem Kneter erfolgt.
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