Verfahren zur Herstellung von Lederpellets und Compound-Granulat sowie deren Verwendung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lederpellets, ein Verfahren zur Herstellung eines Compound-Granulats aus Lederpellets und einem Polymerwerkstoff sowie die Verwendung eines derartigen Compound- Granulats zur Herstellung von Formteilen oder Folien.
Im Zuge der industriellen Lederherstellung werden die Tierhäute in einem der Verfahrensschritte gefalzt, d. h. mittels einer Spiralmesserwalze auf eine gleichmäßige Dicke, z.B. 1 ,5 mm, rückseitig abgehobelt. Das abgehobelte Material sind die so genannten Falzspäne, die in einer Menge von etwa 33% des Hautgewichts anfallen. Bisher wurden die Falzspäne gerbartabhängig entweder zur Lederfaserstoffherstellung (Chromfalzspäne) oder zur Kompostierung (chromfreie Falzspäne) verwendet, sowie auf Deponien verbracht. Lederabfälle gibt es auch bei der Lederverarbeitung, also beim Ausstanzen von Lederzuschnitten aus gegerbtem Leder in Form eines sogenannten Stanzgitters, das etwa 50 % einer Fertiglederhaut ausmacht. Des Weiteren fallen beim Beschnitt- und Spaltprozess von Crust-Ledern, also von nachgegerbten, gefetteten und gefärbten Rohhäuten, weitere Lederabfälle an. Diese Prozesse sind zum Teil auch bei Fertiglederhäuten nötig, um auf ein kun- denseitig gefordertes Dickenmaß zu kommen.
In allen Fällen sind die zukünftigen Verwertungs- und Entsorgungswege der Lederabfälle ungewiss und mit Kosten verbunden.
Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Nutzbarmachung von bei der Lederherstellung und Lederverarbeitung anfallenden Lederabfällen zu entwickeln.
Zur Lösung werden die in den Patentansprüchen 1 und 3 angegebenen Merkmalskombinationen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprü- chen.
Die Erfindung geht vor allem von dem Gedanken aus, dass sich die Lederabfälle sinnvoll nutzen und industriell weiterverarbeiten lassen, wenn sie zunächst zu einem Zwischenprodukt verarbeitet werden. Dieses Zwischen- produkt erhält die Form von Lederpellets, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die folgenden Schritte hergestellt werden: Falzspäne werden als Abfallprodukt bei der Lederherstellung gewonnen; die Falzspäne werden zu einem Lederfasern enthaltenden Ledermahlgut zerkleinert; die zerkleinerten Falzspäne werden zu Lederpellets gepresst; und die Lederpel- lets werden bis zu einem Restfeuchtegehalt von maximal 30 Gew.-% getrocknet. Dabei können die Falzspäne sowohl bei einer Chromgerbung als auch bei einer Gerbung mit Glutardialdehyd gewonnen werden.
Andererseits werden Lederabfälle bei der Lederverarbeitung sowohl beim Spalten von Crust- und Fertiglederhäuten als auch beim Ausstanzen von Stanzzuschnitten aus Fertiglederhäuten in Form von Stanzabfällen gewonnen; die dabei entstehenden Crust-Lederreste und Fertiglederabfälle werden zu einem Lederfasern enthaltenden Ledermahlgut zerkleinert; das Ledermahlgut wird dann zu Lederpellets gepresst. Dabei ist zu berücksichtigen, dass bei Fertigleder noch weitere Zusätze vorhanden sind, die zu einer etwas anderen Verarbeitung führen können. Als Zusätze kommen beispielsweise Fettungsmittel enthaltende Nachgerbstoffe sowie Farbstoffe und Polyurethane in Betracht, die vor dem Zerkleinerungsvorgang oder vor dem Pelletiervorgang zumindest zum Teil entfernt werden können. Auch in diesem Falle sollten die Lederpellets nach dem Entfettungs- oder Entfärbungsvor-
gang bis zu einem Restfeuchtegehalt von weniger als 30 Gew.-% getrocknet werden.
Zweckmäßig werden die Falzspäne, Crust- oder Fertiglederabfälle zunächst durch Feinmahlen zu einer Faser- bzw. Korngröße von etwa 0,5 mm zerkleinert. Das Pressen der Pellets kann in einer herkömmlichen Pelletierpresse erfolgen. Je nach den Anforderungen der nachfolgenden Weiterverarbeitungsprozesse können die gepressten Lederpellets zu einem Restfeuchtegehalt von 5 - 30 Gew.-% getrocknet werden. Für die Verarbeitung in eini- gen Maschinentypen ist ein geringerer Restfeuchtegehalt erforderlich, da diese Maschinen sonst durch die Feuchtigkeit einer Korrosionsgefahr ausgesetzt wären, während andere Maschinentypen diesbezüglich unempfindlicher sind. Die Lederpellets sind im Gegensatz zu dem Ledermahlgut leicht als Schüttgut zu handhaben und weisen verpackt eine Lagerfähigkeit von Monaten oder sogar Jahren auf.
Die gepressten Lederpellets sind ein Zwischenprodukt, das sich auf ver- schiedene Weisen weiterverarbeiten lässt. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Weiterverarbeitung der Lederpellets sieht vor, dass die Pellets im Verhältnis von etwa 10 - 95 % mit einem thermoplastischem Polymerwerkstoff vermischt und zu einem Compound-Granulat aus Lederfasern und Polymerwerkstoff verbunden werden. Dies erfolgt in einer Extrudiermaschine, der der Polymerwerkstoff und die Lederpellets vorgemischt oder getrennt zugeführt werden. Beim Extrudiervorgang wird das Gemisch aus Lederpellets und Polymerwerkstoff homogenisiert, so dass das Compound-Granulat eine Matrix aus Polymerwerkstoff mit eingebetteten Lederfasern darstellt. Bei der Herstellung des Compound-Granulats kann dem üblicherweise an sich farblosen Polymerwerkstoff ein Farbstoff zugesetzt werden, um dem Granulat eine gewünschte Farbe zu verleihen. Grundsätzlich ist es auch
möglich, bereits das Mahlgut während der Herstellung der Lederpellets mit herkömmlichen Lederfarbstoffen zu färben. Es hat sich jedoch gezeigt, dass durch die nachfolgende Warmtrocknung und andere Einflüsse die Farbbeständigkeit nicht immer mit der erforderlichen Präzision zu steuern ist. Die Färbung des Compound-Granulats durch Beigabe von Farbstoffen zu den Polymeren beim Extrudiervorgang führt jedoch zu reproduzierbaren Ergebnissen.
Dem Fachmann ist es an sich bekannt, dass die aus dem Ledermahlgut her- gestellten Lederpellets in der Regel bei Temperaturen größer 180 °C den thermischen Belastungen aufgrund einer natürlichen Denaturierung nicht standhalten können und dazu neigen, im Beisein von Sauerstoff zu verbrennen und/oder Verbrennungsgerüche abzugeben. Andererseits besteht ein Bedarf nach Compound-Granulaten, die auch höheren Temperaturen stand- halten.
Versuche haben gezeigt, dass bei der Herstellung des Compound-Granulats überraschend auch thermoplastische Polymerwerkstoffe verwendet werden können, deren Schmelztemperatur oberhalb 180 °C liegt. Um thermoplasti- sehe Polymerwerkstoffe dieser Art einsetzen zu können, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass der als Thermoplast ausgebildete Polymerwerkstoff in geschmolzenem oder erweichtem Zustand auf eine Temperatur oberhalb 180 °C erhitzt wird, und dass die kalten oder vorgewärmten Lederpellets dem erhitzten Polymerwerkstoff zugesetzt und mit diesem unter Ab- kühlung des Gemischs vermischt werden, bevor das Fertiggemisch unter Bildung des Granulats ausgeformt wird.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Polymerwerkstoff entlang einer Aufheizstrecke eines Extruders auf eine Spitzentemperatur über 180 °C unter Aufschmelzen oder Erweichen erhitzt wird, dass die Lederpellets in kaltem oder vorgewärmtem Zustand
stromabwärts der Aufheizstrecke dem Polymerwerkstoff beigemischt werden und dass das so erzeugte Fertiggemisch bei gegenüber der Aufheizstrecke abgesenkter Temperatur über eine Austrittsdüse oder eine Düsenplatte ausgegeben und zu dem Compound-Granulat geformt wird. Vorteilhafterweise wird hierfür ein thermoplastischer Polymerwerkstoff mit einem Schmelz- oder Erweichungspunkt oberhalb 180 °C, vorzugsweise oberhalb 220 °C verwendet.
Das derart hergestellte Compound-Granulat ist ein weiteres Zwischenpro- dukt. Es besteht aus einem Granulat aus thermoplastischem Kunststoff und Lederfasern, bei welchen der thermoplastische Kunststoff einen Erweichungspunkt oberhalb 150 °C, vorzugsweise oberhalb 180 °C aufweist.
Das Compound-Granulat als Zwischenprodukt wird gemäß der Erfindung bevorzugt zur Herstellung von Formteilen mittels eines Spritzgussverfahrens verwendet. Versuche haben gezeigt, dass das Compound-Granulat in der Spritzgussmaschine grundsätzlich auch auf Temperaturen oberhalb 180 °C erhitzt werden kann, bevor es in die Kavität der Spritzgussmaschine eingespritzt wird. Die höhere Temperaturbeständigkeit ist vermutlich darauf zu- rückzuführen, dass die Lederfasern innerhalb des Compound-Granulats von einer Schutzschicht umgeben sind, die der Denaturierung der Lederfasern entgegenwirkt. Zusätzlich wird durch den Polymerwerkstoff der Sauerstoff verdrängt oder abgeschirmt, der eine Verbrennung der Lederfasern fördern würde. Auch durch eine geeignete Prozessführung, bei der die Verweilzeit in einer Heizzone der Spritzgussmaschine minimiert wird, kann eine Verbesserung in dieser Hinsicht erzielt werden.
Aus dem Compound-Granulat können mittels des Spritzgussverfahrens Formteile hergestellt werden. Aufgrund des Lederanteils weisen derartige Formteile eine Lederoptik und -haptik auf, die eine Verwendung zur Herstellung von Formteilen wie Handgriffe für Werkzeuge, Nordic-Walking-Stöcke,
Fahrradgriffe, Sportgerätgriffe und dergleichen mehr besonders vorteilhaft macht. Für die Ummantelung von Fahrzeuglenkradkränzen ist dieses Verfahren ebenfalls gut geeignet. Bisher musste bei derartigen Anwendungen, bei denen die Grifffreundlichkeit von Lederwerkstoff gewünscht war, eine aufwändige Applikation mit Echtleder erfolgen. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise schafft hier eine kostengünstige und damit breit einsetzbare Alternative. Für die Herstellung von Formteilen wie Spielzeugfiguren, ist das erfindungsgemäße Compound-Granulat ebenfalls geeignet, da auch hier eine Optik und Haptik entsteht, die die Figuren realistischer erscheinen lässt.
Das Compound-Granulat eignet sich darüber hinaus zur Herstellung von Folien durch Kalandrieren. Derartige Folien können überall dort zum Einsatz kommen, wo bisher reine Kunststofffolien oder Echtleder verwendet wurden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein Blockschema für ein Verfahren zur Herstellung von Lederpel- lets, Compound-Granulat und Spritzgussteilen unter Verwendung von Falzspänen, die bei der Lederherstellung anfallen;
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Extruder zur Herstellung von Compound-Granulat;
Fig. 3 einen Schnitt durch eine Spritzgussmaschine zur Herstellung von
Spritzgussteilen unter Verwendung von Compound-Granulat als Zwischenprodukt. Ausgehend von dem Blockschema nach Fig. 1 werden zunächst die bei der Lederherstellung gewonnenen Falzspäne, die eine Ausgangsfeuchtigkeit
von 15 - 60 Gew.-% aufweisen, über eine Aufgabestation 10 in eine Fein- mühle 12 eingegeben und dort zu einer Faser- bzw. Korngröße von ca. 0,5 mm gemahlen. Gegebenenfalls können die Falzspäne nach diesem Verfahrensschritt in einem Universalmischer 14 durch Zugabe eines Farbstoffs gefärbt werden. Nach dem Mahlen weist das Material einen Feuchtegehalt von etwa 15 - 50 Gew.-% auf. Die gemahlenen Falzspäne werden nun in einer Presse 16 zu Lederpellets gepresst. Hierbei verringert sich der Feuchtegehalt weiter auf etwa 10 - 40 Gew.-%. Soweit erforderlich kann sich hieran ein Trocknungsvorgang in dem Trockner 18 anschließen, bis die Leder- pellets eine Restfeuchte von < 9 Gew.-% aufweisen. Die so hergestellten Lederpellets werden als Schüttgut im Gebinde beliebiger Größe abgefüllt. Die Haltbarkeit derartiger Lederpellets beträgt Monate bis Jahre, so dass eine sofortige Weiterverarbeitung nicht erforderlich ist. Alternativ hierzu können die bei der Lederverarbeitung gewonnenen Crust- und Fertiglederabfälle in einer Feinmühle zu einer Faser- bzw. Korngröße von ca. 0,5 mm zerkleinert werden. Bei den Fertiglederabfällen handelt es sich um Stanzreste, die beim Ausstanzen von Lederzuschnitten aus Fertiglederhäuten anfallen. Gegebenenfalls kann das Mahlgut aus den Crust- und Fertiglederabfällen entfettet und entfärbt werden. In einem weiteren Verfahrensschritt kann das Mahlgut beispielsweise in einem Universalmischer durch Zugabe von Farbstoffen gefärbt werden. Das Mahlgut wird dann in einer Presse zu Lederpellets gepresst. Soweit erforderlich, kann sich hieran ein Trocknungsvorgang anschließen, bis die Lederpellets eine Restfeuchte von < 9 Gew.-% aufweisen. Die so hergestellten Lederpellets können ebenfalls als Schüttgut in Gebinde beliebiger Größe abgefüllt werden.
Zur weiteren Verarbeitung können die Lederpellets in speziell dafür eingerichteten Betrieben, den sogenannten Compoundeuren, zu einem Com- pound-Granulat weiterverarbeitet werden. Hierzu werden die Lederpellets in einem Extruder 20 entsprechend Fig. 2 mit einem thermoplastischem Poly-
merwerkstoff vermischt und extrudiert. Beim Extrudieren werden der üblicherweise als Granulat vorhandene Polymerwerkstoff und die Lederpellets entlang einer Misch- und Förderstrecke innerhalb des Extruders mittels Förderschnecken 22 unter Druck- und Wärmeeinwirkung zusammengeführt. Der in der Einfüllzone 24 in Form eines Granulats zugeführte Polymerwerkstoff wird zunächst entlang mehrerer Heizzonen 26 erhitzt und dabei zum Schmelzen gebracht. Die Lederpellets werden stromabwärts der Einfüllzone 24 über eine Seitenbeschickung 28 zugeführt und dem geschmolzenen Polymerwerkstoff beigemischt. Entlang der weiteren Förderstrecke 30 findet die Compoundierung statt. Dort werden die Lederpellets fein zerrieben, so dass das Extrusionsprodukt eine annähernd homogene Verteilung von Lederfasern in einer Kunststoffmatrix aufweist. Über die Entgasungsöffnung 32 wird mittels einer Vakuumpumpe überflüssige Feuchtigkeit aus der Masse entfernt. Das durch eine Düsenplatte 34 aus dem Extruder 20 strangartig aus- gestoßene Materialgemisch wird seinerseits in der gewünschten Länge abgeschnitten und bildet als Verfahrensprodukt das Compound-Granulat.
Dem Polymerwerkstoff kann, soweit er nicht bereits vorher gefärbt wurde, beim Extrudiervorgang ein Farbstoff beigefügt werden, der die Farbe des Compound-Granulats und der anschließend daraus hergestellten Formteile oder Folien bestimmt.
Als thermoplastische Polymerwerkstoffe kommen bevorzugt Polypropylen, Polyethylen oder thermoplastische Elastomere in Betracht. Es hat sich ge- zeigt, dass bei einer geeigneten Prozessführung auch solche Polymerwerkstoffe verwendet werden können, deren Schmelztemperatur oberhalb 180 °C liegt. Dies ist insofern überraschend, als nach herkömmlichem Wissen die Maximaltemperatur, der Leder ausgesetzt werden kann, bei etwa 180 °C liegt.
Das so erzeugte Compound-Granulat kann wiederum in Gebinde beliebiger Größe abgefüllt und an den Endverarbeiter, beispielsweise die Spritzgießerei oder den Folienhersteller, geliefert werden. Besonders vorteilhaft ist die Verarbeitung des Compound-Granulats zu Formteilen mittels eines Spritzgussverfahrens, wobei die so hergestellten Formteile eine ledertypische Optik und Haptik aufweisen. Zu diesem Zweck wird mit einer Spritzgussmaschine 40 gemäß Fig. 3 das Compound-Granulat über einen Einfülltrichter 42 und einen Einzug 44 einer Spritzeinheit 46 zu- geführt, in welcher das Granulat entlang einer Förderstrecke 48 mittels einer Schnecke 50 zerrieben, in mehreren Heizzonen 52 auf Schmelztemperatur aufgeheizt und über eine Düse 54 in ein Spritzgießwerkzeug 56 eingespritzt wird. Die Kavität 58 des Spritzgießwerkzeugs 56 bestimmt die Form und die Oberflächenstruktur des fertigen Formteils.
Mit dem Spritzgießen lassen sich Massen produkte mit hoher Genauigkeit in kurzer Zeit herstellen. Dabei kann die Oberfläche des Bauteils nahezu frei gewählt werden. Glatte Oberflächen, Narbungen für berührungsfreundliche Bereiche, Muster und Gravuren lassen sich im Zuge des Herstellvorgangs einbringen. Für das Leder-Kunststoff-Compound kommen Teile in Frage, die dekorative Anforderungen erfüllen sollen oder die für den manuellen Gebrauch bestimmt sind, wie Griffe für Werkzeuge, Tennisschläger, Nordic- Walking-Stöcke, Lenkradkränze für Fahrzeuge und dergleichen. Andererseits kann das Compound-Granulat durch Kalandrieren, bei dem geschmolzenes Compound-Granulat durch in der Regel mehrere, aufeinanderfolgende beheizte Walzenpaarspalte geführt und dabei auf die gewünschte Dicke gebracht wird, zu Folien verarbeitet werden, deren Einsatzspektrum dasjenige herkömmlicher Kunststofffolien abdeckt.
Zusamnnenfassend ist folgendes festzustellen: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lederpellets, ein Verfahren zur Herstellung eines Compound-Granulats aus Lederpellets und einem Polymerwerkstoff sowie die Verwendung eines derartigen Compound-Granulats zur Herstellung von Formteilen oder Folien. Die Lederpellets werden durch die folgenden Schritte hergestellt: Falzspäne, Crust-Lederreste und Fertiglederabfälle werden als Abfallprodukte bei der Lederherstellung und Fertiglederverarbeitung gewonnen; die Falzspäne, Crust-Lederreste und Fertiglederabfälle werden zu einem Lederfasern enthaltenden Ledermahlgut zerkleinert; das Mahlgut wird zu Lederpellets gepresst; und die Lederpellets werden bis zu einem Restfeuchtegehalt von maximal 30 Gew.-% getrocknet. Die Lederpellets können mit einem Polymerwerkstoff im Verhältnis von 10 - 95 Gew.-% vermischt und unter Bildung eines Compound-Granulats als weiteres Zwischenprodukt miteinander verbunden und ausgeformt werden. Dieses Com- pound-Granulat kann zur Herstellung von Formteilen mittels Spritzgießen oder von Folien mittels Kalandrieren verwendet werden.
Bezugszeichenliste:
10 Aufgabestation
12 Feinmühle
14 Universalmischer
16 Presse
18 Trockner
20 Extruder
22 Förderschnecke
24 Einfüllzone
26 Heizzonen
28 Seitenbeschickung
30 Förderstrecke
32 Entgasungsöffnung
34 Düsenplatte
40 Spritzgussmaschine
42 Einfülltrichter
44 Einzug
46 Spritzeinheit
48 Förderstrecke
50 Schnecke
52 Heizzonen
54 Düse
56 Spritzgießwerkzeug
58 Kavität