WO2017045676A1 - Verfahren zur herstellung eines lignocellulose-kunststoff-verbundwerkstoffs - Google Patents

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Andreas Krause
Oliver Mertens
Othar Kordsachia
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Universität Hamburg
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    • C08J2323/10—Homopolymers or copolymers of propene
    • C08J2323/12—Polypropene

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a lignocellulosic plastic composite material and a lignocellulose plastic composite material produced or producible thereby.
  • Lignocellulose-containing raw materials such as e.g. Wood, bamboo or various natural fibers are increasingly being used as reinforcing or filling components in composite materials. This happens both due to a scarcity of raw materials as well as for reasons of
  • WPC wood-plastic-composites
  • NFK natural-fiber-reinforced composites
  • LKC lignocellulosic plastic composite or composite materials
  • extruders in particular co-rotating twin-screw extruder, but also internal mixers or slotted kneaders
  • the individual components lignocellulose, plastic and optionally additives
  • the materials are fed by appropriate devices the screw channel of the extruder, melted in the screw channel and mixed and discharged at the end of the process through a nozzle, cooled and crushed into granules.
  • lignocellulose-containing material In general, lignocellulose-containing material must be dried technically prior to thermoplastic processing, because excessively high humidities on the one hand lead to processes that are difficult to control (sudden loss of water vapor) and, on the other hand, the water that is contained must be evaporated with great energy expenditure. Due to their hygroscopic properties, the lignocelluloses absorb moisture from the environment, so that even after drying, moisture is returned to the composite. This means that even after drying water is absorbed by the material, which must be re-evaporated during the processing process.
  • Dosing capability Due to the low bulk density, the fibers keep each other at a distance and interlock with each other whereby a dosage is prevented in a continuous processing process. Material drying reduces the flexibility of the refractory fibers, i. they become stiffer and tend to snag each other. If this happens, the material intake increases
  • Agglomeration Due to the drying process, finely divided, e.g. milled or fibrous lignocellulose agglomerates. These agglomerates have such a high internal strength that they are not restored by the following
  • Object of the present invention is to provide an improved over the prior art, in particular easier and more cost-effective way to produce lignocellulose plastic composite materials.
  • the present invention provides a method for producing a lignocellulosic plastic composite, wherein
  • Thermoplastic particles and a mixture of water and lignocellulose-containing particles are fed to a refiner, and
  • thermoplastic particles are supplied to the refiner up or melted up or melted up in the refmer, so that the up or melted
  • lignocellulose-containing raw materials in the form of, for example, fibers, chips, chips or flour and flowable thermoplastic
  • thermoplastic particles fed to a refiner.
  • the thermoplastic particles in the melted or fused state with fibrillated lignocellulosic particles to a
  • Thermoplastics and lignocellulose-containing material are mixed in one process in such a way that a composite product (compound) is produced for preferably direct further processing in subsequent thermoplastic processes.
  • the present invention thus makes possible for the first time a wet compounding of thermoplastics and lignocellulose-containing material.
  • thermoplastic and lignocellulose without additional fiber destruction can be achieved.
  • the compound thus prepared can be mixed with conventional
  • Shaping process such as e.g. thermoplastic technology (extrusion, injection molding, compression molding).
  • larger throughputs production quantities
  • a “composite material”, also referred to as “composite material” or “compound”, is understood as meaning a material made of two or more materials connected by means of a fabric or form fit or a combination thereof, whereby the composite material has other, usually better, material properties than its individual components.
  • lignocellulosic Plastic composite Under a "lignocellulosic Plastic composite 'is here a composite of one or more
  • Plastics in particular a thermoplastic, and a lignocellulose-containing material understood.
  • lignocellulose-containing material if appropriate synonymous as
  • “Lignocellulosic material” herein is preferably understood to mean a material composed of cellulose, hemicellulose and lignin in different proportions, but the term includes not only a material consisting predominantly or wholly of lignocellulose, but rather also lignin-free hemicellulose / Cellulose fibers if the lignin has been wholly or partly depleted by appropriate chemical pulping (CTMP, pulp or semi-pulp) The term also includes materials which, in addition to lignocellulose, hemicellulose and / or cellulose, also contain other constituents.
  • CMP chemical pulping
  • lignocellulose-containing particles refers to particles of lignocellulose-containing material
  • lignocellulose-containing particles are wood shavings, woodchips, wood fibers and wood flour.
  • a mixture of water and lignocellulosic particles is meant a mixture of lignocellulosic particles and added water, in particular a mixture of lignocellulosic particles, for example wood particles, and water, the
  • Water content above the fiber saturation of the lignocellulosic particles lies.
  • the term also includes mixtures which contain other constituents in addition to water and lignocellulose-containing particles. In particular, however, the term refers to mixtures containing only water and lignocellulosic particles.
  • aqueous suspension of lignocellulose-containing particles and thermoplastic particles is a suspension of lignocellulose-containing particles suspended in water and
  • the suspension may also contain, for example, additives, for example lubricants, adhesion promoters or the like.
  • a "refiner” is understood to mean a grinding or comminution device which is usually used in the pulp and / or wood-based material industry and which serves for grinding or defibrating lignocellulosic material for the production of fibrous materials.
  • the lignocellulose is added to the refiner usually in the form of wood chips, sawdust or fiber. As a rule, refiner have a static grinding element (stator) and a rotating grinding element (rotor).
  • a “disk refiner” is understood as meaning a refiner with opposing grinding disks, between which a grinding gap is formed, in which the grinding stock is ground, whereby usually a grinding disk (rotor) rotates in relation to a second fixed grinding disk (stator) Refiner with more than two grinding discs, eg double disc refiner with double grinding set and two
  • the grinding discs are regularly crushed, e.g.
  • the material to be ground is conveyed, for example, by a plug screw into the center of the grinding discs, and then finally to be conveyed by the rotor and the resulting centrifugal forces to the outside of the housing.
  • the material to be ground is conveyed, for example, by a plug screw into the center of the grinding discs, and then finally to be conveyed by the rotor and the resulting centrifugal forces to the outside of the housing.
  • Material discharge takes place through radially or tangentially arranged openings on the refiner housing. In the industrial process, the material is often continuously fed to and removed from the refiner.
  • thermoplastic is meant a thermoplastic polymer or a mixture of thermoplastic polymers
  • Thermoplastics are plastics that can be reversibly deformed in a specific temperature range (thermo-plastic)
  • thermoplastics are polyethylene (PE), polypropylene (PP ), Acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), polyamide (PA), polylactate (PLA), polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polystyrene (PS), polyetheretherketone (PEEK), thermoplastic starch (TPS ) or polyvinyl chloride (PVC).
  • the term "melted on” with respect to thermoplastic particles means that it at least partially heats at its surface above its glass transition temperature were so that the particles are at least viscous in at least a portion of its surface.
  • the quantitative ratio between thermoplastic and lignocellulosic material is variable.
  • the lignocellulose content preferably ranges between 10 and 90% by weight, more preferably between 20 and 80% by weight, particularly preferably between 30 and 70% by weight, based on the weight of the compound.
  • thermoplastic particles can either be melted up or melted in the refiner, for example, by shearing forces arising therefrom and / or heating of the rhombus, or fed to the refiner already in the up or melted state.
  • the method according to the invention the
  • Thermoplastic particles at least predominantly up in the refiner or melted.
  • the refiner can for this purpose have corresponding heaters or be heated by appropriate heaters.
  • an electrical heating of a Mahlgarnitur for example, one or both grinding discs in the case of a Scheibenrefmers be made.
  • the refiner can be heated by superheated steam.
  • the thermoplastic particles, which may have already been melted or fused on, and the mixture of water and lignocellulose-containing particles may be fed to the refiner separately or together. For example, those, possibly already up or
  • thermoplastic particles are added separately before refining a mixture of water and lignocellulose-containing particles and fed to the refiner together with the mixture of the water and the lignocellulose-containing particles.
  • thermoplastic particles can also be fed to the refiner separately and brought together in the refiner. However, it is preferred to co-feed the thermoplastic particles and the mixture of water and lignocellulose-containing particles to the refiner. If appropriate, the thermoplastic particles may be melted or melted by suitable means before being added to the mixture of water and lignocellulose-containing particles, preferably just before the refiner.
  • an aqueous suspension of lignocellulose-containing particles and thermoplastic particles is fed to the refiner, the thermoplastic particles in the refiner are melted up or fibrillated and the lignocellulose-containing particles are fiberized so that the molten thermoplastic particles and the fibrillated lignocellulose-containing particles in the composite particle refiner particles form.
  • the temperature in the refiner is at or above the glass transition temperature of the thermoplastic particles. Unless a mixture of different thermoplastics with
  • the temperature in the refiner is at or above the glass transition temperature of the thermoplastic having the highest glass transition temperature. This is particularly preferred in embodiments of the method according to the invention, in which the
  • thermoplastic particles are first melted or melted in the refiner. But this is also advantageous in embodiments in which the thermoplastic particles are supplied to the refiner already up or melted, for example, a cooling of the
  • the heat energy required for melting or melting the thermoplastic particles is at least partially generated by shearing energy in the refiner.
  • such a shear energy can be generated on the choice of Mahlommenabstands, the Mahlinngarnitur, the rotational speed of the grinding disc (s) and the supply (type, pressure and speed of the material to be crushed) that the thermoplastic material is on or melted and when passing radially along the grinding set of the stator and rotor with the fibrillated lignocellulose-containing material connects.
  • the required heat energy can optionally be applied exclusively by the resulting shear energy.
  • the required thermal energy may also be provided in addition or exclusively by heating the grinding set of the rhombus, e.g. by electrical
  • the refiner is a disk refiner with grinding disks, the supply of the thermoplastic particles and the mixture of water and lignocellulose-containing particles takes place centrally via a grinding disk and the material composite particles are discharged radially or tangentially with respect to the grinding disks.
  • plastic and lignocellulosic material are placed centrally in the grinding gap between the grinding discs, the coumpounding (crushing, mixing and possibly melting) is continued radially or tangentially from the inside out to the edge of the grinding discs, and the resulting composite material is on delivered to the outer edges of the grinding discs, where it can be collected and optionally further treated, for example, can be separated from the suspension liquid.
  • the resulting composite material particles are at least largely separated from excess liquid.
  • the lignocellulose-containing particles are wood chips,
  • thermoplastics may be, for example, polyethylene (PE), polypropylene (PP), acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), polyamide (PA), polylactate (PLA), polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET ), Polystyrene (PS),
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene
  • PA polyamide
  • PLA polylactate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PC polycarbonate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PS Polystyrene
  • thermoplastic starch TPS
  • PVC polyvinyl chloride
  • Additives such as lubricants, adhesion promoters, etc. can be added to the thermoplastics.
  • the invention also relates to a lignocellulosic Kunststoffsto ff composite material, which is produced by a method according to the invention or can be produced.
  • the invention is described below purely by way of illustration with reference to FIG.
  • Figure 1 Schematic representation of a preferred embodiment of an apparatus for performing the method according to the invention.
  • the refiner 1 is a disc refiner with two grinding discs 2, 3, which form a grinding gap 5, in a housing 4.
  • the first grinding disc (stator grinding disc) 2 is fixed, the second grinding disc (rotor grinding disc) 3 rotates about the axis 10, as indicated by the arrow.
  • a screw conveyor 6 is arranged through which material to be ground can be introduced centrally into the grinding gap 5.
  • the material to be ground can be fed via a hopper 7 on the screw conveyor 6.
  • the housing 4 has on its upper side via a line 8, can be passed through the superheated steam into the interior of the housing 4.
  • an outlet 9 is provided, can be removed from the housing 4 via the finished product.
  • FIG. 2 shows schematically the structure of a rhombus, as it was used in Embodiment 2.
  • the refiner 1 differs essentially in that instead of a funnel 7, a boiler 12 was used.
  • Exemplary Embodiment 1 For the experiments described below, a low-density polyethylene (LDPE) and spruce sawdust were used for the wet compounding according to the invention. In this case, a mixing ratio of 60% spruce chips and 40% LDPE (mass fractions) was used. Before defibering in the refiner, the sawdust was pre-cooked in a so-called paddle reactor at 170 ° C for 6 minutes. In the process, about 10 L of water was added to the 5 kg chips. By such a hydrothermal pretreatment, the middle lamella of the wood fibers is softened, whereby the modulus of elasticity decreases and the defibration in the refiner is facilitated.
  • LDPE low-density polyethylene
  • LDPE low-density polyethylene
  • the refiner 1 For reflow or melting of the polymer in the refiner 1, the refiner 1 was charged with steam (T approximately 100 ° C.) via the line 8 and preheated (see FIG. Due to the open system, the pre-heating of the Reimers 1 by steam only up to a temperature of about 100 ° C was possible. Further energy input, which causes the polymer to melt or melt, was introduced into the system by shearing energy generated by defibration of the shavings and polymer granules. During defibering, the refiner 1 was continuously steamed.
  • the grinding disc spacing and thus the thickness of the grinding gap 5 was set to 0.1 mm.
  • the material was fed through the hopper 7 to the grinding unit, shredded and discharged by centrifugal forces at the lower end of the housing 4 Refmergephaseuses 4 via the outlet.
  • the residence time of the material in the Refmer 1 was from the
  • the produced wet compound was heavily fiberized compared to the starting material.
  • the polymer was heavily comminuted compared to the starting material and not visible to the naked eye. Signs of molten polymer were visually recognizable. Subsequent separation of wood and thermoplastic (e.g., by slurrying) was no longer possible.
  • the material was previously mixed by hand with the addition of water and then added to the digester 12. Prior to defibering, the materials were added for up to 10 minutes Heated to 125 ° C and 145 ° C. The disc distance of the rhombus was set to 0.1 mm. After heating, the material mixture was transported by steam pressure (manually controllable), starting from the digester, as well as a screw conveyor between the refracting discs, there frayed and discharged by centrifugal force tangentially through a valve opening (10 mm).
  • thermoplastic is apparently shredded and inseparably bonded to the wood fiber.
  • HDPE Density 0.954 g / cm 3 3.3 3.3 30 Sabic TC 3054 Melting temperature: 132 ° C
  • Fi / Ta wood chips fraction 5.5 50 10 min.
  • Type Rettenmaier FS 14 2.5-4.0 mm at 125 ° C
  • HDPE Density 0.954 g / cm 3 50 Sabic TC 3054 Melt Temp .: 132 ° C
  • Fi / Ta wood chips fraction 70 10 min.
  • Type Rettenmaier FS 14 2.5-4.0 mm at 145 ° C PP density: 0.905 g / cm 3
  • Fi / Ta wood chips fraction Type: Rettenmaier FS 14 2,5-4,0 mm

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lignocellulose-Kunststoff- Verbundwerkstoffs. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte, insbesondere einfachere und kostengünstigere Möglichkeit zur Herstellung von Lignocellulose-Kunststoff-Verbundwerkstoffen bereit zu stellen. Zur Lösung der Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Lignocellulose-Kunststoff-Verbundwerkstoffs bereit, wobei a. Thermoplastpartikel und eine Mischung aus Wasser und lignocellulosehaltigen Partikeln und Thermoplastpartikeln einem Refiner zugeführt werden,und b. die lignocellulosehaltigen Partikel im Refiner zerfasert werden, und wobei die Thermoplastpartikel dem Refiner auf-oder angeschmolzen zugeführt oder im Refiner auf-oder angeschmolzen werden, so dass die auf-oder angeschmolzenen Thermoplastpartikel und die zerfaserten lignocellulosehaltigen Partikel im Refiner Materialverbundpartikel bilden.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES LIGNOCELLULOSE-KUNSTSTOFF- VERBUND WERKSTOFFS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lignocellulose-Kunststoff- Verbundwerkstoffs und einen dadurch hergestellten oder herstellbaren Lignocellulose- Kunststoff- Verbundwerkstoff.
Lignocellulosehaltige Rohstoffe, wie z.B. Holz, Bambus oder verschiedene Naturfasern werden immer häufiger als Verstärkungs- oder Füllkomponente in Kompositwerkstoffen eingesetzt. Dieses geschieht sowohl auf Grund einer Rohstoffverknappung als auch aus Gründen der
Nachhaltigkeit. Zusätzlich dazu, werden spezielle Materialeigenschaften wie erhöhte Steifigkeit und Wärmeformbeständigkeit erreicht. So genannte„Wood-Plastic-Composites" (WPC) oder naturfaserverstärkte Komposite (NFK) finden hauptsächlich in der Bauindustrie (z.B. beim Terrassenbau) oder der Automobilindustrie (z.B. bei Innentürverkleidugen) Anwendung. 2012 hatten WPC und NFK bereits einen Marktanteil von 15% (352000 t) an den in Europa hergestellten Kompositwerkstoffen. Es wird jedoch ein weiterer starker Anstieg der
Produktionsmenge erwartet. In bestimmten Anwendungsbereichen, wie dem
Konstruktionsbereich oder der Automobilindustrie wird teilweise sogar eine Verdoppelung der Produktion erwartet (Carus und Eder 2014, Wood-Plastic Composites (WPC) and Natural Fibre Composites (NFC): European and Global Markets 2012 and Future Trends). Anlass für diese Prognosen ist eine steigende Nachfrage an Werkstoffen, die auf Basis nachwachsender
Rohstoffe produziert werden.
Zur Herstellung von Lignocellulose-Kunststo ff- Verbund- bzw. Kompositwerkstoffen, abgekürzt auch LKC, (Compounds), ist bekannt, dass vorzugsweise Extruder, im speziellen gleichläufige Doppelschneckenextruder, aber auch Innenmischkneter oder Stempelkneter eingesetzt werden. Dafür müssen die Einzelkomponenten (Lignocellulose, Kunststoff und gegebenenfalls Additive) vor der Extrusion in mehreren Verfahrensschritten getrocknet und dosierfähig aufgearbeitet werden. Nach einer meist energieintensiven Aufbereitung (Mahlen) werden die Materialen durch entsprechende Vorrichtungen dem Schneckenkanal des Extruders zugeführt, im Schneckenkanal aufgeschmolzen und vermengt und am Ende des Prozesses durch eine Düse ausgetragen, abgekühlt und zu Granulaten zerkleinert. Bei der Herstellung von LKC mit einem Extruder oder Innenmischkneter, wurden in
verschiedenen Veröffentlichungen Refiner-Fasern (PvMP = Refiner mechanical pulp, TMP = thermomechanical pulp, CTMP = chemothermo mechanical pulp) als Verstärkungselement in einer thermoplastischen Matrix eingesetzt (Lerche, Henrik; Benthien, Jan T.; Schwarz, Katrin U.; Ohlmeyer, Martin, 2013, Effects of Defibration Conditions on Mechanical and Physical Properties of Wood Fiber/High-Density Polyethylene Composites. In: Journal of Wood
Chemistry and Technology 34 (2), 98-110; Peltola, H.; Laatikainen, E.; Jetsu, P., 2011, Effects of physical treatment of wood fibres on fibre morphology and biocomposite properties. In: Plastics, Rubber and Composites 40 (2), 86-92).
Die Ergebnisse der veröffentlichten Untersuchungen zeigen, dass durch die Verwendung von Refiner-Fasern die Festigkeiten des Kompositwerkstoffs erheblich verbessert werden. Grund dafür ist neben einem guten Länge-zu-Durchmesser- Verhältnis (L/D-Verhältnis) der Fasern eine große Faseroberfläche. Eine vergrößerte Faseroberfläche erhöht die Kontaktfläche an ein aufgeschmolzenes Polymer und verbessert so die Festigkeitseigenschaften des
Kompositwerkstoffes. Bisher konnten solche Compounds mit Refmerfasern jedoch nur in kleinen Mengen durch die Kombination mehrerer Verfahrensschritte hergestellt werden. Eine direkte Compoundierung von Fasern war bisher nicht möglich. Die Gründe dafür sind folgende:
- Schüttgewicht: Refmerfasern und Fasern im Allgemeinen haben eine sehr geringe
Schüttdichte. Der Grund dafür ist, dass die Fasern sich gegenseitig auf Distanz halten und so sehr viel Luft dazwischen enthalten ist. Die Luft verursacht Probleme in den nachfolgenden Prozessen, da sie während der Verarbeitung aus dem Werkstoff entfernt werden muss. Das bedeutet, dass Prozesse langsamer sind (weniger Durchsatz) und größeren technischen
Aufwand benötigen, z.B. mehr und größere Entgasungsöffnungen. Ein Ansatz zur Lösung dieses Problems stellt das Pelletieren der Fasern dar. Dabei werden die Fasern durch eine Matrize gepresst und so verdichtet, dass ein rieselfähiger Stoff entsteht. Die Herstellung von Pellets ist neben zusätzlichen Kosten und einem weiteren Verfahrensschritt auch mit einer Faserkürzung verbunden, die durch das Pressen durch die Matrize erfolgt. Eine solche
Faserkürzung wirkt sich negativ auf die Festigkeitseigenschaften des Komposits aus
(Bengtsson, Magnus; Le Baillif, Marie; Oksman, Kristiina, 2007, Extrusion and mechanical properties of highly filled cellulose fibre-polypropylene composites. In: Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 38 (8), 1922-1931). Zusätzlich entstehen dabei
Agglomerate, die sich nicht mehr ausreichend mit dem Polymer dispergieren (mischen) lassen. Eine industrielle Produktion, in der pelletierte Fasern eingesetzt werden, ist nicht bekannt.
- Feuchtigkeit: Generell muss lignocellulosehaltiges Material vor der thermoplastischen Verarbeitung technisch getrocknet werden, da zu hohe Feuchtigkeiten einerseits zu schwer kontrollierbaren Prozessen führen (plötzlicher Wasserdampfaustritt) und anderseits das enthaltene Wasser mit hohem Energieaufwand verdampft werden muss. Die Lignocellulosen nehmen auf Grund ihrer hygroskopischen Eigenschaften Feuchtigkeit aus der Umgebung auf, so dass selbst nach dem Trocken wieder Feuchtigkeit in das Komposit gelangt. Das bedeutet, dass auch nach einer Trocknung Wasser vom Material aufgenommen wird, das während des Verarbeitungsprozesses erneut verdampft werden muss. - Dosierfähigkeit: Auf Grund des geringen Schüttgewichtes halten sich die Fasern gegenseitig auf Distanz und verhaken sich gegenseitig wodurch eine Dosierung in einen kontinuierlichen Verarbeitungsprozess verhindert wird. Durch eine Materialtrocknung verringert sich die Flexibilität von Refmerfasern, d.h. sie werden steifer und neigen dazu, sich zusätzlich ineinander zu verhaken. Tritt dies ein, kommt es am Materialeinzug vermehrt zu
Brückenbildung, die ein selbständiges Weiterfördern verhindert.
- Agglomeratbildung: Bedingt durch den Trocknungsprozess bilden sich auch aus feinteiliger, z.B. gemahlener bzw. faserförmiger Lignocellulose Agglomerate. Diese Agglomerate weisen eine so hohe innere Festigkeit auf, dass sie nicht wieder durch die nachfolgenden
Compoundierprozesse aufgelöst werden können. Dadurch entstehen im Compound und im Endprodukt Agglometrate, die das Aussehen und auch die technischen Eigenschaften des Compounds negativ beeinflussen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte, insbesondere einfachere und kostengünstigere Möglichkeit zur Herstellung von Lignocellulose- Kunststoff- Verbundwerkstoffen bereit zu stellen. Zur Lösung der Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Lignocellulose-Kunststoff- Verbundwerkstoffs bereit, wobei
a. Thermoplastpartikel und eine Mischung aus Wasser und lignocellulosehaltigen Partikeln einem Refmer zugeführt werden, und
b. die lignocellulosehaltigen Partikel im Refmer zerfasert werden,
und wobei die Thermoplastpartikel dem Refmer auf- oder angeschmolzen zugeführt oder im Refmer auf- oder angeschmolzen werden, so dass die auf- oder angeschmolzenen
Thermoplastpartikel und die zerfaserten lignocellulosehaltigen Partikel im Refmer
Materialverbundpartikel bilden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden lignocellulosehaltige Rohstoffe in Form von beispielsweise Fasern, Spänen, Schnitzeln oder Mehl und fließfähige thermoplastische
Kunststoffe einem Refmer zugeführt. Im Refmer werden die Thermoplastpartikel im an- oder aufgeschmolzenen Zustand mit zerfaserten Lignocellulose-Partikeln zu einem
Verbundwerkstoff vermengt. Thermoplast und lignocellulosehaltiges Material werden dabei in einem Prozess so vermengt, dass ein Kompositprodukt (Compound) zur vorzugsweise direkten Weiterverarbeitung in nachfolgenden thermoplastischen Prozessen entsteht. Die vorliegende Erfindung ermöglicht damit erstmals eine Feuchtcompoundierung von Thermoplasten und lignocellulosehaltigem Material.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine mehrfache Trocknung vermieden werden und eine Compoundierung von Thermoplast und Lignocellulose ohne zusätzliche Faserzerstörung erreicht werden. Das so hergestellte Compound kann mit herkömmlichen
Formgebungsverfahren wie z.B. thermoplastischer Technologie (Extrusion, Spritzguss, Pressverfahren) weiter verarbeitet werden. Darüber hinaus sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren größere Durchsätze (Produktionsmengen) realisierbar als bei einem traditionellen Compoundierprozess.
Unter einem„Verbundmaterial", auch„Kompositmaterial" oder„Compound", wird ein Material aus zwei oder mehr mittels Stoff- oder Formschluss oder einer Kombination davon verbundenen Materialien verstanden. Dabei hat das Verbundmaterial andere, meist bessere, Materialeigenschaften als seine einzelnen Komponenten. Unter einem„Lignocellulose- Kunststoff- Verbundwerkstoff ' wird hier ein Verbundwerkstoff aus ein oder mehreren
Kunststoffen, insbesondere einem Thermoplasten, und einem lignocellulosehaltigen Material verstanden. Unter dem Begriff„lignocellulosehaltiges Material", gegebenenfalls synonym auch als
„Lignocellulose-Material" bezeichnet, wird hier vorzugsweise ein Material verstanden, das aus Cellulose, Hemicellulose und Lignin in unterschiedlichen Anteilen besteht. Der Begriff umfasst jedoch nicht nur ein Material, das überwiegend oder vollständig aus Lignocellulose besteht. Vielmehr umfasst der Begriff auch ligninfreie Hemicellulose-/Cellulosefasern, wenn das Lignin durch einen entsprechenden chemischen Aufschluss ganz oder teilweise entfert wurde (CTMP, Zellstoff oder Halbzellstoff). Der Begriff umfasst darüber hinaus auch Materialien, die neben Lignocellulose, Hemicellulose und/oder Cellulose auch noch weitere Bestandteile enthalten.
Der Begriff„lignocellulosehaltige Partikel" bezeichnet Partikel aus lignocellulosehaltigem Material. Beispiele für lignocellulosehaltige Partikel sind Holsspäne, Holzhackschnitzel, Holzfasern und Holzmehl.
Unter einer„Mischung aus Wasser und lignocellulosehaltigen Partikeln" wird eine Mischung aus lignocellulosehaltigen Partikeln und hinzugefügtem Wasser verstanden, insbesondere eine Mischung aus lignocellulosehaltigen Partikeln, z.B. Holzpartikeln, und Wasser, wobei der
Wasseranteil über der Fasersättigung der lignocellulosehaltigen Partikel, z.B. der Holzpartikel, liegt. Der Begriff umfasst auch Mischungen, die neben Wasser und lignocellulosehaltigen Partikeln weitere Bestandteile enthalten. Insbesondere bezieht sich der Begriff jedoch auf Mischungen, die nur Wasser und lignocellulosehaltige Partikel enthalten. Unter einer „wässrigen Suspension aus lignocellulosehaltigen Partikeln und Thermoplastpartikeln" wird eine Suspension aus in Wasser suspendierten lignocellulosehaltigen Partikeln und
Thermoplastpartikeln verstanden. Die Suspension kann beispielsweise auch Additive, beispielsweise Gleitmittel, Haftvermittler oder dergleichen enthalten. Unter einem„Refmer" wird eine Mahl- bzw. Zerkleinerungsvorrichtung verstanden, die üblicherweise in der Zellstoff- und/oder Holzwerkstoffindustrie eingesetzt wird und dabei der Mahlung oder Zerfaserung von Lignocellulosematerial, zur Herstellung von Faserstoffen dient. Die Lignocellulose wird dem Refiner in der Regel in Form von Hackschnitzel, Sägespänen oder Faserstoffen zugegeben. In der Regel weisen Refiner einen statischen Mahlkörper (Stator) und einen rotierenden Mahlkörper (Rotor) auf. Unter einem„Scheibenrefmer" wird ein Refiner mit gegenüberliegenden Mahlscheiben verstanden, zwischen denen ein Mahlspalt gebildet ist, in dem das Mahlgut zermahlen wird. Dabei rotiert meist eine Mahlscheibe (Rotor) im Verhältnis zu einer zweiten festen Mahlscheibe (Stator). Der Begriff umfasst auch Refiner mit mehr als zwei Mahlscheiben, z.B. Doppelscheibenrefmer mit doppelter Mahlgarnitur und zwei
Mahlspalten. Die Mahlscheiben sind regelmäßig mit Zerkleinerungseinrichtungen, z.B.
unterschiedlich über den Radius verteilten Segmenten (Stegen) versehen. Das zu mahlende Gut wird beispielsweise durch eine Stopfschnecke in das Zentrum der Mahlscheiben gefördert, um dann schließlich durch den Rotor und die entstehenden Zentrifugalkräfte an die Außenseite des Gehäuses gefördert zu werden. In Abhängigkeit vom Mahlscheibenabstand und der
Mahlscheibengarnitur entstehen Kompressions- und Friktionskräfte, die eine Mahlung des Materials hervorrufen (Gharehkhani, Samira; Sadeghinezhad, Emad; Kazi, Salim Newaz;
Yarmand, Hooman; Badarudin, Ahmad; Safaei, Mohammad Reza; Zubir, Mohd Nashrul Mohd, 2015, Basic effects of pulp refining on fiber properties - a review, In: Carbohydr Polym 115, 785-803) und einen wesentlichen Einfluss auf die Materialeigenschaften haben. Der
Materialaustrag erfolgt durch radial oder tangential angeordnete Öffnungen am Refiner- Gehäuse. Im Industrieprozess wird das Material häufig kontinuierlich dem Refiner zu- und abgeführt.
Unter einem„Thermoplasten" ist hier ein thermoplastisches Polymer oder eine Mischung aus thermoplastischen Polymeren zu verstehen. Thermoplaste sind Kunststoffe, die sich in einem bestimmten Temperaturbereich (thermo-plastisch) reversibel verformen lassen. Beispiele für Thermoplasten sind Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamid (PA), Polylactat (PLA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polystyrol (PS), Polyetheretherketon (PEEK), thermoplasische stärke (TPS) oder Polyvinylchlorid (PVC). Der Ausdruck„auf- oder angeschmolzen" in Bezug auf Thermoplastpartikel bedeutet, dass diese zumindest teilweise an Ihrer Oberfläche oberhalb ihrer Glasübergangstemperatur erhitzt wurden, so dass die Partikel zumindest in einem Teilbereich ihrer Oberfläche mindestens zähflüssig sind.
Das Mengenverhältnis zwischen Thermoplast- und Lignocellulose-Material ist variabel. Der Lignocellulose- Anteil leigt vorzugsweise zwischen 10 und 90 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt zwischen 20 und 80 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 30 und 70 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Compounds.
Die Thermoplastpartikel können entweder erst im Refiner auf- oder angeschmolzen werden, beispielsweise durch dort entstehende Scherkräfte und/oder eine Beheizung des Reimers, oder dem Refiner bereits in auf- oder angeschmolzenem Zustand zugeführt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die
Thermoplastpartikel zumindest vorwiegend erst im Refiner auf- oder angeschmolzen. Der Refiner kann hierzu entsprechende Heizvorrichtungen aufweisen bzw. durch entsprechende Heizvorrichtungen aufgeheizt werden. Beispielsweise kann eine elektrische Beheizung einer Mahlgarnitur, beispielsweise einer oder beider Mahlscheiben im Falle eines Scheibenrefmers, vorgenommen werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Refiner durch Heißdampf geheizt werden. Die gegebenenfalls bereits auf- oder angeschmolzen Thermoplastpartikel und die Mischung aus Wasser und lignocellulosehaltigen Partikeln können dem Refiner getrennt oder gemeinsam zugeführt werden. Beispielsweise können die, gegebenenfalls bereits auf- oder
angeschmolzenen, thermoplastischen Partikel separat vor dem Refiner einer Mischung aus Wasser und lignocellulosehaltigen Partikeln zugegeben und dem Refiner gemeinsam mit der Mischung aus dem Wasser und den lignocellulosehaltigen Partikeln zugeführt werden. Die, gegebenenfalls bereits auf- oder angeschmolzenen, thermoplastischen Partikel und die
Mischung aus Wasser und lignocellulosehaltigen Partikeln können dem Refiner jedoch auch separat zugeführt und erst im Refiner zusammengebracht werden. Es ist jedoch bevorzugt, die Thermoplastpartikel und die Mischung aus Wasser und lignocellulosehaltigen Partikeln dem Refiner gemeinsam zuzuführen. Dabei können die Thermoplastpartikel gegebenenfalls durch geeignete Mittel auf- oder angeschmolzen werden, bevor sie der Mischung aus Wasser und lignocellulosehaltigen Partikeln, vorzugsweise kurz vor dem Refiner, zugegeben werden. In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine wässrige Suspension aus lignocellulosehaltigen Partikeln und Thermoplastpartikel dem Refiner zugeführt, werden die Thermoplastpartikel im Refiner auf- oder angeschmolzen und die lignocellulosehaltigen Partikel zerfasert, so dass die auf- oder angeschmolzenen Thermoplastpartikel und die zerfaserten lignocellulosehaltigen Partikel im Refiner Materialverbundpartikel bilden.
Vorzugsweise liegt die Temperatur im Refiner bei oder oberhalb der Glasübergangstemperatur der Thermoplastpartikel. Sofern eine Mischung verschiedener Thermoplasten mit
unterschiedlichen Glasübergangstemperaturen in den Thermoplastpartikeln eingesetzt wird, ist es bevorzugt, dass die Temperatur im Refiner bei oder oberhalb der Glasübergangstemperatur des Thermoplasten mit der höchsten Glasübergangstemperatur liegt. Dies ist insbesondere bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt, bei denen die
Thermoplastpartikel erst im Refiner auf- oder angeschmolzen werden. Dies ist aber auch bei Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen die Thermoplastpartikel dem Refiner bereits auf- oder angeschmolzen zugeführt werden, beispielsweise um eine Abkühlung der
Thermoplastpartikel unterhalb der Glasübergangstemperatur im Refiner zu verhindern.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zum Auf- oder Anschmelzen der Thermoplastpartikel erforderliche Wärmeenergie zumindest teilweise durch Scherenergie im Refiner erzeugt. Im bevorzugten Fall der Verwendung eines
Scheibenrefmers beispielsweise kann beispielsweise über die Wahl des Mahlscheibenabstands, der Mahlscheibengarnitur, der Rotationsgeschwindigkeit der Mahlscheibe(n) und der Zufuhr (Art, Druck und Geschwindigkeit des zu zerkleinernden Materials) eine solche Scherenergie erzeugt werden, dass das Thermoplastmaterial an- oder aufgeschmolzen wird und sich beim radialen Durchlaufen entlang der Mahlgarnitur von Stator und Rotor mit dem zerfaserten lignocellulosehaltigen Material verbindet. Die erforderliche Wärmeenergie kann gegebenenfalls ausschließlich durch die entstehende Scherenergie aufgebracht werden. Wie oben angegeben, kann die erforderliche Wärmeenergie aber auch zusätzlich oder ausschließlich durch eine Beheizung der Mahlgarnitur des Reimers bereitgestellt werden, z.B. durch elektrische
Beheizung oder Heißdampf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Refiner ein Scheibenrefmer mit Mahlscheiben, erfolgt die Zufuhr der Thermoplastpartikel und der Mischung aus Wasser und lignocellulosehaltigen Partikeln zentral über eine Mahlscheibe und erfolgt der Austrag der Materialverbundpartikel radial oder tangential in Bezug auf die Mahlscheiben. Auf diese Weise werden Kunststoff und Lignocellulose-Material mittig in den Mahlspalt zwischen den Mahlscheiben eingebracht, die Coumpoundierung (Zerkleinern, Mischen und ggf. Schmelzen) setzt sich radial oder tangential von innen nach außen zum Rand der Mahlscheiben fort, und das entstehende Verbundmaterial wird an den äußeren Rändern der Mahlscheiben abgegeben, wo es aufgefangen und gegebenenfalls weiterbehandelt werden, z.B. von der Suspensionsflüssigkeit abgetrennt werden kann.
Vorzugsweise werden die entstandenen Materialverbundpartikel von überschüssiger Flüssigkeit zumindest größtenteils getrennt. Vorzugsweise handelt es sich bei den lignocellulosehaltigen Partikeln um Holzspäne,
Holzhackschnitzel, Holzfasern oder Holzmehl, oder um ligninfreie Cellulosefasern (CTMP) oder Zellstoffe. Das Verfahren ist dabei nicht auf bestimmte Holzsorten und Holzarten beschränkt. Bei den Thermoplasten kann es sich beispielsweise um Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamid (PA), Polylactat (PLA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polystyrol (PS),
Polyetheretherketon (PEEK), Thermoplastische Stärke (TPS) oder Polyvinylchlorid (PVC), oder eine Mischung davon handeln. Den Thermoplasten können Additive wie beispielsweise Gleitmittel, Haftvermittler etc. zugesetzt sein.
Die Erfindung betrifft auch einen Lignocellulose-Kunststo ff- Verbundwerkstoff, der durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt oder herstellbar ist. Die Erfindung wird im Folgenden rein zu Veranschaulichungszwecken anhand von
angehängten Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Figur 1. Schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 2. Schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer
Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau eines in Ausführungsbeispiel 1 (s. u.) verwendeten Versuchs-Refmers. Bei dem Refmer 1 handelt es sich um einen Scheibenrefmer mit zwei Mahlscheiben 2, 3, die einen Mahlspalt 5 bilden, in einem Gehäuse 4. Die erste Mahlscheibe (Stator-Mahlscheibe) 2 ist fest, die zweite Mahlscheibe (Rotor-Mahlscheibe) 3 rotiert um die Achse 10, wie durch den Pfeil angedeutet. In der hohlen Achse 11 der Stator-Mahlscheibe 2 ist eine Förderschnecke 6 angeordnet, durch die zu zermahlendes Material zentral in den Mahlspalt 5 eingebracht werden kann. Das zu zermahlende Material kann über einen Trichter 7 auf die Förderschnecke 6 aufgegeben werden. Das Gehäuse 4 verfügt an seiner Oberseite über eine Leitung 8, über die Heißdampf in das Innere des Gehäuses 4 geleitet werden kann. Am Boden des Gehäuses 4 ist ein Auslass 9 vorgesehen, über den fertiges Produkt aus dem Gehäuse 4 entnommen werden kann.
Figur 2 zeigt schematisch den Aufbau eines Reimers, wie er im Ausführungsbeispiel 2 verwendet wurde. Der Refmer 1 unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch, dass anstatt eines Trichters 7 ein Kessel 12 verwendet wurde.
Ausführungsbeispiel 1. Für die nachfolgend beschriebenen Versuche wurden ein Low-Density-Polyethylen (LDPE) und Fichten-Sägespäne zur erfindungsgemäßen Feuchtcompoundierung eingesetzt. Hierbei wurde ein Mischungsverhältnis von 60 % Fichtenspäne und 40 % LDPE (Masseanteile) eingesetzt. Vor dem Zerfasern im Refmer wurden die Sägespäne in einem so genannten Paddelreaktor bei 170 °C für 6 Minuten vorgekocht. Dabei wurden den 5 kg Spänen rund 10 L Wasser zugegeben. Durch eine solche hydrothermische Vorbehandlung wird die Mittellamelle der Holzfasern erweicht, wodurch der Elastizitätsmodul sinkt und die Zerfaserung im Refmer erleichtert wird. Im industriellen Herstellungsprozess, wie z.B. bei der MDF-Herstellung, wird das Vorkochen der Hackschnitzel und die anschließende Zerfaserung in einem kontinuierlichen Prozess durchgeführt. Dabei handelt es sich vom Kocher bis zum Refmer um ein geschlossenes Drucksystem bei Temperaturen von 170°C bis 200 °C bei 6 bis 12 bar. Bei dem hier eingesetzten Versuchs-Refmer handelte es sich dagegegen um ein offenes System, bei dem Temperaturen um 100 °C realisiert werden können. Unmittelbar nach dem Vorkochen der Späne wurde das abgewogene Polymer in Granulat-Form den erweichten Spänen händisch untergemischt und ohne weitere Behandlung (Sieben, Abpressen oder dergleichen) dem Refmer zugeführt. Für ein An- oder Aufschmelzen des Polymers im Refmer 1 wurde der Refmer 1 hier über die Leitung 8 mit Dampf (T ca. 100 °C) beaufschlagt und vorgewärmt (s. Figur 1). Auf Grund des offenen Systems war das Vorheizen des Reimers 1 durch Dampf nur bis zu einer Temperatur von ca. 100 °C möglich. Weiterer Energieeintrag, der ein An- oder Aufschmelzen des Polymers hervorruft, wurde durch Scherenergie in das System eingebracht, die durch die Zerfaserung der Späne und der Polymergranulate erzeugt wurde. Während der Zerfaserung wurde der Refmer 1 durchgehend mit Dampf beaufschlagt.
Für die Zerfaserung und Nasscompoundierung wurde der Mahlscheibenabstand und somit die Stärke des Mahlspalts 5, auf 0,1 mm eingestellt. Nach dem Anschalten des Reimers 1 und des Förderschneckenaggregats wurde das Material über den Trichter 7 dem Mahlaggregat zugeführt, zerfasert und durch Zentrifugalkräfte am unteren Ende des Refmergehäuses 4 über den Auslass 9 ausgelassen. Die Verweilzeit des Materials im Refmer 1 betrug von der
Materialeingabe in den Trichter bis zum Materialauslass 9 um die 10 Sekunden. Die Versuchsparameter für den oben beschriebenen Versuch sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1 Versuchsparamter für Ausführungsbeispiel 1
Versuchsparamter
Material Fichtenspäne u. LDPE
Mischungsverhältnis (Masseanteil) 60 % Fichten-Späne
40 % LDPE Refiner Sprout- Waldron 12", 3000 min-1
Mahlscheibenabstand 0,1 mm
Mahlscheibenbezeichnung: Andritz R243
Durchsatz ca. 8 kg
Hydrothermische Vorbehandlung Paddelreaktor Herbst Maschinenbau,
Typ: 1203027
T = 170 °C
T = 6 min.
Vorwärmung Refiner mittels Dampf Dampferzeuger: Typ CD9ST Dino, Bremen
4 bar (max. 8 bar)
Dampfauslass: ca. 100 °C
Das hergestellte Feuchtcompound war im Vergleich zum Ausgangsmaterial stark zerfasert. Das Polymer war im Vergleich zum Ausgangsmaterial stark zerkleinert und mit bloßem Auge nicht erkennbar. Anzeichen von angeschmolzenem Polymer waren optisch erkennbar. Eine nachträgliche Trennung von Holz und Thermoplast (z.B. durch Aufschlämmen) war nicht mehr möglich.
Ausführungsbeispiel 2.
Für die nachfolgend beschriebene Versuchsdurchführung wurden Polypropylen (PP) und High- density-Polyethylen zusammen mit Fichte/Tanne Hackschnitzeln erfindungsgemäß
compoundiert. Die Eingangsmaterialfeuchte der Hackschnitzel betrug 13 %. Die einzelnen Versuchsparameter sowie die Materialkompositionen und Spezifikation sind in Tabelle 2 aufgelistst. Für den Versuch wurde ein Druck-Refiner 1 vom Typ: Sprout- Waldron 12" mit einem vorgeschalteten Kocher 12 (Volumen 55 1) eingesetzt (s. Figur 2). Durch einen Druck- Refiner 1 , wie in der beschriebenen Versuchsdurchführung verwendet, ist es möglich, industrienahe Bedingungen über einen im Vergleich zu Ausführungsbeispiel 1 längeren Zeitraum abzubilden.
Das Material wurde vorab händisch unter Zugabe von Wasser vermengt und anschließend in den Kocher 12 gegeben. Vor der Zerfaserung wurden die Materialien für bis zu 10 Minuten bei 125°C und 145 °C aufgeheizt. Der Scheibenabstand des Reimers wurde auf 0,1 mm eingestellt. Nach dem Aufheizen wurde das Materialgemisch durch Dampfdruck (händisch steuerbar), vom Kocher ausgehend, sowie einer Förderschnecke zwischen die Refmerscheiben transportiert, dort zerfasert und durch Zentrifugalkräfte tangential durch eine Ventilöffnung (10 mm) ausgelassen.
Unmittelbar hinter dem Durchlassventil kommt es zu einer schlagartigen Verdampfung des im Material befindlichen Wassers, was zu einer Trocknung des Materials führt. Die
Materialfeuchte unmittelbar nach Materialauslass betrug 35-40 %. Das Material ist
augenscheinlich, im Vergleich zum Ausgangsmaterial (Hackschnitzel, Granulate), stark zerfasert. Die Fasergeometrie ist mit der von MDF-Fasern zu vergleichen. Der Thermoplast ist augenscheinlich zerfasert und untrennbar mit dem Holzfasern verbunden.
Tabelle 2 Versuchsparamter für Ausführungsbeispiel 1. Fi = Fichte, Ta = Tanne, Spezifik. = Spezifikation, PP = Polypropylen, HDPE = Hochdichte-Polyethylen. Unter„Fraktion" sind die Partikelgrößen-Bereiche angegeben.
Versuch Material Spezifik. Verhältnis Aufheizen Nr. trocken t u T
(kg) (%) (min. u °C)
Fi/Ta-Hackschnitzel Fraktion: 7,70 70 10 min Typ: Rettenmaier FS 14 2,5-4,0 mm bei 125 °C
HDPE Dichte: 0,954 g/cm33,3 3,3 30 Sabic TC 3054 Schmelztemp.: 132°C
MFI: 30 g/10 min.
Fi/Ta-Hackschnitzel Fraktion: 5,5 50 10 min. Typ: Rettenmaier FS 14 2,5-4,0 mm bei 125°C
HDPE Dichte: 0,954 g/cm3 50 Sabic TC 3054 Schmelztemp.: 132°C
MFI: 30 g/10 min.
Fi/Ta-Hackschnitzel Fraktion: 70 10 min. Typ: Rettenmaier FS 14 2,5-4,0 mm bei 145°C PP Dichte: 0,905 g/cm3
Sabic, PP 575p Schmelzten^.: 160°C
MFI: 10,5 g/10 min.
Fi/Ta-Hackschnitzel Fraktion: Typ: Rettenmaier FS 14 2,5-4,0 mm
PP Dichte: 0,905 g/cm3
Sabic, PP 575p Schmelztemp.: 160°C
MFI: 10,5 g/10 min.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung eines Lignocellulose-Kunststoff- Verbundwerkstoffs, wobei a. Thermoplastpartikel und eine Mischung aus Wasser und lignocellulosehaltigen Partikeln einem Refiner zugeführt werden, und
b. die lignocellulosehaltigen Partikel im Refiner zerfasert werden,
und wobei die Thermoplastpartikel dem Refiner auf- oder angeschmolzen zugeführt oder im Refiner auf- oder angeschmolzen werden, so dass die auf- oder angeschmolzenen Thermoplastpartikel und die zerfaserten lignocellulosehaltigen Partikel im Refiner Materialverbundpartikel bilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Thermoplastpartikel und die Mischung aus Wasser und lignocellulosehaltigen Partikeln dem Refiner getrennt oder gemeinsam, vorzugsweise gemeinsam, zugeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Thermoplastpartikel im Refiner auf- oder
angeschmolzen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei eine wässrige Suspension aus lignocellulosehaltigen Partikeln und Thermoplastpartikeln dem Refiner zugeführt wird, und im Refiner die Thermoplastpartikel auf- oder angeschmolzen und die lignocellulosehaltigen Partikel zerfasert werden, so dass die auf- oder angeschmolzenen Thermoplastpartikel und die zerfaserten lignocellulosehaltigen Partikel im Refiner Materialverbundpartikel bilden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur im Refiner bei oder oberhalb der Glasübergangstemperatur der Thermoplastpartikel liegt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zum Auf- oder
Anschmelzen der Thermoplastpartikel erforderliche Wärmeenergie zumindest teilweise durch Scherenergie im Refiner erzeugt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Refiner ein Scheibenrefmer mit Mahlscheiben ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Zufuhr der Thermoplastpartikel und der Mischung aus Wasser und lignocellulosehaltigen Partikeln zentral über eine Mahlscheibe und der Austrag der Materialverbundpartikel radial oder tangential in Bezug auf die Mahlscheiben erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei den
lignocellulosehaltigen Partikeln um Holzpartikel, bevorzugt Holzspäne,
Holzhackschnitzel, Holzfasern oder Holzmehl, oder um ligninfreie Cellulosefasern (CTMP) oder Zellstoffe handelt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei den
Thermoplastpartikeln um Partikel aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Acrylnitril- Butadien-Styrol (ABS), Polyamid (PA), Polylactat (PLA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polystyrol (PS),
Polyetheretherketon (PEEK), Thermoplastische Stärke (TPS) oder Polyvinylchlorid (PVC) oder eine Mischung davon handelt.
11. Lignocellulose-Kunststoff- Verbundwerkstoff, hergestellt oder herstellbar durch ein
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
PCT/DE2016/200380 2015-09-14 2016-08-16 Verfahren zur herstellung eines lignocellulose-kunststoff-verbundwerkstoffs WO2017045676A1 (de)

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