GLIENKE PETER O (DE)
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DATABASE WPI Week 1994 Thomson Scientific, London, GB; AN 1994-114023 [14] XP002488646 "Speaker box giving good sound reproduction, appearance - includes front plate section of polypropylene-based resin compsn. contg. organic-based filler and micro-hollow bodies" -& JP 06 062485 A (SONY CORP, TOKAI RUBBER IND LTD,) 4. März 1994 (1994-03-04)
Patentansprüche
1. Werkstoff zur Herstellung eines Formkörpers, welcher ein wärme- und/oder druckaktivierbares Polymer und wenigstens einen Füllstoff aufweist, wobei er zehn bis neunzig Gewichtsprozent Coir Fibre Pith (CFP) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Coir Fibre Pith wenigstens zu zwanzig Prozent, insbesondere wenigstens vierzig Prozent, vorzugsweise wenigstens sechzig Prozent aus Teilchen besteht mit einer Teilchengröße von fünfzig bis fünftausend Mikrometer.
2. Werkstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet dass er wenigstens eine Ligninverbindung oder Ligninderivat aufweist, wobei die Ligninverbindung vorzugsweise ein Cafciumhydroxid-Ligninsulfonat- Komplex ist und/oder ein Umsetzungsprodukt auf der Basis eines Calcium- hydroxid-Ligninsulfonat-Komplexes ist und/oder eine Ligninverbindung aus Calcium- und/oder Magnesiumligninsulfonaten ist, die durch Umsetzung mit Erdalkalioxiden, vorzugsweise mit Calciumoxid und/oder Calcium- Magnesiumoxid (Dolomitbranntkalk) entsteht
3. Werkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er Bindemittel und/oder andere Additive aufweist.
4. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er fünf bis fünfzig Gewichtsprozent Kokosfasem, vorzugsweise mit einer Länge von drei bis fünfundzwanzig Millimeter enthält.
5. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er fünf bis sechzig Gewichtsprozent gemahlene Kokosnussschale, vorzugsweise mit einer Teilchengröße kleiner als 1000 Mikrometer enthält.
6. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er fünf bis fünfzig Gewichtsprozent expandiertes Perlit aufweist.
7. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er ein bis vierzig Gewichtsprozent hochporöse Polymere mit einem Porenvolumen von mindestens dreißig Prozent, vorzugsweise mehr als fünfzig Prozent aufweist.
8. Werkstoff nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Poren oder Zellen des expandierten Perlits beziehungsweise der hochporösen Polymere Bindemittel, Haftvermittler und/oder Additive eingelagert sind.
9. Werkstoff nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das expandierte Perlit beziehungsweise die hochporösen Polymere mit Bindemittel, Haftvermittler und/oder Additiven ummantelt ist beziehungsweise sind.
10. Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
ANY REFERENCE TO FIGURES SHALL BE CONSIDERED
NON-EXISTENT |
Werkstoff zur Herstellung eines Formkörpers sowie Formkörper
Die Erfindung betrifft einen Werkstoff nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Herstellung eines Formkörpers, welcher ein wärme- und/oder druckaktivierbares Polymer und wenigstens einen Füllstoff aufweist, wobei unter Formkörper nicht nur Fertigprodukte wie beispielsweise Gebrauchsgegenstände, sondern auch Vorbeziehungsweise Zwischenprodukte wie beispielsweise so genannte Pellets, Tabletten oder Granulat verstanden werden, welche zur Weiterverarbeitung zu Fertigprodukten vorgesehen sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Formkörper.
In jüngster Zeit werden immer mehr Gegenstände nicht nur aus reinem Polymer hergestellt, sondern aus einer Mischung von Polymer und einem aus Holzfasern beziehungsweise Holzpartikeln beziehungsweise Holzmehl bestehenden Füllstoff. Dieser unter dem Namen Wood Plastic Composites (WPC) bekannte Werkstoff hat zwar viele Vorteile, hat aber inzwischen auch den Nachteil, dass es teurer geworden ist, da Holz inzwischen als Rohstoff in vielen Bereichen Anwendung findet und daher knapp geworden ist. So hat die Nachfrage nach dem Rohstoff Holzmehl beziehungsweise Holzfaserstoff in letzter Zeit enorm zugenommen, da dieser Rohstoff als Energieträger für Heizzwecke in Form von Holzpellets Verwendung findet. Dies hat zu enormen Preissteigerungen und zu einer Verknappung des Rohstoffs Holz geführt. Hinzu kommt der weltweit steigende Bedarf an Holz für die Zellstoffgewinnung.
Da bei den WPC die Bindung zwischen den Polymeren mit den Holzstoffen häufig nicht ausreichend ist, wird der Mischung aus thermoplastischen Polymeren und den Holzstoffen ein Bindemittel als Haftvermittler wie beispielsweise Polyesterharze, Acrylharze und Maleinsäureverbindungen zugefügt. Unter Einwirkung von Hitze und Druck kann diese Mischung dann zu WPC umgeformt werden. Die
Zugabe der Bindemittel oder Haftvermittler ist sehr aufwendig und stellt daher einen großen Kostenfaktor dar, wodurch sich die Endprodukte verteuern.
Aus der KR 1019950003998 B1 (Korean Patent Abstracts) ist ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers bekannt, bei welchem Mark der Kokosfaser (Pith) und wärmeaktivierbares synthetisches Harz mittels eines Bindemittels ausgehärtet werden. So ist bekannt, dass hundert Teile puderförmiges Pith einer Kokosnuss- schale, fünf bis fünfzig Teile harzförmiges Bindemittel und ein wärmeaktivierbares synthetisches Harz miteinander gemischt und zu blattförmigen Formkörpern geformt werden.
Des Weiteren ist aus Chandran, K. R.; Kuriakose, A. P.: Utilization of Coconut Pith and Coir Waste as a Filier in Natural Rubber Vulcanizates, in: KGK Kautschuk Gummi Kunststoffe, 1995, Jg. 48, Heft 1, S. 29-33, die Verwendung von Coir- Fiber-Pith als Füllstoff in Vulkanisierungsprodukten aus natürlichem Gummi bekannt.
Weiterhin ist aus der GB 399,277 A ein Verfahren zum Herstellen von Produkten bekannt, bei dem Kokosfaser-Abfallstoffe und Pith getrocknet und auf eine passende Korngröße oder zu einem feinen Puder vermählen werden, das mit einem zusätzlichen Füllmaterial vermischt wird, wie beispielsweise pulverisierten Nussschalen oder dergleichen. Die Masse wird dann in eine Lösung aus indischem Latexgummi mit einem Anteil von zehn bis dreißig oder mehr Gewichtsprozent eingebracht. Nach gründlicher Durchmischung wird die Masse auf eine plastische Konsistenz reduziert, die ein Einfüllen oder Einpressen in Formkörper oder ein Einbringen zwischen Platten oder Rollen ermöglicht.
Darüber hinaus ist aus der US 2002/0040557 A1 ein Paneel bekannt, welches natürliche Fasern und ein Polymer aufweist. Die Fasern können aus dem Mark der Kokosnuss (Coir Pith) gewonnen werden.
Des Weiteren ist aus der US 2006/0205846 A1 ein Verfahren zur Erzeugung unterschiedlicher Farben in einem extrudierten Produkt bekannt, bei dem das Material aus Fasern, einem Harz und einem Farbmittel besteht. Die Fasern können Kokosfasern sein. Das Harz kann ein thermoplastisches Polymer sein.
Des Weiteren ist aus der WO 96/13365 A1 ein Material bekannt, welches aus den Abfällen der Kokosnuss hergestellt wird. Das Material ist aus kleinen „Pith"- Teilchen, pflanzlichen Stoffen, die zwischen den Kokosnüsse umgebenden Fasern geformt werden, hergestellt und hat eine Größe von 0,2 bis 2 mm and eine korkähnliche Struktur. Die Teilchen werden mit einem Bindemittel überzogen und polymerisiert. Die kleinen Pith-Teilchen können dann mit kurzen und/oder langen Kokosnussfasern gemischt werden und/order mit fein vermahlenen Kokosnuss- schalen.
Darüber hinaus ist aus der FR 2 729452 A1 die Herstellung eines Produkts bekannt, bei welchem das Objekt hergestellt wird durch Heißpressen in einem Formkörper bei einhundert bis zweihundert Grad und einem Druck größer als fünfzig Bar für 0,5 bis 10 Minuten, wobei die Zusammensetzung des Formkörpers eine Mischung enthält, die durch ein Vermischen im Kaltzustand von (a) einhundert Gewichtsanteilen eines aus Partikeln bestehenden Festkörpers, der mindestens zehn Gewichtsprozent Kokosnussmark enthält, mit einem Rest, der im wesentlichen aus anderem Kokosnussgewebematerial und/oder festen Füllstoffen besteht, und (b) fünf bis fünfzehn Anteilen einer flüssigen Zusammensetzung, die zehn bis achtzig Prozent Rizinusöl enthält und den Rest eines Polyurethan- harzprepolymers, das wahlweise ein Härtemittel enthält, entsteht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen eingangs genannten Werkstoff sowie Formkörper derart auszubilden, dass sie preiswert herstellbar sind und eine hohe Materialfestigkeit aufweisen.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung weist ein Werkstoff zur Herstellung eines Formkörpers ein wärme- und/oder druckaktivierbares Polymer und wenigstens einen Füllstoff auf, wobei er zehn bis neunzig Gewichtsprozent Coir Fibre Pith (CFP) enthält. Der Werkstoff ist dadurch gekennzeichnet, dass das Coir Fibre Pith wenigstens zu zwanzig Prozent, insbesondere wenigstens vierzig Prozent, vorzugsweise wenigstens sechzig Prozent aus Teilchen besteht mit einer Teilchengröße von fünfzig bis fünftausend Mikrometer.
Dadurch, dass der Werkstoff zehn bis 90 Gewichtsprozent CFP enthält, kann auf einen aus einem Holzstoff bestehenden Füllstoff verzichtet werden. Dies wirkt sich äußerst vorteilhaft auf die Herstellungskosten aus. Denn CFP ist ein nachwachsender Rohstoff, der bei der Fasergewinnung aus den äußeren Fruchtschalen der Kokosnuss (lateinische Bezeichnung: „cocos nucifera") jedes Jahr in Millionen von Tonnen anfällt und bisher nicht oder nur in geringem Umfang genutzt wird. Die äußere Fruchtschale der Kokosnuss wiegt etwa fünfhundert Gramm und besteht zu etwa dreißig Prozent aus Kokosfasern und zu etwa siebzig Prozent aus CFP.
CFP kann dadurch gewonnen werden, dass die äußere Schale der Kokosnuss (HUSK) entfasert wird. Durch das Entfasem fällt CFP an. Des Weiteren verbleibt eine Rest-HUSK, die aus der dünnen äußeren Haut der Kokosnuss besteht und noch eine etwa fünfzehn bis dreißig Millimeter dicke Schicht mit einer faserartigen Struktur und CFP aufweist. Diese Rest-HUSK kann gemahlen beziehungsweise auf eine Korngröße (Teilchengröße, Agglomeratgröße) von kleiner 5000 Mikrometer, insbesondere auf eine Größe zwischen 100 und 4000 Mikrometer, zerkleinert und als Füllstoff verwendet werden. Die Angabe der Korngröße bezieht sich auf
die allgemein verwendete Angabe der maximalen Erstreckung eines Korns beziehungsweise Teilchens oder Agglomerats.
Darüber hinaus kann auch die nicht entfaserte Kokosnussschale (HUSK) im frischen Zustand oder getrocknet gemahlen beziehungsweise auf eine Größe von kleiner 5000 Mikrometer zerkleinert und als Füllstoff verwendet werden. Hierdurch würde eine Werkstoffmischung entstehen, welche etwa dreißig Prozent gekürzte beziehungsweise gemahlene Kokosfasem enthält und etwa siebzig Prozent CFP aufweist.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass durch die Einwirkung von Druck und Temperatur das im CFP enthaltene Lignin leicht aktiviert und plastifiziert werden kann.
Ein weiterer Vorteil von CFP als Füllstoff ist, dass dieser nicht verrottet und eine sehr geringe Wasseraufnahme und damit ein sehr geringes Quellvermögen in Wasser hat. Hierdurch erhält ein aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff bestehender Formkörper eine sehr hohe Dimensionsbeständigkeit in der Außenanwendung und bei Einwirkung von Wasser und Feuchtigkeit.
Darüber hinaus hat sich herausgestellt, dass CFP bereits unter Einwirkung von Druck bei Temperaturen ab 120 °C plastifiziert und so zu stabilen Formkörpern führt.
Zur Herstellung eines Formkörpers eignet sich sehr gut eine Mischung aus CFP mit duroplastischen und/oder thermoplastischen Polymeren sowie Copolymeren. Polymere und Copolymere sind organische Stoffe, die polymere Struktur haben. Dies sind insbesondere thermoplastische Polymere, elastomere Polymere, duroplastische Polymere inklusive der Gruppe der so genannten Biopolymere oder
natürliche polymere Verbindungen wie beispielsweise pflanzliches Lignin und Stärkepolymere.
Besonders vorteilhaft ist es, dass die Korngröße beziehungsweise Teilchengröße beziehungsweise Agglomeratgröße des CFP zwischen fünfzig und fünftausend Mikrometer, insbesondere zwischen hundert und viertausend Mikrometer, vorzugsweise zwischen hundert und dreitausend Mikrometer liegt, wobei nicht alle Teilchen des CFP die bevorzugte Größe aufweisen müssen. Hierdurch erhält man eine hochporöse CFP-Matrix, in die sich Polymere einlagern und mit dem CFP unter Einwirkung von Temperatur und/oder Druck innig und unlösbar verbinden. Dies führt zu einer deutlichen Erhöhung der Materialfestigkeit der Formkörper. Das CFP sollte eine Restfeuchte (Wassergehalt) von weniger als drei Gewichtsprozent aufweisen.
Unter Formkörpern werden zwar nicht nur, jedoch insbesondere Gegenstände verstanden, welche unter Wärme- und Druckanwendung geformt werden und dabei aushärten, woraufhin sie Endprodukte bilden.
Vor- beziehungsweise Zwischenprodukte wie beispielsweise Pellets, Tabletten oder Agglomerate können durch herkömmliche Verfahrenstechniken, wie Verpres- sen, Pelletieren mittels Ring- oder Flachmatrixen, Pelletieranlagen oder durch Agglomeration in Heiz-Kühl-Mischeinrichtungen hergestellt werden, wobei die Temperatureinwirkung nur so groß sein darf, dass das im CFP enthaltene natürliche Lignin nicht vollständig aktiviert und/oder ausgehärtet wird. Eine Aktivierung und/oder Aushärtung an der Oberfläche dieser Zwischenprodukte ist jedoch erwünscht. Durch die Steuerung von Druck und Temperatur lässt sich erreichen, dass die äußere Hülle dieser Vor- beziehungsweise Zwischenprodukte so fest ist und die kompaktierten CFP-Teilchen so weit schützt, dass diese auch größeren Transportbelastungen standhalten.
Beispielsweise wird zur Herstellung von Tabletten eine Mischung aus 68,5 Gewichtsprozent CFP mit einer Restfeuchte (Wassergehalt) von kleiner zehn Prozent und mit einer Teilchengröße von kleiner 3000 Mikrometer und dreißig Gewichtsprozent Polyvinylchlorid-Pulver (PVC mit einem K-Wert von siebzig und einem Schmelzpunkt von 172 0 C) sowie 1 ,5 Gewichtsprozent Natriumstearat- Pulver in einem Zwangsmischer bei 20 bis 25 °C intensiv gemischt. Diese Mischung wird über eine Tablettenpresse (Rundläufer) unter Einwirkung von 35 Kilonewton zu homogenen Tabletten mit einem Durchmesser von etwa vier Millimetern und einer Dicke von etwa vier Millimetern verpresst. Das spezifische Gewicht dieser Formkörper liegt bei 0,890 Gramm pro Millimeter.
In ähnlicherWeise lassen sich als homogene, rieselfähige Pellets ausgebildete Formkörper herstellen. Beispielsweise wird eine Mischung aus siebzig Gewichtsprozent CFP mit einer Restfeuchte (Wassergehalt) von kleiner zehn Prozent und einer Teilchengröße von kleiner 4000 Mikrometer und 25 Gewichtsprozent Polypropylen-Pulver sowie fünf Gewichtsprozent Alkali-Lignin-Pulver, hergestellt aus der Schwarzlauge, die bei der Herstellung von Zellstoff nach Astron- oder Sulfatzellstoffverfahren anfällt, in einem Schneckenmischer gemischt und zum Kompaktieren kontinuierlich in einer Pelletieranlage (Flachmatrizenpresse) mit Kollergang und Lochmatrizenscheibe und umlaufenden Abschneidemessern zu homogenen Formkörpern in Form von zylindrischen Pellets mit einem Durchmesser von drei Millimetern und einer Abschnittslänge von etwa fünf Millimetern verpresst. Bedingt durch die Reibungswärme steigt die Temperatur bei diesem Vorgang auf etwa 55 0 C. Die homogenen Pellets haben ein spezifisches Gewicht von etwa 0,25 Gramm pro Milliliter und eine glatte, holzähnliche Oberfläche sowie eine homogene Materialstruktur.
Die festen, aber nicht plastifizierten Tabletten beziehungsweise Pellets können im thermoplastischen Spritzgießverfahren oder durch Verpressen unter Einwirkung von Hitze und Druck aktiviert, plastifiziert und zu stabilen Formkörpem verarbeitet
werden. Die aus den vorstehenden Mischungen hergestellten Formkörper zeichnen sich durch eine große Formstabilität auch bei Temperaturen über 80 0 C, geringe Wasseraufnahme von kleiner ein Prozent, Verwitterungsbeständigkeit sowie hohe mechanische Festigkeit aus. Des Weiteren ist eine sehr gute Formbeständigkeit bei Feuer- und Brandeinwirkung gegeben. Darüber hinaus lassen sich die Formkörper leicht verarbeiten, das heißt es können herkömmliche Holzverarbeitungstechnik angewandt werden. Als Beispiel für Endprodukte können Bodenplatten, Rohre, Fensterprofile oder sonstige Hohlkörper genannt werden.
Ein weiteres Beispiel für einen erfindungsgemäßen Werkstoff, welcher sich insbesondere für Pfostenelemente, die eine sehr hohe Stand- und Biegefestigkeit haben, eignet, ist eine Mischung aus sechzig Gewichtsprozent CFP mit einer Teilchengröße von kleiner 4000 Mikrometer und mit einer Restfeuchte von etwa acht Prozent und 35 Gewichtsprozent geschreddertem Mischkunststoff, insbesondere Polyethylen-Folienabfälle, sowie fünf Gewichtsprozent Titandioxid, welche mittels einer schnell laufenden Zuführschnecke einer Lochmatrize (Ringmatrizenscheibe) zugeführt und mit einer speziell angeordneten Druckscheibe verdichtet wird. Durch die entstehende Friktionswärme, die bei 145 0 C lag, und durch den hohen Druck wurde das Polyethylen im Schmelzfluss in das CFP eingearbeitet und durch die Lochmatrize gedrückt. Durch eingebaute Kühlscheiben wurde vor dem Schneiden mit einem umlaufenden Messer die Temperatur auf 60 0 C herabgesetzt. Der Durchmesser der Lochscheibe betrug etwa drei Millimeter. Mittels der umlaufenden Messer wurde die plastifizierte und verdichtete Masse zu Strang- Granulat geschnitten. Hierdurch ergab sich ein rieselfähiges homogenes Granulat mit einer Dichte von 1 ,05 Gramm pro Milliliter. Dieses homogene Granulat kann auf herkömmlichen Doppelschneckenextrudern weiterverarbeitet werden.
Ein weiteres Beispiel für die Anwendung der Erfindung ist die kontinuierliche Produktion von Strang-Granulaten auf der Basis von CFP und Polypropylen auf einem Einschneckenextruder mit vorgeschalteter Strang-Granuliervorrichtung,
über Lochscheibe und Schneidmesser. Hierzu wurde eine Mischung aus sechzig Gewichtsprozent CFP mit einer Teilchengröße von ca. 3000 Mikrometer und mit einer Restfeuchte von etwa acht Prozent sowie vierzig Prozent Polypropylen (Homopolymer) verwendet. Die Mischung wurde über Trichterdosierer einem Extruder zugeführt und bei 185 0 C plastifiziert und zu Granulat umgeformt. Die Massentemperatur befindet sich im Bereich zwischen 185 und 205 0 C. Das Granulat hat ein spezifisches Gewicht von 1 ,08 Gramm pro Milliliter.
Das Granulat ist sehr homogen und kann auf allen herkömmlichen Verarbeitungsmaschinen für Thermoplaste, wie beispielsweise Extrudern, Spritzgießmaschinen und Heißpressen, weiterverarbeitet werden. Das Granulat konnte insbesondere ohne Nachtrocknung auf herkömmlichen Spritzgießmaschinen, Ein- und Doppelschneckenextrudern zu Formteilen und Profilen verarbeitet werden.
Entsprechend der DJN 1087-1 an Formkörpern durchgeführte Messungen haben ergeben, dass Prüfstäbe, welche aus dem letztgenannten Granulat hergestellt wurden, eine Wasseraufnahme von kleiner ein Prozent haben, nach DIN ISO 527 eine Zugfestigkeit von etwa 45 MPa sowie ein Zug-E-Modul von 5800 MPa, nach DIN ISO 178 eine Biegefestigkeit von etwa 70 MPa sowie ein Biege-E-Modul von 4800 MPa und nach DIN ISO 179 eine Charpy-Starkzähigkeit von etwa 13 KJ/m2 haben.
Zum Vergleich wurde ein WPC-Granulat der Zusammensetzung: 40 Gewichtsprozent Polypropylen und 60 Gewichtsprozent Fichtenholzmehl ebenfalls auf einer Spritzgussmaschine zu Prüfstäben verspritzt. An diesen Prüfstäben konnten mit den identischen Prüfmethoden folgende Werte gefunden werden: Wasseraufnahme größer vier Prozent, Zugfestigkeit kleiner 43 MPa, Zug-E-Modul kleiner 5200 MPa, Biegefestigkeit kleiner 62 MPa, Biege-E-Modul kleiner 4200 MPa, Charpy- Starkzähigkeit kleiner 11 KJ/m2. Diese Prüfwerte zeigen deutlich, dass Formkörper aus Polypropylen mit CFP wesentlich bessere Materialeigenschaften haben.
Hervorzuheben ist insbesondere die sehr geringe Wasseraufnahme der Polypro- pylen-CFP-Formkörper.
Als vorteilhaft hat sich erwiesen, bei bestimmten Anwendungen der Werkstoffmischung Ligninverbindungen beziehungsweise Ligninderivate zuzusetzen. Als sehr vorteilhaft hat sich hierbei ein Ligninderivat erwiesen, welches ein Calciumhydro- xid-Ligninsulfonat-Komplex und/oder ein Umsetzungsprodukt auf der Basis eines Calciumhydroxid-Ligninsulfat-Komplexes ist und/oder eine Ligninverbindung aus Calcium- und/oder Magnesiumligninsulfonaten, die durch Umsetzung mit Erdalkalioxiden, vorzugsweise mit Calciumoxid und/oder Calcium-Magnesiumoxid (Dolomitbranntkalk) entsteht, wie dies bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist.
überraschend wurde gefunden, dass durch den Zusatz der gesamten Ligninverbindungen bei der Extrusion von Profilen aus CFP und Polyvinylchlorid sowie anderen Polymeren wie beispielsweise Polypropylen der thermoplastische Polymeranteil wesentlich reduziert werden kann und auch CFP mit einem Wassergehalt von beispielsweise 25 Prozent oder mehr ohne Probleme verarbeitet werden kann. Insbesondere ist letzteres sehr vorteilhaft, da CFP bei der Gewinnung der Kokosfasern nach der traditionellen Methode regelmäßig mit einem Wassergehalt von bis zu achtzig Gewichtsprozent anfällt und vor der Verarbeitung zu Formkörpern aufwendig und kostenintensiv auf eine Restfeuchte von unter fünfzehn Gewichtsprozent getrocknet werden muss. Durch die Verwendung von CFP mit einem höheren Wassergehalt kann somit eine wesentliche Kosteneinsparung erzielt werden.
Des Weiteren nimmt CFP mit einem Wassergehalt von unter fünfzehn Gewichtsprozent aufgrund seiner relativ großen Oberfläche und seiner Struktur wieder sehr leicht Feuchtigkeit beziehungsweise Wasser auf, weshalb sich bei der Lagerung ein Wassergehalt von etwa fünfzehn bis zwanzig Gewichtsprozent einstellt.
Ein Beispiel für die zuletzt genannte Ausführungsform der Erfindung ist eine Mischung, welche fünfzig Gewichtsprozent CFP mit einer Teilchengröße kleiner als 4000 Mikrometer aufweist, sowie fünf Gewichtsprozent einer handelsüblichen Gleitmittel- und Stabilisatorenmischung, fünfzehn Gewichtsprozent Polypropylen- Granulat und dreißig Gewichtsprozent Calciumhydroxid-Ligninsulfonat-Komplex in Pulverform und wasserunlöslich. Diese Mischungsbestandteile wurden einem Doppelschnecken-Extruder mit drei Entgasungszonen und nachgeschaltetem Plattenprofilwerkzeug über getrennte Dosiereinrichtungen kontinuierlich zugeführt und bei einer Temperatur von 180 bis 200 0 C zu Profilplatten extrudiert. Die so hergestellten extrudierten Plattenprofile zeigten einen homogenen Materialaufbau und zeichneten sich aus durch eine äußerst geringe Wasseraufnahme sowie sehr gute mechanische Werte in Bezug auf Biegefestigkeit, Abrieb und Formstabilität auch im erhöhten Temperaturbereich bei etwa 90 °C.
Ein weiteres Beispiel für die letztgenannte Ausführungsform der Erfindung ist die Herstellung von Granulat in einem Doppelschnecken-Extruder. Dem Doppelschnecken-Extruder wurden über Dosiertrichter siebzig Gewichtsteile CFP mit einem Wassergehalt von kleiner fünfundzwanzig Prozent (entspricht etwa 52,5 Gewichtsprozent trockenem CFP), achtzehn Gewichtsteile trockenes, wasserlösliches Ligninsulfonat-Pulver, gewonnen aus der Sulfitablauge der Zellstoffindustrie, fünfundfünfzig Gewichtsteile Calciumoxid (CaO) in Pulverform, zehn Gewichtsteile PVC mit einem K-Wert von fünfundsechzig und einem Schmelzpunkt von 155 bis 165 0 C sowie zwei Gewichtsteile Stabilisatoren- und Gleitmittelmischung auf der Basis von Magnesiumstearat zugeführt.
Aufgrund der exothermen Reaktion zwischen dem enthaltenen Restwasser im CFP und dem CaO erfolgte die Umsetzung des CaO mit Ligninsulfonatpulver zum Calciumhydroxid-Ligninkomplex und Plastifizierung der Gesamtmischung und Granulierung durch die dem Extruder nachgeschaltete Granuliereinrichtung.
überschüssiges, nicht gebundenes Wasser entwich durch Entgasungseinrichtungen. Als Ergebnis wurde ein rieselfähiges thermoplastisches Granulat erhalten, das auf herkömmlichen Extrusions-Spritzguss- oder Pressanlagen zu thermoplastischen Formteilen weiterverarbeitet werden konnte.
Ein weiteres Beispiel für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Granulats ist die Mischung von hundert Gewichtsteilen CFP mit einem Wassergehalt von etwa fünfzig Prozent mit einhundertzwanzig Gewichtsteilen trockenem, wasserlöslichem Ligninsulfonat-Pulver, gewonnen aus der Sulfit-Ablauge der Zellstoffindustrie, in einem Kühl-Heizmischer, wonach die Mischung dann in einhundertfünfzig Gewichtsteile Calciumoxid (CaO) in Pulverform eingetragen und untergemischt wird. Es fand eine exotherme Reaktion statt, welche in ein krümeliges Granulat resultierte, in dem der Calcium-Ligninsulfonat-Komplex in die Zellen-Porenmatrix des CFP eingelagert ist.
Dieses Produkt kann mittels beheizbarer Formpressen unter Einwirkung von Druck und Temperatur zu dreidimensionalen Formteilen verpresst werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, unter Zusatz von weiteren Polymeranteilen wie beispielsweise Polypropylen dieses Produkt auf Spritzgießmaschinen, Heißpressen oder Extrudern zu Formteilen zu verarbeiten.
Als besonders vorteilhaft hat sich weiterhin ein Werkstoff herausgestellt, welcher fünf bis fünfzig, vorzugsweise etwa dreißig Gewichtsprozent Kokosfasern, vorzugsweise mit einer Länge von drei bis fünf Millimetern, enthält. Durch den Zusatz von Kokosfasern mit einer Länge von etwa drei bis fünf Millimetern wurde die Biegefestigkeit von extrudierten Formteilen erhöht.
Darüber hinaus lässt sich der Zusatz von Kokosfasern sehr einfach realisieren. Denn die HUSK besteht etwa zu siebzig Prozent aus CFP und etwa dreißig Prozent aus Kokosfasern. Daher kann man die HUSK mahlen beziehungsweise
zerkleinern und nach erfolgter Trocknung der Mischung zuführen. Dies kann beim Granulier-, Pelletier- oder Extrusionsprozess geschehen.
Besonders vorteilhaft ist es, dass die HUSK nur einen Wassergehalt von etwa fünfzig Prozent aufweist, wodurch die Trocknung vor dem Vermählen beziehungsweise Zerkleinem oder nach dem Mahlen beziehungsweise Zerkleinern mit relativ wenig Energieaufwand erfolgen kann. Hinzu kommt, dass bei den grünen, nicht im Wasser gelagerten äußeren Kokosschalen die Ligninverbindungen im CFP noch nicht oxidativ verändert sind, sodass man ein sehr helles Mahlgut erhält.
Sehr vorteilhaft ist auch ein Werkstoff, welcher fünf bis sechzig Gewichtsprozent gemahlene Kokosnussschale, vorzugsweise mit einer Teilchengröße kleiner als 500 Mikrometer enthält. Durch den Zusatz gemahlener Kokosschale lässt sich der Anteil an Poiymer beziehungsweise Copolymer deutlich reduzieren. Des Weiteren wird durch den Zusatz von Kokosschale die Verrottungsbeständigkeit des aus dem Werkstoff hergestellten Formkörpers deutlich erhöht.
Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Werkstoff fünf bis fünfzig Gewichtsprozent expandiertes Perlit aufweist. Durch den Zusatz von expandiertem Perlit, vorzugsweise mit Korn- beziehungsweise Teilchengrößen von kleiner 500 Mikrometer, wird in vorteilhafterweise erreicht, dass sich die Festigkeit eines aus einem erfindungsgemäßen Werkstoff hergestellten Endprodukts erhöht. Insbesondere erhöht sich die Biegefestigkeit. Des Weiteren hat ein derartiges Endprodukt ein sehr hohes Wärmestandvermögen, und zwar auch unter extremen Bedingungen wie Einwirkung von Feuer. Sehr vorteilhaft ist auch, dass sich Perlit in ähnlicher Weise wie CFP zu Formkörpern verpressen beziehungsweise formen lässt.
Als Beispiel für einen derartigen Werkstoff kann eine Mischung angegeben werden, welche aus fünfzig Gewichtsprozent CFP mit einer Teilchengröße kleiner 4000 Mikrometer und mit einem Wassergehalt von kleiner zwölf Prozent (Restfeuchte), 25 Gewichtsprozent expandiertes Perlit mit einer Teilchengröße von 150 Mikrometer, 2,5 Prozent Ligninsulfonatpulver (als Haftvermittler), ein Gewichtsprozent Calciumoxid in Pulverform und 21 ,5 Gewichtsprozent Polypropylen mit einem Schmelzbereich von 165 bis 175 0 C besteht.
Die Mischung kann mittels eines Schneckenmischers, einer Flachmatrizenpresse mit Kollergang zugeführt und bei einer Temperatur von etwa 55 0 C zu Formkörpern in Pelletform verpresst werden. Die Pellets können über einen Doppelschnecken-Extruder bei 180 0 C plastifiziert und zu Endprodukten wie beispielsweise Platten extrudiert werden. Die so hergestellten Formkörper sind gekennzeichnet durch hohe Biegefestigkeiten, weisen einen geringen Abrieb auf und sind auch unter Einwirkung von Temperaturen bis 150 0 C sehr formstabil. Platten mit einer Stärke von etwa zwanzig Millimetern halten einer Einwirkung von Feuer und Temperaturen über 1000 0 C stand. Daher sind derartige Platten sehr gut als Feuerschutz beispielsweise bei Türen geeignet.
Selbstverständlich kann die vorstehend genannte Mischung auch direkt, das heißt ohne sie zuvor zu Pellets zu verpressen, direkt über einen Extruder oder mittels einer Heißpresse zu Formteilen (insbesondere Platten) verarbeitet werden.
Weiterhin hat sich eine besondere Ausführungsform der Erfindung herausgestellt, welche ein bis vierzig Gewichtsprozent hochporöse Polymere mit einem Porenvolumen von mindestens dreißig Prozent, vorzugsweise mehr als fünfzig Prozent, aufweist. Es wurde überraschend herausgefunden, dass es sehr vorteilhaft ist, wenn die Polymere oder Copolymere eine poröse Struktur mit einem Porenvolumen von größer dreißig Prozent haben. Die Verwendung derartiger Polymere oder Copolymere führt bei einer Druck- und/oder Wärmeaktivierung zu einer sehr
festen Bindung der Polymere beziehungsweise Copolymere an das CFP. Dies insbesondere, wenn die Restfeuchte des CFP größer als zehn Prozent beträgt.
Eine weitere Verbesserung der beiden letztgenannten Ausführungsformen kann dadurch erreicht werden, dass in den Poren oder Zellen des expandierten Perlits beziehungsweise der hochporösen Polymere Bindemittel, Haftvermittler und/oder Additive eingelagert sind. Denn bei der Herstellung von Formkörpern aus CFP auch in Abmischung mit anderen Füllstoffen, insbesondere im direkten Extrusi- onsverfahren, ist es, je nach Anforderungsprofil an das Endprodukt, erforderlich, spezielle Bindemittel, Haftvermittler und/oder andere Additive einzuarbeiten. Die Zugabe und das Handling solcher Zuschlagsstoffe, insbesondere dann, wenn es sich um flüssige Produkte handelt und/oder um Bindemittel, Haftvermittler und/oder Additive, die aus mehreren Komponenten bestehen und beispielsweise wie härtbare flüssige Polyesterharze erst nach der Zugabe (Zudosierung im Misch- und Formprozess) miteinander reagieren sollen, ist sehr problematisch und teilweise nicht realisierbar. Durch das Befüllen der Poren des expandierten Perlits beziehungsweise der Zellen der hochporösen Polymere mit Bindemittel, Haftvermittler und/oder Additiven können diese leicht und sehr genau dosiert in die Mischung eingearbeitet werden.
In ähnlicherWeise kann der erfindungsgemäße Werkstoff noch dadurch verbessert werden, dass das expandierte Perlit beziehungsweise die hochporösen Polymere mit Bindemittel, Haftvermittler und/oder Additiven ummantelt ist beziehungsweise sind. Hierdurch ist es möglich, die Bindemittel, Haftvermittler und/oder Additive sehr einfach in die Mischung einzubringen, wobei sie sich ebenfalls sehr genau dosieren lassen. Des Weiteren verteilen sich die Bindemittel, Haftvermittler und/oder Additive sehr gleichmäßig im Schmelzfluss.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die einzige Figur ein Beispiel einer Herstellung eines Formkörpers aus CFP angegeben.
Die Früchte 1 der Kokospalme (cocos nucifera) werden nach der Ernte von der äußeren Fruchtschale 2, der so genannten HUSK, die aus der sehr dünnen äußeren Haut 2a („Skin" genannt") und dem Coir Fibre Pith 2b und den Coir Fibres 2c (Kokosfasern) besteht, mechanisch befreit. Die HUSK 2 einer kompletten Frucht 1 wiegt durchschnittlich etwa 500 Gramm berechnet als Trockengewicht. Von der HUSK 2 umhüllt ist die allgemein bekannte Kokosnuss 3. Sie wird als eigentliche Kokosfrucht anderen Verarbeitungsprozessen zugeführt.
Die HUSK 2 wird in Wasser gelagert, aufgeweicht und danach wird die HUSK 2 in einem mechanischen Prozess mittels Stachelwalzen entfasert. Dabei fallen etwa dreißig Prozent Kokosfasern 2c und etwa siebzig Prozent CFP 2b an, wobei die entfaserte Rest-HUSK, die auch als HUSK Chip bezeichnet wird, zu dem Anteil der Kokosfasern zählt.
Der anfallende CFP 2b hat einen Wassergehalt von etwa achtzig Prozent. Die Partikelgröße des CFP 2b liegt überwiegend im Bereich zwischen 2000 bis 3500 Mikrometer. Dieser CFP 2b, der je nach angewandtem Entfaserungsprozess noch Kokosfasern 2c zwischen zwanzig und fünfzig Millimeter Länge enthält, wird nun gesiebt, um diese feinen Fasern 2c zu entfernen.
Der nasse CFP 2b wird nun einem Trockenprozess an der Luft unterworfen oder in einem rotierenden Röhrentrockner oder über Umlufttrockner auf eine Restfeuchte von fünfzehn bis zwanzig Prozent Wassergehalt gebracht.
Aus diesem CFP 2b können nun unter Zugabe von druck- und/oder wärmeakti- vierbaren Polymeren, Copolymeren und so weiter Formkörper hergestellt werden. Hierzu wird einem Doppelschneckenextruder mit gegenläufiger Schneckenführung und nachgeschaltetem Rohrwerkzeug über eine Dosiervorrichtung Polypropylen zugeführt sowie über eine weitere Dosiervorrichtung das CFP. Das Mischungsver-
hältnis von Polypropylen zu CFP liegt etwa bei dreißig Gewichtsteilen Polypropylen und siebzig Gewichtsteilen CFP. Die Temperatur in der Schneckenzone beträgt etwa 185 bis 205 0 C. Das Polypropylen hatte nach DIN ISO 1183 eine Dichte von 760 Kilogramm pro Kubikmeter, nach DIN ISO 53730 einen MeIt Flow Index (205 0 C und 21 ,6 N) von acht Gramm pro zehn Minuten, nach DIN ISO 527 eine Zugfestigkeit von größer 32 MPa sowie ein Zug-E-Modul von größer 1700 MPa.
Der CFP wies einen natürlichen Ligningehalt von etwa 59 Prozent aus. Auf die Zugabe von Haftvermittler auf der Basis von Maleinsäure, wie bei vergleichbaren Mischungen aus Holzmehl, konnte verzichtet werden. Die Zuführung des CFP in den Extruder erfolgte so, dass sich das Polypropylen bereits im Schmelzfluss befand.
Es war überraschend, dass sich beim Extrudieren von Rohren mit einer Wandstärke von 8,5 Millimetern das Polypropylen innig mit dem CFP zu homogenen und stabilen Formkörpern mit sehr guter Oberflächenglätte und ausgezeichneter Biegefestigkeit und Wärmestandvermögen extrudieren ließ.
Bei vergleichbaren Mischungen auf der Basis von Holzmehl und/oder Holzfasern ist dies ohne Zugabe von sehr teuren Haftvermittler-Mischungen (Compounds) nicht möglich. Zumindest müssen spezielle, in Maleinsäure und duroplastischen Harzen gepfropfte Polypropylen-Granulate zum Einsatz kommen, die sehr teuer sind.
Next Patent: FRONT FRAME FOR AN ELECTRICAL INSTALLATION DEVICE