DE1283536B

DE1283536B - Herstellen von Formteilen

Info

Publication number: DE1283536B
Application number: DEL30610A
Authority: DE
Inventors: Karl-Ludwig Blau; Alfons Herr; Dr Josef Lintner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1958-06-18
Filing date: 1958-06-18
Publication date: 1968-11-21
Also published as: CH390543A; US3203851A; FI40227B; BE588520A

Description

Herstellen von Formteilen Es ist bekannt, Formteile aus Zellulosefasern, Holzfasern, Asbestfasern oder ähnlichen saugfähigen, vorzugsweise faserförmigen Materialien unter Verwendung von thermoplastischen Kunstharzen als Bindemittel herzustellen. Dazu wird einem wässerigen Zellulosefaserbrei der thermoplastische Kunststoff in Pulverform zugemischt, ähnlich wie dies beispielsweise für Kaolin, Schwerspat usw. in der Papierindustrie üblich ist, und aus diesem Gemisch ein vliesförmiges Material hergestellt. Das Kunstharz wird dabei lediglich durch die Filtrationswirkung der auf dem Sieb gebildeten Fasermasse zurückgehalten.
Dadurch ergibt sich eine niedere Retention vor allem bei höheren Kunstharz anteilen und groben Fasern sowie eine ungleichmäßige Kunstharzverteilung über die Dicke des Faservlieses. Während sich auf der Oberfläche des Vlieses eine relativ starke Kunstharzschicht bildet, nimmt der Kunstharz anteil nach dem Sieb zu immer mehr ab. Da die Vliesbildung der Abscheidung des Kunstharzes durch den Filtriervorgang vorausgehen muß, kommen die Fasern in direkten gegenseitigen Kontakt und gehen eine Zellulose-Zellulose-Bindung ein, so daß sich das Kunstharz auch beim Pressen nicht mehr zwischen die fest miteinander verklebten Fasern schieben kann. Dies hat ungleichmäßige Vliese zur Folge, die stark stauben, weil das Kunstharz nicht auf der Faser verankert ist, ferner eine Einseitigkeit der Preßkörper, die zu Verwerfungen führt, und eine ungenügende Wasserfestigkeit des verpreßten Materials.
Weiterhin ist es bekannt, in den Faserbrei eine Kunstharz-Wasser-Dispersion einzubringen und diese Dispersion durch Zusätze zu brechen, d. h. die Kunstharzteilchen der Dispersion durch gegenseitige Verklebung zu vergrößern und dadurch ihre Filtrierfähigkeit zu verbessern. In Abwandlung dieses Verfahrens ist es auch bekannt, eine Aufschwemmung von fasrigem Material mit einer vorher durch Zusatz einer Kochsalzlösung gebrochenen, verdünnten Polyvinylchlorid-Dispersion zu vermischen. Die freien Kunstharzteilchen sollen dann beim Absaugen des Faserbreies auf Siebvorrichtungen auf den Faserstoff aufgebracht werden. Da in beiden Fällen die Vliesbildung der Kunstharzabscheidung durch den Filtriervorgang vorangeht, sind diese Verfahren identisch mit dem vorher beschriebenen und zeigen auch die gleichen Mängel.
Auch die Anwendung filmbildender Emulsionen von thermoplastischen Kunstharzen, wie sie bei der Emulsionspolymerisation derselben erhalten werden, z. B. der Emulsion von Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat oder seiner Copolymeren, der Polymeren des Butadien usw. und deren Ausfällung auf die Fasern mit anschließender Vliesbildung auf den üblichen Papier-, Karton- oder Faserplattenmaschinen ist bekannt, hat jedoch nicht zu technisch brauchbaren Verfahren geführt. Zwar kann die Kunstharzretention auf diese Weise verbessert werden, doch hat sich gezeigt, daß sich durch den filmartigen, wasserundurchlässigen Kunstharzüberzug auf der Faser, insbesondere bei höheren Kunstharzgehalten, keine genügende, d. h. der Arbeitsgeschwindigkeit der Maschinen entsprechend schnelle Entwässerung bei der Vliesbildung und bei der Trocknung der Vliese erreichen läßt. Diese Entwässerungsschwierigkeiten führen außerdem zu einer Wasserdampfbildung beim Verpressen solcher Vliese, die die Herstellung einwandfreier Preßkörper verhindert. Die Klebrigkeit der von solchen Kunstharzfilmen umschlossenen Fasern macht die produktionsmäßige Vliesherstellung aus derartig behandelten Materialien, insbesondere bei höheren Kunstharzanteilen, auf Papier-, Karton- und Faserplattenmaschinen infolge Verklebung der Siebe, Filze und Walzen unmöglich. Bisher haben Verfahren, die auf einem direkten Zusatz größerer Mengen eines thermoplastischen Kunstharzes zum Faser brei beruhen, kaum technischen Einsatz gefunden.
Um diese Schwierigkeiten, die beim direkten Eintragen der thermoplastischen Kunstharze in den Faserbrei auftraten, zu vermeiden, ist weiter der an sich umständliche Weg bekannt, in getrennten Arbeitsgängen Faservliese zu bilden, dieselben zu trocknen und anschließend entweder mit der wässerigen Lösung von Vorkondensaten von heißhärtbaren Harzen oder aber mit Lösungen von thermoplastischen Kunstharzen in organischen Lösungsmitteln, mit Emulsionen von solchen Lösungen oder mit wässerigen Dispersionen dieser Kunstharze zu imprägnieren und die so gewonnenen Faservliese nach dem Trocknen heiß zu verpressen. DieseImprägnationsmethoden ergeben gegenüber den bekannten Filtrationsverfahren zwar eine verbesserte Kunstharzausbeute und werden technisch angewendet, obwohl sie zusätzliche, kostspielige Arbeitsvorgänge erfordern, sie haben jedoch nur geringe Tiefenwirkung und können deshalb nur zur Herstellung dünner Vliese bis zu einem maximalen Zellulosegewicht 50 bis 60 g/m2 herangezogen werden.
Für sämtliche bekanntgewordenen Tränkungsverfahren hat sich als nachteilig erwiesen, daß die Kunstharzteilchen nicht zwischen die einzelnen Zellulosefasern dringen, sondern stets nur die im Faservlies bestehenden Hohlräume ausfüllen. Nach dem Verpressen derartig getränkter Vliese ergeben sich dann Körper, die nicht homogen sind und deren Wasserbeständigkeit unbefriedigend ist, weil die hydrophilen Fasern auch nach dem Preßvorgang in gegenseitigem direktem Kontakt bleiben und der Kunstharzanteil an der Oberfläche hoch, im Stoffinnern jedoch verringert ist. Auch nach dem Verpressen kommt deshalb keine genügende Abbindung zustande.
Aus all diesen Schwierigkeiten, die sich bei der Ausführung der vorgenannten bekannten Verfahren einstellten, ergab sich die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, nach der ein Verfahren zur Herstellung mit Faservliesen armierter, wasserfester Preßkörper aus thermoplastischen Kunstharzen und hydrophilem Fasermaterial zu schaffen war, welches auch bei hohem Kunststoffanteil eine gleichmäßige Kunstharzverteilung bei hoher Retention sichert und welches die Vliesherstellung auf üblichen Papier-, Karton- und Faserplattenmaschinen ermöglicht.
Erfindungsgegenstand ist ein Verfahren zum Herstellen von Formteilen und Folien, bei dem man aus Polyvinylchlorid, seinen Mischpolymerisaten und/oder Polystyrol sowie einem Füllstoff in Faserform bestehende Formmassen und Faservliese in der Hitze verpreßt, gegebenenfalls unter gleichzeitigem Verschweißen einer oder zweier Oberflächen des Faservlieses mit Kunststoff-Folien oder üblichen härtbaren, kunstharzimprägnierten Papier- oder Gewebebahnen, wobei man Massen oder Vliese verpreßt, die hergestellt worden sind, indem man übliche wässerige Aufschwemmungen des faserförmigen Füllstoffes alkalisch einstellt, einen Weichmacher und/oder ein Quellmittel für das Polymere in emulgierter Form zugibt, in diesen Aufschwemmungen das Polymere in feinpulvriger Form in Gegenwart von Fett- oder Harzsäuren dispergiert und dann die oberflächlich angequollenen Polymerkörner mit Hilfe üblicher Fällmittel auf die Fasern ausfällt, schließlich aus der so entstandenen Suspension wie üblich das Wasser abfiltriert und den Filterrückstand trocknet.
Als geeignete faserförmige Füllstoffe sind vor allem zu nennen: Holzschliff, Holzfasern, Zellstoff, kurz geschnittene Textilfasern pflanzlichen und tierischen Ursprungs und Asbestfasern. Der Füllstoff wird so fein gemahlen oder aufgeschlossen, daß eine ausreichende Imprägnierung der Fasern auch in ihrem Inneren erreicht werden kann. Beim Aufschließen bzw. Mahlen trägt man dafür Sorge, daß die Füllstoffteilchen eine Faserform erhalten. Das Faservlies läßt sich vor dem Verpressen wie Papier bedrucken und beschreiben, da für die Aufnahme der Druckfarben eine ausreichende Oberfläche der Zellulosefasern noch freiliegt. Eine Verschmutzung der Drucklettern usw. durch das Kunstharz tritt nicht ein.
Nach dem Verpressen derartiger bedruckter und beschriebener Papiere ist der Druck oder die Schrift unverändert in die beim Verpressen entstandene Kunststoff-Folie fälschungssicher und wetterfest eingebettet.
Das Verpressen der Formmassen und Faservliese erfolgt z. B. auf einem Kalander, einer Kompressionspresse oder auf einer Strangpresse. Die Verpressung von pulverförmigem Material kann in mehreren Stufen erfolgen, etwa derart, daß man zunächst drucklos oder unter geringem Druck ein Vlies herstellt, welches dann anschließend im Kompressionsverfahren in seine endgültige Form, z. B. zu einer Platte oder zu einem Formkörper, verpreßt wird. Die Verarbeitung des Vlieses muß nicht unmittelbar nach seiner Herstellung erfolgen. Falls es sich um Preßkörper von großer Flächenausdehnung, wie etwa Platten, handelt, ist es zweckmäßig, diese in der Presse unter Druck auszukühlen. Mit dem pulvrigfaserförmigen, trockenen Material oder mit einem aus dem Faservlies hergestellten Granulat, kann man auch Strangpressen beschicken und auf diese Weise Profile, Bänder, Rohre usw. spritzen.
Irgendwelche Entmischungserscheinungen beim Beschicken der Pressen, Kalander usw. sind nicht zu befürchten, da der Kunststoff in den Füllstoff eindiffundiert ist und sich in diesem verankert hat.
Die erfindungsgemäß hergestellten Formteile haben im Schnitt das Aussehen und die Eigenschaften eines homogenen Materials. Selbst bei einem Füllstoffgehalt von 70 bis 80 0/o sind diese Preßkörper noch vollkommen homogen und praktisch porenfrei, so daß sie sogar poliert werden können. Sie besitzen hervorragende mechanische Eigenschaften und eine hohe Elastizität, da die elastischen Eigenschaften des Füllstoffes voll erhalten bleiben und der wasserabweisende Kunststoff ihnen infolge seiner homogenen Verteilung im Material eine ausgezeichnete Wasserfestigkeit verleiht, auch ohne Vorbehandlung des hydrophylen Füllstoffes.
Bei Verwendung von fein aufgeschlossenen Holzfasern oder Holzschliff als Füllstoff und von weichmacherhaltigem Polyvinylchlorid als Kunstharzkomponente, steht das erfindungsgemäß erhaltene Material verarbeitungstechnisch und in seinen sonstigen Eigenschaften zwischen einem dichten Edelholz und einem thermoplastischen Kunststoff: es übertrifft das Holz durch seine Wasserfestigkeit und seine völlige Homogenität sowie durch die Elastizität und Verformbarkeit und den thermoplastischen Kunststoff durch seine Formtreue.

Die wichtigsten physikalischen Kennzahlen von infolge ihres Asbestgehalts praktisch unbrennbaren, erfindungsgemäß hergestellten Polyvinylchlorid-Platten, bestehend aus 420/o- PVC, 8 ovo Weichmacher, 25°/o Asbestfasern und 25 O/o Natronkraftstoff, sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben und mit den entsprechenden Kennzahlen von Hart-PVC (s. Saechtling-Zebrowski, Kunststoff-Taschenbuch, 1965, S. 183, Tabelle23) verglichen:

Hart-PVC

nach

DIN 16 927

Dichte, p/cm3 l, 6 1,6 1,38

Biegefestigkeit, kp/cm2. > 1 200 1 l 000

Zugfestigkeit, kp/cm2 > ) 900 550

Elastizitätsmodul, kp/cm2 80 000 30 000

Schiagzähigkeit,kp/cm/cm2 20 bis 22 -

Kerbschlagzähigkeit,

kp/cm/cm2 .. . 11 2

Kugeldruckhärte, kplcm2 1 500 1 200

Man sieht aus diesem Vergleich, daß der E-Modul dieser Polyvinylchlorid-Platten mehr als doppelt so hoch liegt, wie der E-Modul von Hart-PVC, und zwar etwa in der Größenordnung des E-Modul von Tannen- oder Fichtenholz (86000 kp/cm2). Damit werden dem PVC Anwendungsgebiete erschlossen, die bisher dem Holz vorbehalten bleiben mußten.

Biegefestigkeit, Zugfestigkeit und Kerbschlagzähigkeit sind höher als bei Hart-PVC. Erwähnt sei ferner, daß die Schlagzähigkeit eines derart faserarmierten PVC bei +200 C und 400 C praktisch die gleiche ist.
Das faserarmierte Polyvinylchlorid hat nicht mehr den in vielen Anwendungsfällen der Thermoplaste als sehr hinderlich empfundenen »kalten Fluß«, es kann ähnlich wie ein Thermoplast in der Wärme noch eindimensional verformt werden, z. B. zu Wellplatten für leichte Dachbedeckungen Platten aus 70 bis 800/0 Holzmehl oder Holzschliff und Polyvinylchlorid mit einem Weichmachergehalt von etwa 10 0/o besitzen eine überraschend große Oberflächenhärte. Infolge ihrer Homogenität und Porenfreiheit ist trotz des hohen Füllstoffgehaltes ihre Wasserfestigkeit hervorragend; unter dem Einfluß der Luftfeuchtigkeit treten keine Verwerfungen ein.
Die Platten haben eine federnde, stahlähnliche Elastizität, sie können gesägt, gehobelt und poliert werden; beim Sägen erhält man saubere Schnittflächen. Die Platten können genagelt, geleimt, heiß verschweißt und nach dem Anwärmen auch geformt werden. Man kann daher in diesem neuen Material den Abschluß einer Entwicklung sehen, mit dem Ziel, aus dem inhomogenen Rohstoff Holz einen homogenen, wasserfesten und formstabilen Werk-und Baustoff zu schaffen; dieser kann jedoch, im Gegensatz zu Holz, wie ein thermoplastischer Kunststoff in der Wärme geformt und verschweißt werden.
Die erfindungsgemß hergestellten Formteile können zur Herstellung von Schichtstoffen verwendet werden, indem man Platten oder Folien aus solchen thermoplastischen Kunststoffen, die sich mit dem Kunststoff des Materials verschweißen lassen (im vorliegenden Beispiel etwa PVC-Folien oder -Platten), in der Wärme aufschweißt: dies kann in einem Arbeitsgang bei der Plattenherstellung selbst geschehen oder aber auch in zwei getrennten Arbeitsgängen. Da in diesen neuen Preßkörpern eine innige und homogene Verbindung eines hydrophoben, thermoplastischen Kunstharzes mit einem hydrophilen, saugfähigen Füllstoff vorliegt, können hier erstmalig auf ein thermoplastisches Material Papier-und Gewebebahnen direkt aufkondensiert werden, die mit heiß härtbaren Harzen (z. B. mit Melamin-oder Harnstoffharzen) imprägniert sind. Das in nicht auskondensiertem Zustand hydrophile Amidharz verbindet sich dabei mit dem hydrophilen Füllstoff der neuen Preßmasse. Man erhält auf diese Weise zum erstenmal Preßkörper und Platten, die die ungewöhnlich hohe Oberflächenhärte und Widerstandsfähigkeit der Überzüge auf Amidharzgrundlage mit der Elastizität und den leichten, vielseitigen Verarbeitungsmöglichkeiten des vorliegenden thermoplastischen Plattenuntergrunds verbinden.
Das erfindungsgemäß hergestellte Material kann auch homogen in der Masse gefärbt werden, entweder indem man den Füllstoff vor seiner Imprägnierung mit dem Kunststoff direkt anfärbt oder aber indem man ihm geeignete Farbpigmente zumischt.
Es ist bekanntlich möglich, Zellulose durch Zusätze schwer entflammbar zu machen; man kann daher auch bei Verwendung von zellulosehaltigen Füllstoffen durch solche Zusätze die Formteile schwer entflammbar oder unbrennbar machen; ebenso lassen sie sich durch Zusatz geeigneter Produkte gegen Insektenfraß und Pilzbefall schützen.
Die erfindungsgemäß hergestellten Formteile eignen sich beispielsweise als Profile, Verkleidungsplatten, Fußbodenplatten, Tischplatten, Dekorationsplatten, Bauteile für Möbel usw.
Beispiel 10 Teile lufttrockener, feiner Holzschliff werden in etwa 220 Teile Wasser aufgeschlämmt.
0,3 Teile Stearinsäure werden in einer Lösung von 0,05 Teilen Ätznatron (ger. als NaOH) in etwa 30 Teile Wasser bei 40 bis 500 C gelöst und in dieser Lösung wird ein Gemisch von 1 Teil Trikresylphosphat und 0,3 Teilen Perchloräthylen emulgiert.
Die erhaltene Emulsion wird dem aufgeschlämmten Holzschliff zugesetzt und mit diesem gut homogenisiert. Hierauf wird in dieses Gemisch eine vorher hergestellte Mischung von 9 Teilen feinpulvrigem Polyvinylchlorid mit 0,25 Teilen Bleistearat eingerührt und nach erfolgter Homogenisierung wird mit 20 Teilen einer Aluminiumsulfatlösung, die 10 g Al2 (SO4) 3 18 H2O pro Liter enthält, unter dauerndem Rühren der Masse gefällt.
Man saugt nun den Faserbrei in üblicher Weise auf Sieben ab, entfernt durch Abquetschen zwischen Walzen so gut wie möglich das Wasser und trocknet das so erhaltene Faservlies bei Temperaturen bis zu 1200 C. Das Abquetschen des Faservlieses soll so geregelt werden, daß das trockene Vlies eine Dichte von etwa 0,35 bis 0,50 besitzt.
Das trockene Faservlies kann nun entweder in der Etagenpresse zu Platten verpreßt werden oder aber, wenn Profile, Rohre usw. hergestellt werden sollen, wird es zunächst zu einem granulatähnlichen Produkt zerkleinert, und mit diesem wird dann die Strangpresse beschickt. Das verpreßte Material hat eine Dichte von etwa 1,2 und ist eine völlig homogene Masse aus Holzfasern und Polyvinylchlorid.
Die im vorstehenden Beispiel gemachten Mengenangaben sind Gewichtsteile.

Claims

Patentanspruch: Verfahren zum Herstellen von Formteilen und Folien, indem man aus Polyvinylchlorid, seinen Mischpolymerisaten und/oder Polystyrol sowie einem Füllstoff in Faserform bestehende Formmassen und Faservliese in der Hitze verpreßt, gegebenenfalls unter gleichzeitigem Verschweißen einer oder zweier Oberflächen des Faservlieses mit Kunststoff-Folien oder üblichen härtbaren kunstharzimprägnierten Papier- oder Gewebebahnen, dadurch gekennzeichnet, daß man Massen oder Vliese verpreßt, die hergestellt worden sind, indem man übliche wässerige Aufschwemmungen des faserförmigen Füllstoffes alkalisch einstellt, einen Weichmacher und/oder ein Quellmittel für das Polymere in emulgierter Form zugibt, in diesen Aufschwemmungen das Polymere in feinpulvriger Form in Gegenwart von Fett- oder Harzsäuren dispergiert und dann die oberflächlich angequollenen Polymerkörner mit Hilfe üblicher Fällmittel auf die Fasern ausfällt, schließlich aus der so entstandenen Suspension wie üblich Wasser abfiltriert und den Filterrückstand trocknet.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 745 026, 828 477, 835393,900518; französische Patentschriften Nr. 1 116 158, 1 158 505, 72756 ; USA.-Patentschrift Nr. 1 919697.