EP1613688A1 - Formkörper aus biologischem fasermaterial und kunststoff - Google Patents

Formkörper aus biologischem fasermaterial und kunststoff

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EP1613688A1
EP1613688A1 EP04723195A EP04723195A EP1613688A1 EP 1613688 A1 EP1613688 A1 EP 1613688A1 EP 04723195 A EP04723195 A EP 04723195A EP 04723195 A EP04723195 A EP 04723195A EP 1613688 A1 EP1613688 A1 EP 1613688A1
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EP
European Patent Office
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weight
shaped body
water
body according
raw material
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04723195A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Zodl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fasalex GmbH
Original Assignee
Fasalex GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Fasalex GmbH filed Critical Fasalex GmbH
Publication of EP1613688A1 publication Critical patent/EP1613688A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/045—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with vegetable or animal fibrous material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08L89/04—Products derived from waste materials, e.g. horn, hoof or hair
    • C08L89/06—Products derived from waste materials, e.g. horn, hoof or hair derived from leather or skin, e.g. gelatin
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    • C08L23/12—Polypropene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L3/00—Compositions of starch, amylose or amylopectin or of their derivatives or degradation products
    • C08L3/02—Starch; Degradation products thereof, e.g. dextrin

Definitions

  • Shaped body made of biological fiber material and plastic
  • the invention relates to a molded body containing biological fiber material and plastic.
  • the invention relates to a molded body made of vegetable and / or animal fiber material, with at least one plastic and at least one water-binding biopolymer.
  • the invention further relates to a method for producing such a shaped body.
  • the Austrian patent application AT-A 1682/2001 discloses molded articles produced by extrusion whose tightness or cohesion depends on the water content of the fiber material used and on the use of additional water-binding inorganic and possibly organic additives. Only with simultaneous use of wood chips dried with great effort to a water content of 1.5% by weight and granular gypsum burned to a high rate of 8% by weight was it possible to produce a shaped body that was true to shape. When using wood shavings with a water content of 2% by weight, despite the use of 6% calcium oxide, a molded article with an improved profile surface could only be produced by the additional use of an additional 8% corn flour.
  • a disadvantage of the shaped body disclosed in AT-A 1682/2001 is that it is essential for the production of a dense, true-to-shape shaped body that the wood fiber material used be dried with great effort and that even then the use of inorganic water-binding substances or the additional use of organic water-binding substances cannot be dispensed with.
  • non-dried material is that it can be used to produce simple and economical moldings, the moisture of which is in equilibrium with the air humidity typically occurring in the Central European climate (20-80% by weight). Such moldings are particularly dimensionally stable.
  • a shaped body in which such a complex predrying of the biological fiber material used can be dispensed with.
  • This object is now achieved according to the invention in the case of a shaped body which comprises at least one vegetable or animal fiber material, at least one plastic and at least one water-binding biopolymer in that it has a water content of ⁇ 8.0% by weight, preferably of ⁇ 8.5% by weight , particularly preferably of> 9.0% by weight and is not expanded.
  • a non-expanded shaped body is understood to mean a shaped body which, in the course of its production, undergoes less than 10% volume increase through the molding step, i.e. has an expansion index of less than 1.1, in particular from 1.00 to 1.09.
  • the expansion index can be set in the manufacture of the shaped body by the choice of the shape or the choice of process conditions during the shape.
  • shaped body is understood to mean the process product of a shaping process, for example pressing, pelletizing, granulating, injection molding, profile extrusion, etc.
  • the molded body has a water content of up to 15% by weight, preferably up to 12% by weight.
  • all materials of plant or animal origin which contain fibrous plymers and thus the moldings can be used as fiber materials can impart good strength properties.
  • suitable vegetable fiber materials are wood fibers, wood flour, wood chips, cellulose-containing materials such as waste paper, hemp, straw, flax or other agricultural fiber materials such as ground plant parts, such as rice husks or sugar cane waste.
  • Animal fiber material can also be used in the form of leather waste, for example.
  • mixtures of one or more of the materials mentioned above can also be used, depending on availability.
  • the fiber materials are contained in the moldings in an amount of 5-95% by weight, in particular 30-80% by weight.
  • the moldings according to the invention contain at least one plastic, which can be either thermosetting or thermoplastic.
  • the type of plastic used also depends on the intended use of the moldings produced. Examples of suitable plastics are polyethylene, polypropylene, PVC, melamine, polyurethane, polyester, polyamide, polymethyl methacrylate, polyvinyl acetate, polystyrene, polycarbonate, polybutene, and mixtures of the aforementioned plastics. Every type of random, block and graft copolymer is also included.
  • the amount of the plastic or plastic mixture contained in the moldings according to the invention is 2-90% by weight, in particular 5-50% by weight.
  • the moldings according to the invention further contain at least one biopolymer which is suitable for binding water, for example by interacting with water at an elevated temperature and incorporating it.
  • the biopolymer binds at least part of the water so that it is not available for evaporation when the molded body is molded.
  • Suitable biopolymers are, for example, comminuted crops containing starch or starch, such as corn or rice, in the form of flour.
  • proteins for example gluten, collagen, keratin, lignins, pectins and hemicelluloses, which can bind water like starch, are also suitable.
  • the amount of the biopolymer contained in the moldings according to the invention is 5-50% by weight, in particular 10-30% by weight.
  • the raw material mixture can contain other auxiliaries customary in plastics technology, such as plasticizers, fillers, adhesion promoters, dyes, lubricants, thermal and / or UV stabilizers, antioxidants or flame retardants Amount of 0.2-20% by weight, preferably 0.5-10% by weight, based on the total mass of the raw material mixture.
  • auxiliaries customary in plastics technology such as plasticizers, fillers, adhesion promoters, dyes, lubricants, thermal and / or UV stabilizers, antioxidants or flame retardants Amount of 0.2-20% by weight, preferably 0.5-10% by weight, based on the total mass of the raw material mixture.
  • the moldings according to the invention have a density of 0.8-2.0 g / cm 3 , preferably 1.0-1.5 g / cm 3 .
  • the pressures occurring or to be used are up to 500 bar (extrusion) or up to 2000 bar (injection molding). In individual cases, even higher pressures can be applied.
  • the raw material mixture can be subjected to a plastic or thermoplastic shaping, for example in an extruder, which is also carried out under pressure.
  • the processes of pressing, pelletizing, injection molding or injection molding are preferably used to form the moldings according to the invention.
  • the invention further relates to a method for producing the moldings according to the invention.
  • a method for producing the moldings according to the invention For the production of the molded body
  • the raw material mixture is heated, the optionally heated raw material mixture is optionally - plastically or thermoplastic under pressure, and optionally with temperature increase - formed into a molding compound and
  • the optionally heated raw material mixture or the molding composition is shaped under pressure and, if appropriate, with an increase in temperature to give a non-expanded shaped body.
  • the raw material mixture is produced by dry mixing the individual components and the raw material mixture is then fed to a pellet press (similar to a pellet press for the production of wood pellets).
  • a pellet press similar to a pellet press for the production of wood pellets.
  • an unexpanded shaped body in this case a pellet.
  • the raw material mixture is pressed through the holes in a die.
  • the raw material mixture heats up due to internal friction processes.
  • the method can also be influenced by the targeted selection of the die. For example, a die with a larger thickness - because of the greater pressures occurring when passing through the holes - allows even non-expanded molded articles to be produced even at higher moisture contents.
  • the raw material mixture is preferably not heated before it is fed to the pellet press. However, with some raw material mixtures it may be necessary to preheat them up to about 70 - 80 ° C in order to enable perfect pellet production. In the pellet press itself there is preferably also no supply of thermal energy.
  • the raw material mixture When injection molding, the raw material mixture is also premixed dry first. Then the raw material mixture is fed into an extruder, in which the Raw material mixture under pressure, and at melt temperatures of 100-200 ° C undergoes a thermoplastic transformation and is converted into a molding compound.
  • a material cushion is built up in the extruder by simultaneously dosing the raw materials and retracting the screw, which is then injected into the tool under pressure of up to 2000 bar.
  • the tool contains both the sprue system and the cavities.
  • the sprue system can be formed by a cold or hot runner manifold or combinations thereof. A cold runner distributor is preferred for cost reasons.
  • the gates are connected to the cavities which are filled with the molding compound under pressure.
  • the mold remains closed until the molding compound solidifies. After the molding compound has solidified, the mold is opened and the injection-molded body is removed from the mold.
  • the moldings according to the invention can either be used on their own anywhere where pure plastic or pure wooden parts are used today, or they can be processed in a known manner in a subsequent process step to produce such molded parts.
  • Examples of such molded parts are: edges , Strips, facade parts, floor boards, fence elements, cable ducts, panels, profiles, cladding, packaging materials, hollow profiles and decorative strips.
  • wood chips (water content 10.5% by weight)
  • adhesion promoter PP grafted with maleic anhydride
  • the moisture content of the raw material mixture was adjusted to 12% by weight by adding water.
  • Granules were produced as molded articles.
  • Feed zone 150 ° C
  • Nozzle inlet 170 ° C
  • the granules produced in this way had a moisture content of 9% by weight. However, the granulate has an average diameter of 3.3 mm. Based on the original hole diameter (3.0 mm), this corresponds to a volume increase of 21%. The moldings produced in this way were therefore expanded.
  • Example 2
  • wood chips (water content 10.5% by weight)
  • adhesion promoter PP grafted with maleic anhydride
  • the moisture content of the raw material mixture was adjusted to 12% by weight by adding water.
  • the pan mill clearance was set to 0.2 mm.
  • the power consumption of the pelletizer was 50 - 60 A.
  • the moisture content of the pellets thus produced was 9% by weight.
  • wood chips (water content 10.5% by weight)
  • the moisture content of the raw material mixture was adjusted to 12% by weight by adding water.
  • the pan mill clearance was set to 0.2 mm.
  • the power consumption of the pelletizer was 50 - 60 A.
  • the moisture content of the pellets thus produced was 10% by weight.
  • Pellets produced according to Example 2 are metered into a twin-screw extruder (130 kg / h) and a window frame profile is extruded therefrom.
  • Feed zone 150 ° C
  • Nozzle inlet 160 ° C
  • the cross-sectional area of the finished profile is identical to the cross-section of the extrusion die.
  • the expansion index is therefore 1.0.
  • Pellets produced according to Example 3 are metered into a twin-screw extruder (300 kg / h) and a panel profile is extruded therefrom.
  • Nozzle inlet 115 ° C
  • Moisture content of the profile 10% by weight, density: 1.4 g / cm 3
  • the cross-sectional area of the finished profile is identical to the cross-section of the extrusion die.
  • the expansion index is therefore 1.0.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Formkörper, der mindestens ein pflanzliches oder tierisches Fasermaterial, mindestens einen Kunststoff und mindestens ein wasserbindendes Biopolymer umfasst, wobei er einen Wassergehalt von > 8,0 Gew%, bevorzugt von >= 8,5 Gew%, besonders bevorzugt von >= 9,0 Gew% aufweist und nicht expandiert ist.

Description

Formkörper aus biologischem Fasermaterial und Kunststoff
Die Erfindung betrifft einen Formkörper, enthaltend biologisches Fasermaterial und Kunststoff. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Formkörper aus pflanzlichem und/oder tierischem Fasermaterial, mit mindestens einem Kunststoff und mindestens einem wasserbindenden Biopolymer. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines sochen Formkörpers.
In den letzten Jahren ist das Interesse an Naturfaserstoffen in der Kunststoffindustrie sprunghaft angestiegen. Vor allem die Verwendung von Holzfasern, Holzmehl oder Holzschnitzeln in sogenannten wood like plastic" oder plastic timber" Materialien, die mit Hilfe der Extrusionstechnik zu Profilen verarbeitet werden, hat einen wahren Boom erlebt.
Nichtsdestotrotz ist das Problem, dass Naturfaserstoffe, insbesondere Holz, selbst im lufttrockenen Zustand immer noch eine gewisse Menge an Restwasser enthalten und dadurch die Qualität von Profilen, die aus Kunststoff und Holzteilen gefertigt werden, oftmals zu wünschen übrig lässt, bisher nicht befriedigend gelöst worden. Vor allem bei Profilen, die mit einer höheren Ausstoßgeschwindigkeit gefertigt werden, treten unkontrollierbare Blasen und Expansionszonen auf, die dadurch verursacht werden, dass nach plastischer oder thermoplastischer Umformung der Rohstoffmischung bei dem nachfolgenden Ausformungsschritt der Formmasse zum Formkörper durch die dabei erfolgende Druckentlastung, z.B. am Düsenausgang einer Extrusionseinheit, das vorhandene Restwasser blitzartig aus der Formmasse verdampft. Dies führt sogar dazu, dass bei höheren Extrusionstemperaturen und -geschwindigkeiten der Zusammenhalt eines derartigen Profils nicht mehr gewährleistet ist. Viele, der bis jetzt bekannt gewordenen Verfahren gehen davon aus, dass man den Wassergehalt der eingesetzten Rohstoffe, vor dem Einbringen in den eigentlichen und abschliessenden Extrusionsschritt, bei dem das fertige Profil erzeugt wird, so weit wie möglich senken muss. Zu diesem Zweck werden üblicherweise die Naturstoffe entweder durch exzessives, konventionelles Trocknen vor dem Extrusionsprozess auf die Verwendung vorbereitet oder es wird versucht, durch das Hintereinanderschalten von zwei Extrusionseinheiten ein Abdampfen von Wasser zwischen den beiden Aggregaten zu erreichen. Damit verwendet man die erste Extrusionseinheit eigentlich nur als Trockner. Die nach solchen Verfahren erhaltenen, üblichen Materialien besitzen einen Wassergehalt von etwa 0,2 bis 0,5 Gew.%, sind aber noch immer expandiert und weisen gasgefüllte Hohlräume (Bläschen) auf.
Es wurden auch Verfahren vorgeschlagen, bei denen das Restwasser durch Zusatz eines synthetischen Harzes (JP 6123306) oder von anorganischen Stoffen wie CaO und CaS04 (JP 6143213, JP 52025844, JP 52025843, JP 57075851 und EP 913243) durch chemische Reaktionen bis zu einem gewünschten Grad eliminiert bzw. verbraucht wird. In all diesen Fällen wird aber das noch verbleibende Restwasser im Zuge eines Extrusionsverfahrens mehr oder weniger stark expandierte Formkörper liefern.
Die österreichische Patentanmeldung AT-A 1682/2001 offenbart durch Extrusion hergestellte Formkörper deren Dichtigkeit, bzw. Zusammenhalt vom Wassergehalt des verwendeten Fasermaterials, sowie von der Verwendung zusätzlicher wasserbindenden anorganischer, sowie allenfalls organischer Zusatzstoffe abhängt. Erst bei gleichzeitiger Verwendung von mit großem Aufwand auf 1,5 Gew% Wassergehalt getrockneten Holzspänen und 8 Gew% hoch gebranntem, körnigem Gips konnte ein formtreuer Formkörper erzeugt werden. Bei der Verwendung von Holzspänen mit 2 Gew% Wassergehalt konnte trotz des Einsatzes von 6 Gew% Kalziumoxid erst durch den weiteren Einsatz von zusätzlich 8 Gew% Maismehl ein Formkörper mit verbesserter Profiloberfläche erzeugt werden.
Nachteilig an dem in der AT-A 1682/2001 offenbarten Formkörper ist es, dass es für die Herstellung eines dichten, formtreuen Formkörpers unerlässlich ist, das verwendete Holzfasermaterial mit großem Aufwand zu trocknen und dass selbst dann auf den Einsatz von anorganischen wasserbindenden Substanzen bzw. auf den zusätzlichen Einsatz von organischen wasserbindenden Substanzen nicht verzichtet werden kann.
Ein Vorteil bei der Verwendung von nicht getrocknetem Material besteht darin, dass damit auf einfache und wirtschaftliche Formkörper herstellbar sind, deren Feuchte sich mit der im mitteleuropäischen Klima typischerweise auftretenden Luftfeuchte (20 - 80 Gew%) im Gleichgewicht befindet. Solche Formkörper sind besonders formstabil.
Es ist daher die Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, einen Formkörper bereitzustellen, bei dem auf eine derart aufwändige Vortrocknung des verwendeten biologischen Fasermaterials verzichtet werden kann. Diese Aufgabe wird nun erfindungsgemäß bei einem Formkörper, der mindestens ein pflanzliches oder tierisches Fasermaterial, mindestens einen Kunststoff und mindestens ein wasserbindendes Biopolymer umfasst, dadurch gelöst, dass er einen Wassergehalt von ≥ 8,0 Gew%, bevorzugt von ≥ 8,5 Gew%, besonders bevorzugt von > 9,0 Gew% aufweist und nicht expandiert ist.
Völlig gegensätzlich zur aus dem Stand der Technik bekannten Lehre wurde gefunden, dass selbst bei Einsatz einer Rohstoffmischung mit insgesamt so hoher Restfeuchte, dass daraus ein Formkörper mit einem Wassergehalt von > 8,0 Gew% resultiert, ein formtreuer Formkörper mit einwandfreier Oberfläche hergestellt werden kann.
Zur Lösung der erfindungsgemäß gestellten Aufgabe ist es einerseits erforderlich, den Wassergehalt des Formkörpers jenseits von 8,0 Gew% zu halten, denn nur so ist sichergestellt, dass auf eine wie im Stand der Technik beschriebene aufwändige Vortrocknung verzichtet werden kann.
Weiters ist es erforderlich, dass der Formkörper nicht expandiert ist. Unter einem nicht expandierten Formkörper wird im Rahmen der gegenständlichen Erfindung ein Formkörper verstanden, der im Zuge seiner Herstellung durch den Schritt der Ausformung weniger als 10 % Volumenszuwachs erfährt, d.h. einen Expansionsindex von weniger als 1 ,1, insbesondere von 1,00 bis 1,09 aufweist. Der Expansionsindex ist bei der Herstellung des Formkörpers durch die Wahl der Ausformung bzw. der Wahl der Verfahrensbedingungen bei der Ausformung einstellbar.
Unter dem Begriff „Formkörper" wird im Rahmen der gegenständlichen Erfindung das Verfahrensprodukt eines Formgebungsverfahrens, beispielsweise Pressen, Pelletieren, Granulieren, Spritzgießen, Profil-Extrudieren etc., verstanden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausfgestaltungsform der Erfindung weist der Formkörper einen Wassergehalt von bis zu 15 Gew%, bevorzugt von bis zu 12 Gew% auf.
Grundsätzlich ist es zwar auch bei höheren Wassergehalten möglich, einen nicht expandierten Formkörper herzustellen, allerdings wird dann wegen der einzuhaltenden Beschränkungen bei der Ausformung des Formkörpers oftmals der Weg einer ökonomisch sinnvollen Produktion verlassen.
Als Fasermaterialien sind im Prinzip alle Materialien pflanzlichen oder tierischen Ursprungs verwendbar, die faserige Plymere enthalten und dadurch den Formkörpern gute Festigkeitseigenschaften verleihen können. Beispiele für geeignete pflanzliche Fasermaterialien sind Holzfasern, Holzmehl, Holzschnitzel, zellulosehältige Materialien wie Altpapier, Hanf, Stroh, Flachs oder sonstige agrarische Faserstoffe wie z.B. zerkeinerte Pflanzenteile, etwa Reisschalen oder Zuckerrohrabfälle. Auch tierisches Fasermaterial kann beispielsweise in Form von Lederabfällen verwendet werden. Um möglichst kostengünstige Formkörper herstellen zu können, sind - je nach Verfügbarkeit - auch Mischungen einzelner oder mehrerer der vorstehend genannten Materialien verwendbar. Die Fasermaterialien sind in einer Menge von 5 - 95 Gew%, insbesondere von 30 - 80 Gew% in den Formkörpern enthalten.
Die erfindungsgemäßen Formkörper enthalten zumindest einen Kunststoff, der entweder duro- oder thermoplastisch sein kann. Die Art des verwendeten Kunststoffes richtet sich auch nach dem Verwendungszweck der erzeugten Formkörper. Beispiele für geeignete Kunststoffe sind Polyethylen, Polypropylen, PVC, Melamin, Polyurethan, Polyester, Polyamid, Polymethylmethacrylat, Polyvinylacetat, Polystyrol, Polycarbonat, Polybuten, sowie Mischungen der vorgenannten Kunststoffe. Auch jede Art von Random-, Block- sowie Pfropf-Copolymeren ist mitumfasst. Die Menge des in den erfindungsgemäßen Formkörpern enthaltenen Kunststoffs bzw. Kunststoffgemischs beträgt 2 - 90 Gew%, insbesondere von 5 - 50 Gew%.
Die erfindungsgemäßen Formkörper enthalten weiters zumindest ein Biopolymer, welches geeignet ist, Wasser zu binden, indem es beispielsweise bei erhöhter Temperatur mit Wasser interagiert und dieses einbaut. Das Biopolymer bindet zumindest einen Teil des Wassers, so dass dieses bei der Ausformung des Formkörpers nicht zur Verdampfung zur Verfügung steht. Geeignete Biopolymer sind beispielsweise Stärke oder Stärke enthaltende zerkleinerte Feldfrüchte wie Mais oder Reis in Form von Mehl. Ebenfalls geeignet sind neben Proteinen, beispielsweise Gluten, Kollagen, Keratin, auch Lignine, Pektine und Hemicellulosen, die Wasser ähnlich binden können wie Stärke. Die Menge des in den erfindungsgemäßen Formkörpern enthaltenen Biopolymers beträgt 5 - 50 Gew%, insbesondere 10 - 30 Gew%.
Gegebenenfalls können der Rohstoffmischung weitere, in der Kunststofftechnik übliche Hilfsmittel, wie Weichmacher, Füllstoffe, Haftvermittler, Farbstoffe, Gleitmittel, thermische und/oder UV Stabilisatoren, Antioxidantien oder Flammschutzmittel in einer Menge von 0,2 - 20 Gew%, bevorzugt 0,5 - 10 Gew%, bezogen auf die Gesamtmasse der Rohstoffmischung zugegeben werden.
In Abhängigkeit von Art und Menge der eingesetzten Rohstoffe weisen die erfindungsgemäßen Formkörper eine Dichte von von 0,8 - 2,0 g/cm3, vorzugsweise von 1 ,0 - 1 ,5 g/cm3 auf.
[Anspruch 7]
Um sicherzustellen, dass bei der Ausformung der erfindungsgemäßen Formkörper das darin enthaltene Wasser nicht bzw. nicht zu rasch verdampft, was zu Formkörpern mit beeinträchtigter Oberfläche bzw. zu expandierten Formkörpern mit unerwünschten mechanischen Eigenschaften führt, ist es erforderlich, die Formkörper durch eine unter Druck erfolgende Ausformung herzustellen. Die dabei auftretenden bzw. aufzuwendenden Drücke betragen je nach Ausformungsverfahren bis zu 500 bar (Extrusion) bzw. bis zu 2000 bar (Spritzgießen). In Einzelfällen können noch höhere Drücke aufgewendet werden.
Optional kann die Rohstoffmischung vor der Ausformung einer ebenfalls unter Druck erfolgenden, plastischen bzw. thermoplastischen Umformung, beispielsweise in einem Extruder, unterzogen werden.
Bevorzugterweise kommen zur Ausformung der erfindungsgemäßen Formkörper die Verfahren Pressen, Pelletieren, Spritzprägen oder Spritzgießen zur Anwendung.
Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Formkörper. Zur Herstellung der Formkörper wird
pflanzliches und/oder tierisches Fasermaterial mit einem Feuchtegehalt von 5 - 20 Gew%, vorzugsweise von 8 - 15 Gew%, mit mindestens einem Kunststoff, mit mindestens einem wasserbindenden Biopolymer und gegebenenfalls mit Wasser zu einer Rohstoffmischung mit einem Feuchtegehalt von > 8 Gew%, vorzugsweise von bis zu 20 Gew%, besonders bevorzugt von bis zu 15 Gew%, vermischt,
die Rohstoffmischung gegebenenfalls erwärmt, die gegebenenfalls erwärmte Rohstoffmischung gegebenenfalls - plastisch oder thermoplastisch unter Druck-, sowie gegebenenfalls unter Temperaturerhöhung - zu einer Formmasse umgeformt und
die gegebenenfalls erwärmte Rohstoffmischung oder die Formmasse unter Druck, sowie gegebenenfalls unter Temperaturerhöhung zu einem nicht expandierten Formkörper ausgeformt.
Bei manchen Rohstoffmischungen ist es von Vorteil, wenn zur Einstellung der Feuchte Wasser zugesetzt wird, um einen Feuchtegehalt der Rohstoffmischung von > Gew% zu erhalten.
Nach einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Rohstoffmischung durch trockenes Mischen der Einzelkomponenten hergestellt und die Rohstoffmischung dann einer Pelletpresse (ähnlich einer Pelletpresse zur Herstellung von Holzpellets) zugeführt. Indem eine geeignete Wahl der Verarbeitungsparameter, insbesondere der Verarbeitungsgeschwindigkeit, getroffen wird, wird ein nicht expandierter Formkörper, in diesem Fall ein Pellet, hergestellt. Bei der Pelletherstellung wird die Rohstoffmischung durch die Löcher einer Matrize gedrückt. Aufgrund innerer Reibungsvorgänge erwärmt sich die Rohstoffmischung dabei. Auch durch die gezielte Auswahl der Matrize kann auf das Verfahren Einfluß genommen werden. Beispielsweise gestattet es eine Matrize mit größerer Dicke - wegen der beim Durchtritt durch die Löcher auftretenden größeren Drücke - auch noch bei höheren Feuchtegehalten, nicht expandierte Formkörper herzustellen.
Bevorzugterweise wird die Rohstoffmischung nicht erwärmt bevor, sie der Pelletpresse zugeführt wird. Allerdings kann es bei manchen Rohstoffmischnungen nötig sein, diese auf etwa bis zu 70 - 80 °C vorzuwärmen, um eine einwandfreie Pelletherstellung zu ermöglichen. In der Pelletpresse selbst findet ebenfalls bevorzugterweise keine Zufuhr thermischer Energie statt.
Außer Pelletieren sind weitere bevorzugte Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäßen Formkörper Pressen, Spritzprägen und Spritzgießen.
Beim Spritzgießen wird die Rohstoffmischung ebenfalls zunächst trocken vorgemischt. Dann wird die Rohstoffmischung einem Extruder aufgegeben, worin die Rohstoffmischung unter Druck, sowie bei Massetemperaturen von 100-200 °C einer thermoplastischen Umformung unterzogen und zu einer Formmasse umgeformt wird.
Im Extruder wird durch gleichzeitiges Dosieren der Rohstoffe und Zurückfahren der Schnecke ein Materialpolster aufgebaut, der dann unter Druck mit bis zu 2000 bar in das Werkzeug eingespritzt wird. Das Werkzeug beinhaltet sowohl das Angusssystem als auch die Kavitäten. Das Angusssystem kann von einem Kalt- oder Heißkanalverteiler oder Kombinationen davon gebildet werden. Bevorzugt ist aus Kostengründen ein Kaltkanalverteiler.
An das Angusssystem schließen die Kavitäten an welche mit der Formmasse unter Druck gefüllt werden. Bis zur Erstarrung der Formmasse bleibt die Form geschlossen. Nach der Erstarrung der Formmasse wird die Form geöffnet und der spritzgegossene Formkörper entformt.
Die erfindungsgemäßen Formkörper sind entweder schon für sich alleine überall dort einsetzbar, wo heutzutage reine Kunststoff- oder reine Holzteile verwendet werden, oder sie können in an sich bekannter Weise in einem nachfolgenden Verfahrensschritt zu solchen Formteilen verarbeitet werden.. Beispiele für solche Formteile sind: Kanten, Leisten, Fassadenteile, Bodendielen, Zaunelemente, Kabelkanäle, Blenden, Profile, Verkleidungen, Verpackungsmaterialien, Hohlprofile und Zierleisten.
Beispiele
Vergleichsbeispiel 1
In einen Doppelschneckenextruder wurden 300 kg/h der folgenden Rohstoffmischung dosiert:
73 Gew% Holzspäne (Wassergehalt 10,5 Gew%)
10 Gew% Polypropylen
15 Gew% Maismehl (Wassergehalt 11 ,5 Gew%)
2 Gew% Haftvermittler (Maleinsäureanhydrid-gepfropftes PP)
Der Feuchtegehalt der Rohstoffmischung wurde durch Wasserzusatz auf 12 Gew% eingestellt.
Als Formkörper wurde ein Granulat hergestellt. Als Granulierwerkzeug wurde eine Lochplatte mit 32 Löchern mit jeweils 3,0 mm Durchmesser verwendet.
Extrusionsbedingungen
Einzugszone: 150 °C
Zone l: 160 °C
Zone 2: 170 °C
Zone 3: 180 °C
Zone 4: 180 °C
Düseneinlauf: 170 °C
Düse: 160 °C
Schnecke: 90 °C
Massetemperatur: 190 °C
Schneckendrehzahl: 35 U/min
Austrittsgeschwindigkeit der Granulatstränge: 4 m/min
Das so hergestellte Granulat hatte einen Feuchtegehalt von 9 Gew%. Das Granulat weist allerdings einen mittleren Durchmesser von 3,3 mm auf. Ausgehend vom ursprünglichen Lochdurchmesser (3,0 mm) entspricht dies daher einem Volumenszuwachs von 21 %. Die solchermaßen hergestellten Formkörper waren daher expandiert. Beispiel 2
In einen Pelletierer wurden 300 kg/h der folgenden Rohstoffmischung dosiert:
73 Gew% Holzspäne (Wassergehalt 10,5 Gew%)
10 Gew% Polypropylenpulver
15 Gew% Maismehl (Wassergehalt 11 ,5 Gew%)
2 Gew% Haftvermittler (Maleinsäureanhydrid -gepfropftes PP)
Der Feuchtegehalt der Rohstoffmischung wurde durch Wasserzusatz auf 12 Gew% eingestellt.
Es wurde eine Lochplatte mit mehreren hundert Löchern zu je 6,0 mm Lochdurchmesser verwendet. Beim Pelletierer wurde das Kollergangspiel auf 0,2 mm eingestellt. Die Leistungsaufnahme des Pelletierers betrug 50 - 60 A.
Die Feuchte der solchermaßen hergestellten Pellets betrug 9 Gew%. Der Pelletdurchmesser betrug im Mittel 6,0 mm (Expansionsindex = 1 ,0).
Beispiel 3
In einen Pelletierer wurden 300 kg/h der folgenden Rohstoffmischung dosiert:
72 Gew% Holzspäne (Wassergehalt 10,5 Gew%)
10 Gew% Polyvinylaceteat
15 Gew% Maismehl (Wassergehalt 11 ,5 Gew%)
1 Gew% Titandioxid
2 Gew% Ca-Stearat
Der Feuchtegehalt der Rohstoffmischung wurde durch Wasserzusatz auf 12 Gew% eingestellt.
Es wurde eine Lochplatte mit mehreren hundert Löchern mit je 6,0 mm Lochdurchmesser verwendet. Beim Pelletierer wurde das Kollergangspiel auf 0,2 mm eingestellt. Die Leistungsaufnahme des Pelletierers betrug 50 - 60 A.
Die Feuchte der solchermaßen hergestellten Pellets betrug 10 Gew%. Der Pelletdurchmesser betrug im Mittel 6,1 mm (Expansionsindex = 1 ,034). Beispiel 4
Gemäß Beispiel 2 hergestellte Pellets werden in einen Doppelschneckenextruder Extruder dosiert (130 kg/h) und daraus ein Fensterrahmen-Profil extrudiert.
Extrusionsbedingungen
Einzugszone: 150 °C
Zone 1: 160 °C
Zone 2: 170 °C
Zone 3: 180 °C
Düseneinlauf: 160 °C
Düse: 160 °C
Schnecke: 130 °C
Massetemperatur: 180 °C
Schneckendrehzahl: 12 U/min
Austrittsgeschwindigkeit des Profils: 3 n
Feuchtegehalt des Profils: 9 Gew%,
Dichte: 1 ,3 g/cm3
Die Querschnittsfläche des fertigen Profils ist mit dem Querschnitt des Extrusionswerkzeuges identisch. Der Expansionsindex beträgt daher 1 ,0.
Beispiel 5
Gemäß Beispiel 3 hergestellte Pellets werden in einen Doppelschneckenextruder Extruder dosiert (300 kg/h) und daraus ein Paneel Profil extrudiert.
Extrusionsbedingungen
Einzugszone: 80 °C
Zone 1: 120 °C
Zone 2: 130 °C
Zone 3: 110 °C
Düseneinlauf: 115 °C
Düse: 130 °C Schnecke: 60 °C
Massetemperatur: 130 °C
Schneckendrehzahl: 30 U/min
Austrittsgeschwindigkeit der Granulatstränge: 3,5 min
Feuchtegehalt des Profils: 10 Gew%, Dichte: 1 ,4 g/cm3
Die Querschnittsfläche des fertigen Profils ist mit dem Querschnitt des Extrusionswerkzeuges identisch. Der Expansionsindex beträgt daher 1 ,0.

Claims

Ansprüche
1. Formkörper, umfassend
mindestens ein pflanzliches oder tierisches Fasermaterial, mindestens einen Kunststoff und mindestens ein wasserbindendes Biopolymer,
dadurch gekennzeichnet, dass,
er einen Wassergehalt von > 8,0 Gew%, bevorzugt von ≥ 8,5 Gew%, besonders bevorzugt von ≥ 9,0 Gew% aufweist und nicht expandiert ist.
2. Formkörper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass er einen Wassergehalt von bis zu 15 Gew%, bevorzugt von bis zu 12 Gew% aufweist.
3. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass darin pflanzliches Fasermaterial wie z.B. Holzfasern, Holzmehl, Holzschnitzel, zellulosehältige Materialien wie Altpapier, Hanf, Stroh, Flachs, agrarische Faserstoffe, oder Mischungen davon in einer Menge von 5 - 95 Gew%, insbesondere von 30 -
80 Gew% enthalten ist.
4. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass darin thermo- oder duroplastischer Kunststoff wie z.B. Polyethylen, Polypropylen, PVC, Melamin, Polyurethan, Polyester, Polyamid, Polymethylmethacrylat, Polyvinylacetat, Polystyrol, Polycarbonat, Polybuten, oder Mischungen davon in einer Menge von 2 -
90 Gew%, insbesondere von 5 - 50 Gew% enthalten ist.
5. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass darin wasserbindendes Biopolymer wie z.B. Stärke, Stärke enthaltende Pflanzenteile, Pektin, Lignin, Hemicellulose, Chitin oder Mischungen davon in einer Menge von 5 - 50 Gew%, insbesondere 10 - 30 Gew% enthalten ist.
6. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Dichte von 0,8 - 2,0 g/cm3, vorzugsweise von 1 ,0 - 1 ,5 g/cm3 aufweist.
7. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er, gegebenenfalls nach einer unter Druck stattfindenden plastischen bzw. thermoplastischen Umformung, durch eine unter Druck erfolgende Ausformung erhältlich ist.
8. Formkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass er durch Pressen, Pelletieren, Spritzprägen oder Spritzgießen herstellbar ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
pflanzliches und/oder tierisches Fasermaterial mit einem Feuchtegehalt von 5 - 20 Gew%, vorzugsweise von 8 - 15 Gew%, mit mindestens einem Kunststoff, mit mindestens einem wasserbindenden Biopolymer und gegebenenfalls mit Wasser zu einer Rohstoffmischung mit einem Feuchtegehalt von > 8 Gew%, vorzugsweise von bis zu 20 Gew%, besonders bevorzugt von bis zu 15 Gew%, vermischt wird,
die Rohstoffmischung gegebenenfalls erwärmt wird,
die gegebenenfalls erwärmte Rohstoffmischung gegebenenfalls - plastisch oder thermoplastisch unter Druck-, sowie gegebenenfalls unter Temperaturerhöhung - zu einer Formmasse umgeformt wird,
die gegebenenfalls erwärmte Rohstoffmischung oder die Formmasse unter Druck, sowie gegebenenfalls unter Temperaturerhöhung zu einem nicht expandierten Formkörper ausgeformt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die unter Druck stattfindende Ausformung durch Pressen, Pelletieren, Spritzprägen oder Spritzgießen erfolgt.
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