DE3630937A1 - Verwendung von natuerlichen cellulosefasern als beimischung zu polyvinylchlorid - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von natürlichen Cellulosefa­ sern als Beimischung zu Polyvinylchlorid zur Einschränkung des Rück­ schrumpfes von Bändern und Profilen.

Die Verwendung von natürlichen Cellulosefasern als Füllstoffe in der verarbeitenden Industrie ist bekannt. Es handelt sich hierbei um hochreine weiße Pulver oder Fasern mit einem Cellulosegehalt von min­ destens 99,5%, bezogen auf die Trockensubstanz. Derartige Cellu­ lose-Füllstoffe zeichnen sich durch ausgewogene Schüttgewichte aus, die eine optimale Einarbeitung in den Grundstoff gewährleisten. Die Cellulose-Füllstoffe sind nicht abrasiv und weitgehend inert gegen Säuren, Laugen und Lösungsmittel.

Besonders vorteilhaft bei der Einmischung von Cellulose-Füllstoffen in fließfähige Grundmaterialien ist die Tatsache, daß die einzelnen Fasern aufgrund des Herstellungsprozesses eine fibrillierte Oberflä­ che aufweisen, die eine optimale Verankerung im Grundmaterial gewähr­ leistet. Die Fasern werden aus Holz gewonnen, welches entsprechend zerkleinert und chemisch von Lignin und anderen Verunreinigungen ge­ reinigt wird. Das Cellulose-Rohmaterial wird im Anschluß an den Rei­ nigungsprozess zu den verschiedensten Faserlängen vermahlen.

Bei der Herstellung von Bändern und Profilen aus Polyvinylchlorid hat sich als nachteilig herausgestellt, daß bei der Verwendung der Bänder oder Profile bei erhöhter Temperatur ein erheblicher Rückschrumpf auftritt, der z. B. geprüft bei 110°C über eine Stunde, in der Grö­ ßenordnung zwischen 2-4% der Ursprungslänge liegt. Eine derartige Längenreduzierung ist in vielen Fällen nicht akzeptierbar.

Man hat zwar durch den Einsatz spezieller Werkzeuge erreicht, daß der Rückschrumpf auf ca. 1,5% reduziert werden konnte, jedoch ist auch dieser Wert noch zu hoch.

Auch die Verwendung von Füllstoffen ist in der Verarbeitung von Poly­ vinylchlorid bekannt. Verwendet werden hier beispielsweise kör­ nige Füllstoffe wie Kalziumkarbonat u.ä. Das Schrumpfverhalten von Bändern und Profilen wird durch solche Füllstoffe nur graduell ver­ bessert.

Wird Holzmehl als Füllstoff zu Polyvinylchlorid verwendet, so kann festgestellt werden, daß hier zwar eine Erniedrigung des Rückschrum­ pfes zu erzielen ist. Die Schlagzähigkeitswerte dagegen werden ganz erheblich reduziert und es ist festzustellen, daß die Oberflächengü­ te von Bändern und Profilen, die mit Holzmehl als Füllstoff beladen sind, nicht mehr den gestellten Anforderungen entspricht. Außerdem hat sich gezeigt, daß bei der Verwendung von Holzmehl als Füllstoff die Bänder und Profile sich in einer Art verfärben, daß sich in vie­ len späteren Anwendungsfällen nicht mehr tolerierbare Einschränkun­ gen ergeben.

Bei der Verwendung von Glasfasern als Füllstoffe bei der Herstellung von Bändern und Profilen aus Polyvinylchlorid ergibt sich ein star­ ker Abfall der Schlagzähigkeitswerte sowie eine nicht geschlossene, rauhe Oberfläche der Bänder und Profile, die bei vielen Anwendungs­ bereichen nicht mehr tolerierbar ist. Ferner stellt sich als nach­ teilig bei der Verwendung derartiger Füllstoffe heraus, daß sich ein erhöhter Werkzeugverschleiß bei der Herstellung und auch bei der Wei­ terverarbeitung ergibt.

Hier setzt die Erfindung ein, die sich die besonderen Eigenschaften der natürlichen Cellulosefasern als Füllstoffe bei der Verarbeitung von fließfähigen Grundstoffen zunutze macht. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß die natürlichen Cellulosefasern als Beimischung zu Polyvinylchlorid mit einem Faseranteil von 1-40 Gewichtsprozent, vor­ zugsweise von 3-20 Gewichtsprozent, mit einer Faserdicke bis zu 40 µm und einer Faserlänge, die im Streubereich zwischen dem Faserdurch­ messer bis zu einer Abmessung von 400 µm liegt, zur Einschränkung des Rückschrumpfes sowie zur Verbesserung der mechanischen und/oder Ober­ flächeneigenschaften von verstärkten Bändern und Profilen verwendet werden.

Bänder und Profile aus Polyvinylchlorid, die in der erfindungsgemä­ ßen Abmischungstoleranz mit den natürlichen Cellulosefasern gefüllt sind, weisen bei einer Lagerung von einer Stunde und 110°C einen Rückschrumpfwert auf, der weit unter 1% liegt. Aufgrund der weichen Konsistenz der Füllstoff-Fasern wird bei derart gefüllten Bändern und Profilen eine optimale Oberfläche erzielt, die jede weitere Be­ arbeitung wie Lackieren usw. zuläßt. Der hohe Weißgrad der natürli­ chen Cellulosefasern ergibt keinerlei Farbbeeinträchtigung der mit diesem Füllstoff gefüllten Bänder und Profile, wenn die mit diesem Füllstoff versehenen Bänder und Profile bereits im Urformprozess durch Zusatz von Farbpigmenten zu dem thermoplastischen Grundstoff Polyvinylchlorid eingefärbt werden.

Die mit natürlichen Cellulosefasern gefüllten Bänder und Profile aus Polyvinylchlorid besitzen eine gute Kerbschlagzugzähigkeit, so daß ein Splittern der Bänder und Profile beispielsweise bei mechanischer Weiterverarbeitung nicht erfolgt. Daneben ist wesentlich der Vor­ teil, der sich durch den vernachlässigbar niedrigen Rückschrumpf der erfindungsgemäß mit natürlichen Cellulosefasern gefüllten Bänder und Profile ergibt. Der Begriff Profile umfaßt in seiner Bedeutung alle profilierten Gegenstände wie Vollprofile, Hohlprofile, Rohre usw. In besonderen Fällen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn vor der Beimischung der natürlichen Cellulosefasern in den erfindungsge­ mäßen Mischungsbereichen die Fasern mit einem Haftvermittler belegt werden. Obwohl durch das Herstellungsverfahren bedingte fibrillierte Oberfläche der Einzelfasern bereits eine sehr gute Haftung der Fa­ sern im Grundstoff erzielt werden kann, da der fließfähige, thermo­ plastische Grundstoff die einzelnen Fibrillen hintergreift, kann es in gewissen Anwendungsbereichen vorteilhaft sein, diese Haftung durch vorheriges Aufbringen von Haftvermittler auf die Fasern noch zu ver­ stärken. Der Haftvermittler kann beispielsweise durch Versprühen auf die Fasern aufgebracht werden. Im Einzelfall kann es erforderlich sein, die Fasern nach einem solchen Sprühvorgang nochmals einem Mahl­ prozess zu unterwerfen.

Die erfindungsgemäß angegebene Länge der natürlichen Cellulosefasern bis zu 400 µm ist ein Erfahrungswert, der durch Versuche festgestellt wurde. Bei der Verwendung von Fasern größerer Längenabmessungen wur­ de festgestellt, daß sich in diesem Fall die Fasern beim Einmischen in den thermoplastischen Grundstoff gewissermaßen verknoten, jeden­ falls nachteilige Verdickungen bilden, die sich auch an der Oberflä­ che der Bänder und Profile abzeichnen können. Solche Verknotungen können mit den bei der großtechnischen Kunststoffverarbeitung übli­ chen Mischverfahren nicht mehr gelöst werden.

Die nachstehenden Beispiele zeigen in der Gegenüberstellung zwischen Profilen, die erfindungsgemäß mit natürlichen Cellulosefasern ge­ füllt sind, und solchen, bei denen andere Füllstoffe verwendet wur­ den, die besonders günstigen Eigenschaften der ersteren Profile.

Beispiel 1

Gefertigt wurde ein extrudiertes Band der Abmessung 23 mm Breite, 3 mm Wanddicke, wie es in der Möbelindustrie zur Kantenbegrenzung von Platten verwendet wird. Zur Anwendung kam folgende Zusammenset­ zung:

100 GewichtsteileSuspensions-PVC K-Wert 65 2 GewichtsteileBleistabilisator 1,5 GewichtsteileGleitmittel 2 GewichtsteilePolymethylmetacrylat-Pulver als Fließhilfe 35 TeileCellulose-Füllstoff in der erfindungsgemäßen Abmischung Farbpigmente

Bei den Cellulosefasern handelt es sich um einen Füllstoff mit einem mittleren Faserdurchmesser von 15 µm und einer Faserlänge mit 99% kleiner als 150 µm. Die Mischungsaufbereitung einschließlich des Einmi­ schens der Cellulosefasern erfolgte in einem branchenüblichen Schnellmischer.

Das extrudierte Profil besaß eine matte, geschlossene Oberfläche. Die Rückschrumpfprüfung ergab nach Lagerung von einer Stunde bei 110°C einen Wert von 0,3%. Die Kerbschlagzugzähigkeit gemäß DIN 53448 wur­ de mit 45 KJ/m² bestimmt.

Das gefertigte Band konnte mit diesen optimalen Einstellungen direkt zur Weiterverarbeitung an die Möbelindustrie ausgeliefert werden.

Beispiel 2

Gegenüber Beispiel 1 wurde in der Rezeptur der Artikel Cellulose- Füllstoff durch die gleiche Menge Holzmehl mit einer Teilchenlänge von 150 µm ersetzt.

Es wurde zwar auch bei diesem Profil ein Schrumpf von nur 0,6% bei der Rückschrumpfprüfung erreicht, die Profiloberfläche war jedoch rauh und schuppig. Darüberhinaus fand bei dem Profil durch die bräun­ liche Eigenfarbe des Holzmehles eine starke Farbverschiebung statt, die die in der Möbelindustrie zum Beispiel geforderten hellen Farb­ töne nicht mehr zuläßt.

Die Kerbschlagzugzähigkeit gemäß DIN 53448 wurde mit 27 KJ/cm² be­ stimmt. Sie liegt damit erheblich niedriger als bei Beispiel 1.

Beispiel 3

Hier wurde die abmessungsgleiche Cellulosefaser des Beispiels 1 in einem völlig anderen Rezepturaufbau verwendet. Aufgabe war die Her­ stellung weitgehend antistatischer Profile, die neben geringem Schrumpf auch hohe Anforderungen an die Oberflächengüte erfüllen muß­ ten. Zur Anwendung kam folgende Zusammensetzung:

100 GewichtsteileEmulsions-PVC K-Wert 65 1,2 GewichtsteileZinnstabilisator 2,8 TeileGleitmittelgemisch 1,2 GewichtsteilePolymethylmetacrylat-Pulver als Fließhilfe 5 GewichtsteileCellulosefüllstoff Farbpigmente

Hergestellt wurde ein Bandprofil mit 24 mm Breite und 2 mm Wanddicke. Erzielt wurde bei der Herstellung ein Bandprofil mit einer sati­ nierten, glatten, geschlossenen Oberfläche und einem einwandfreien Farbausfall. Der hohe Weißgrad des verwendeten Füllstoffes Cellulo­ sefaser hat praktisch keinen selbstfärbenden Einfluß auf den Profil­ ausfall.

Der Rückschrumpf wurde nach Lagerung von einer Stunde bei 110°C mit 0,7% bestimmt. Die Kerbschlagzugzähigkeit nach DIN 53448 betrug in diesem Fall 96 KJ/m².

Auch dieses Profil konnte aufgrund seiner Eigenschaften ohne weitere Aufwendungen der späteren Weiterverarbeitung zugeführt werden.

Beispiel 4

Hier wurde ein Profil der Abmessungen gemäß Beispiel 3 hergestellt, jedoch nicht mit Cellulosefasern als Füllstoff, sondern mit einem körnigen Füllstoff. Zur Anwendung kam folgende Zusammensetzung:

100 GewichtsteileEmulsions-PVC K-Wert 65 1,2 GewichtsteileZinnstabilisator 2,8 GewichtsteileGleitmittelgemisch 1,2 GewichtsteilePolymethylmetacrylat-Pulver als Fließhilfe 7 GewichtsteileKalziumkarbonat mittlerer Korngröße von 3 µ

Das extrudierte Profil wies eine matte Oberfläche auf. Bei der Prü­ fung auf Rückschrumpf ergab sich nach Lagerung von einer Stunde bei 110°C ein Wert von 2,3%. Die Kerbschlagzugzähigkeit nach DIN 53448 wurde mit 99 KJ/m² bestimmt.

Beispiel 5

Hier wurde als Grundstoff ein besonders schlagzäh modifiziertes Poly­ vinylchlorid hart verwendet, wie es vielfältig in der weiterver­ arbeitenden Industrie eingesetzt wird. Der Mischprozess war iden­ tisch mit Beispiel 1, genauso wie die Profilabmessungen. Zur Anwen­ dung kam folgende Zusammensetzung:

92 GewichtsteileSuspensions-PVC K-Wert 65 8 GewichtsteileMetacrylat-Butadien-Styrol-Polymer als Schlagzähkomponente 2 GewichtsteileBleistabilisator 1,8 GewichtsteileGleitmittelgemisch 1 GewichtsteilPolymethylmetacrylat als Fließhilfe 18 GewichtsteileCellulose-Füllstoff mit Faserverteilung 99% kleiner als 250 µm und einem Faserdurchmesser von ca. 25 µm.

Das extrudierte Profil wies eine matte, geschlossene Oberfläche auf. Bei der Prüfung auf Rückschrumpf ergab sich nach Lagerung von einer Stunde bei 110°C ein Wert von 0,4%. Die Kerbschlagzugzähigkeit nach DIN 53448 wurde mit 140 KJ/m² bestimmt.

Beispiel 6

Dieses Beispiel dient dem Nachweis, daß auch bei hoher Dosierung kör­ nige, nichtfasrige Füllstoffe, die gelegentlich zur Reduzierung des Rückschrumpfes empfohlen werden, nur graduell wirksam sind.

Es wurde ein Band gemäß Beispiel 1 hergestellt. Zur Anwendung kam folgende Zusammensetzung:

92 GewichtsteileSuspensions-PVC K-Wert 65 8 GewichtsteileMetacrylat-Butadien-Styrol-Polymer als Schlagzähkomponente 2 GewichtsteileBleistabilisator 1,8 GewichtsteileGleitmittelgemisch 1 TeilPolymethylmetacrylat als Fließhilfe 40 TeileKalziumkarbonat-Füllstoff mittlerer Teilchengröße von 3 µ

Das extrudierte Profil wies eine geschlossene Oberfläche auf. Bei der Prüfung auf Rückschrumpf ergab sich nach Lagerung von einer Stunde bei 110°C ein Wert von 2,2%. Die Kerbschlagzugzähigkeit gemäß DIN 53448 wurde mit 145 KJ/m² bestimmt.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß körnige Füllstoffe wie Kalziumkarbonat lediglich eine graduelle Verbesserung des Rück­ schrumpfes erbringen. Bei der Verwendung von Holzmehl als Füllstoff ist es zwar prinzipiell möglich, den Rückschrumpf von Bändern und Profilen aus Polyvinylchlorid zu erniedrigen, jedoch wird die Kerb­ schlagzugzähigkeit erheblich reduziert und die Oberflächengüte ent­ spricht nicht mehr den Anforderungen. Auch bezüglich der Eigenfär­ bung dieses Füllstoffes ergeben sich nicht mehr tolerierbare Ein­ schränkungen.

Bei der Verwendung von Glasfasern als Füllstoff ergibt sich als nach­ teilig der starke Abfall der Kerbschlagzugzähigkeit sowie die rauhe Oberfläche mit dem Werkzeugverschleiß.

Claims (2)

1. Verwendung von natürlichen Cellulosefasern als Beimischung zu Po­ lyvinylchlorid mit einem Faseranteil von 1-40 Gewichtsprozent, vorzugsweise von 3-20 Gewichtsprozent, mit einer Faserdicke bis zu 40 µm und einer Faserlänge, die im Streubereich zwischen dem Fa­ serdurchmesser bis zu einer Abmessung von 400 µm liegt, zur Ein­ schränkung des Rückschrumpfes sowie zur Verbesserung der mechani­ schen und/oder der Oberflächeneigenschaften von verstärkten Bän­ dern und Profilen.

2. Verwendung von natürlichen Cellulosefasern nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Fasern vor dem Einmischen in das Po­ lyvinylchlorid mit einem Haftvermittler belegt sind.