DE10210107A1

DE10210107A1 - Verfahren zum Herstellen eines thermoplastischen Naturfaserprodukts

Info

Publication number: DE10210107A1
Application number: DE2002110107
Authority: DE
Inventors: Helmut Hiendl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2003-10-09

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein neuartiges Verfahren zum Herstellen eines thermoplastischen Naturfaserproduktes durch Behandeln wenigstens einer Naturfaserkomponente sowie wenigstens einer thermoplastischen Kunststoffkomponente in einer Misch- und Zerkleinerungseinrichtung mit wenigstens einem in dem Behandlungsraum dieser Einrichtung vorgesehenen Misch- und Zerkleinerungselemente zur Erzielung eines Misch- oder Zwischenprodukts, welches zumindest die Naturfaserkomponente in zerkleinerter Form und zumindest teilweise auf dieser abgeschieden die Kunststoffkomponente aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines thermoplastischen Naturfasermaterials oder eines thermoplastischen Naturfaserprodukts gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.
Bekannt ist ein Material bestehend aus zerkleinertem Holz oder Cellulose und einem thermoplastischen Kunststoff (EP 0 667 375 A1). Bei diesem bekannten Material liegt der Anteil an Kunststoff zwischen 25 und 80 Gewichtsprozent und der Anteil an zerkleinerter Cellulose bzw. an zerkleinerter Naturfaserkomponente bei etwa 20 bis 75 Gewichtsprozent. Ein grundsätzlicher Nachteil besteht darin, daß insbesondere dann, wenn als Naturfaserkomponente Holz verwendet wird, diese Komponente einen sehr hohen Anteil an Wasser enthält (bis zu 15 Gewichtsprozent). Dieser Wasseranteil muß entfernt und/oder neutralisiert werden, was entweder durch starkes Erhitzen der Gesamtmasse aus Holz und Kunststoff oder durch eine an sich nicht erwünschte Zugabe von Wasser neutralisierenden Zusätzen oder Füllstoffen, wie z. B. Calziumcarbonat, oder aber durch die Verwendung spezieller, Wasser neutralisierender oder absorbierender Kunststoffe erfolgt.
Der Wassergehalt der Naturfaserkomponente ist insbesondere deswegen störend, weil er bei einer späteren Verarbeitung der Holz-Kunststoff-Masse zu Formteilen usw. zur Bildung Dampfblasen führt und damit u. a. zu unerwünschten Vertiefungen oder Unebenheiten in der Außenfläche des hergestellten Formteils.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren aufzuzeigen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die wenigstens eine Kunststoffkomponente aus dem thermoplastischen Kunststoff dem Behandlungsraum als Strang zugeführt. Im Behandlungsraum wird dann dieser Strang durch die im Behandlungsraum angeordnete Misch- und Trenneinrichtung ebenfalls zertrennt. Hierbei erfolgt gegebenenfalls bei unterstützender Beheizung des Behandlungsraumes durch die Zerkleinerungsarbeit, die Dehn- und Scherarbeit, die Reibungsarbeit usw. eine schonende und regelbare partielle Erhitzung der im Verfahren befindlichen Bestandteile, so daß einerseits der Wasseranteil durch Verdampfen aus der Naturfaserkomponente ohne deren Beschädigung zuverlässig entfernt und andererseits die thermoplastische Kunststoffkomponente soweit erhitzt wird, daß sich diese Komponente zumindest teilweise als Beschichtung auf der fein zerkleinerten Naturfaserkomponente abscheidet, also ein "Mischprodukt" erhalten wird, welches fein zerkleinerte Partikel oder Fasern der Naturfaserkomponente mit der Kunststoffkomponente beschichtet enthält. Das Zertrennen erfolgt durch Reißen, Brechen, Scheren, Schneiden usw.. Durch das Einbringen der Kunststoffkomponente als Strang ergibt sich auch die Möglichkeit einer sehr genauen und einfachen Dosierung.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird als Naturfaserkomponente Holz, vorzugsweise als Holz-Pellets verwendet, mit denen sich dann auch für die Naturfaserkomponente eine einfache und genaue Dosiermöglichkeit ergibt. Derartige Holz-Pellets sind dem Fachmann bekannt und werden durch Extrudieren von zerkleinertem Holz, beispielsweise Holzmehl, Holzspäne oder anderen Holzresten hergestellt, und zwar dadurch, daß diese Holzbestandteile beim Extrudieren unter Druck und ohne Zusatzmittel, allein aufgrund der in natürlicher Weise im Holz vorhandenen Stoffe (Harz, Lignin usw.) zu Pellets geformt werden.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur, die in vereinfachter schematischer Darstellung die verschiedenen Schritte eines Verfahrens gemäß der Erfindung wiedergibt, näher erläutert.
Zentrales Element der in der Figur dargestellten Anlage zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein als Misch- und Zerkleinerungs- oder Trenneinrichtung dienender Agglomerator 1 bekannter Ausbildung, der im wesentlichen aus einem an der Oberseite offenen Behandlungsraum oder Behälter 2 mit einem im Innenraum des Behälters angeordneten und um die vertikale Behälterachse durch einen Antrieb 3 angetriebenen Trenn- und Rührelement 4 besteht. Die Drehgeschwindigkeit des schlagmesserartigen Trenn- und Rührelementes ist durch entsprechende Steuerung des Antriebes 3 und/oder eines nicht dargestellten Getriebes regelbar.
Dem Behälter 2 wird über einen Zuführtrichter 5 die Naturfaserkomponente 6 zugeführt, die bei der dargestellten Ausführungsform im wesentlichen Holzspäne in pelletierter Form ist. Die Verwendung der Naturfaserkomponente in Pellet-Form gestattet unter anderem ein vereinfachtes Handling und auch eine genauere und vereinfachte Dosierung bei der Zugabe der Naturfaserkomponente 6 in den Behälter 2.
In den Behälter 2 wird weiterhin die von wenigstens einem thermoplastischen Kunststoff gebildete Kunststoffkomponente eingebracht, und zwar über einen Dosierextruder 7, der mit seinem Ausgang 8 über der Öffnung des Behälters 2 angeordnet ist, so daß wenigstens ein vom Dosierextruder 7 erzeugte Stränge 9 der Kunststoffkomponente in den Behälter 2 kontinuierlich mit der kontinuierlichen Zugabe der Naturfaserkomponente eingebracht wird, und zwar in dem die Rezeptur entsprechenden Anteil Naturfaserkomponente/Kunststoffkomponente und bei umlaufendem Misch- und Trennelement 4.
Der Anteil an Kunststoff beträgt beispielsweise 20 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht des hergestellten thermoplastischen Naturfaserprodukts, bevorzugt liegt der Anteil an Kunststoff bei etwa 15 Gewichtsprozent oder niedriger.
In dem Agglomerator 1 erfolgt ein Zertrennen und Zerkleinern des Kunststoffstrangs 9 durch Schneiden, Reißen usw.. Gleichzeitig erfolgt in dem Behälter 2 auch ein Zerkleinern der als Pellets zugeführten Naturkomponente 6 und ein "Mischen" beider Komponenten.
Die Behandlung der beiden Komponenten in dem Behälter 2 erfolgt in der Weise, daß am Ende des durchgeführten Misch- und Zerkleinerungsprozesses ein Zwischenprodukt vorliegt, welches die Naturfaser bzw. Holzkomponente in fein zerkleinerter Form oder als Fasern mit einem Überzug aus der Kunststoffkomponente aufweist.
Beim Mischen und Zerkleinern wird eine erhebliche Energie in die Komponenten partiell eingebracht, und zwar u. a. durch die Zerkleinerungsarbeit beim Zerkleinern der Komponenten, durch Dehnungsarbeit, insbesondere beim Zerkleinern des Stranges 9, durch Reibungs- und Scherarbeit beim Zerkleinern des Stranges 9 sowie beim Durchmischen der beiden Komponenten im Behälter 2 usw.. Eingebracht wird weiterhin auch die im Kunststoffstrang 9 vorhandene Wärmeenergie, wobei grundsätzlich auch die Möglichkeit besteht, den Kunststoffstrang 9 noch im flüssigen oder teilflüssigen Zustand in den Behälter 2 einzubringen, so daß in diesem Fall dann auch noch die Enthalpie des flüssigen Kunststoffes genutzt werden kann. Durch die beim Mischen und Zerkleinern in die Mischkomponenten eingebrachte Energie wird, ggf. mit unterstützender Beheizung des Behälters 2, u. a. das notwendige Trocknen der Naturfaserkomponente erreicht. Durch das ständige Umwälzen der Komponenten während der Behandlung im Behälter 2 wird das Austreten der Feuchtigkeit in Form von Wasserdampf aus dem Mischprodukt wesentlich beschleunigt.
Das Misch- oder Zwischenprodukt, welches tatsächlich aus der zerkleinerten und getrockneten Naturfaserkomponente besteht, auf deren Partikel oder Fasern die Kunststoffkomponente zumindest zum Teil aufgebracht oder abgeschieden ist, wird über einen Auslaß 10 dem Aufgabetrichter 11 einer Dosiereinrichtung 12 eines Pelletierers 13 zugeführt. Die Dosiereinrichtung 12 ist bei der dargestellten Ausführungsform eine Schnecken-Dosiereinrichtung. Das Ausgangsprodukt des Pelletierers sind somit Pellets 14 aus der getrockneten und zerkleinerten Naturfaser- oder Holzkomponente und dem Kunststoff der Kunststoffkomponente, der diese Pellets 14 zusammenhält.
Die Pellets 14 können als Ausgangs- oder Rohmaterial für eine weitere Fertigung gelagert und gehandelt werden, wie dies mit dem Pfeil 15 in der Figur angedeutet ist, oder aber die Pellets 14 werden einer Einrichtung 16 zum Herstellen von Formteilen 17, beispielsweise einem Extruder zugeführt.
Die Formteile 17 können unterschiedlichster Art sein und haben grundsätzlich den Vorteil, daß für ihre Herstellung nur ein geringer Anteil an Kunststoff (beispielsweise nur etwa 15 Gewichtsprozent) benötigt wird, während der Rest von der preiswert auf dem Markt erhältlichen Naturfaser- oder Holzkomponente gebildet ist. Weiterhin lassen sich die Formteile 17 mit einem ansprechenden äußeren Erscheinungsbild und mit hoher Festigkeit herstellen.
Bei dem vorbeschriebenen Verfahren sind verschiedenste Varianten denkbar. So ist es beispielsweise möglich, das Mischen und Zerkleinern, d. h. die Materialaufbereitung in einem geschlossenen und mit Unterdruck beaufschlagten Behälter 2 vorzunehmen, um so das Trocknen der Naturfaser- oder Holzkomponente zu beschleunigen und zu verbessern. Weiterhin ist es möglich, bei der Materialaufbereitung weitere Zusatzstoffe einzubringen, beispielsweise Tannin oder tanninhaltige Naturstoffe oder Holzmaterialien, beispielsweise Rinde aus Akazie, und/oder Kolophonium und/oder Haftvermittler, d. h. Stoffe, die das Anhaften des Kunststoffes an der zerkleinerten Naturfaser- oder Holzkomponente und/oder an anderen in die aufbereitete Mischung eingebrachten Komponenten und/oder an später bei der Verarbeitung zu den Formteilen 17 verwendeten Komponenten verbessert. Es besteht auch die Möglichkeit, wasserbindende Zusätze einzubringen, beispielsweise Anhydride, um so den Trockenvorgang weiter zu beschleunigen und zu verbessern.
Insbesondere dann, wenn das thermoplastische Naturfaserprodukt zur Fertigung von Produkten oder Formteilen mit hoher Festigkeit verwendet wird, ist es möglich, bei der Materialaufbereitung ein zusätzliches Fasermaterial einzubringen, und zwar beispielsweise dadurch, daß bei der Materialaufbereitung zusätzlich zu dem die Matrix des thermoplastischen Naturfaserproduktes bildenden Kunststoff ein weiteres faserförmiges Kunststoffmaterial, beispielsweise als wenigstens ein weiterer Kunststoffstrang eingebracht wird. Dieses weitere Kunststoffmaterial ist dann z. B. so gewählt, daß es bei der Materialaufbereitung im wesentlichen faserförmig bleibt, d. h. beispielsweise einen im Vergleich zu dem die Matrix bildenden Kunststoffmaterial einen höheren Schmelzpunkt aufweist.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, die die Matrix bildende Kunststoffkomponente in mehreren Strängen 9 der Materialaufbereitung im Behälter 2 zuzuführen, wobei die Form des Stranges oder der Stränge grundsätzlich beliebig ist, d. h. z. B. als faserförmiger Strang, als extrudierter folienförmiger Strang, als netzartiger Strang oder netzartige Struktur usw.
Anstelle des vorstehend beschriebenen Agglomerators 1 mit nur einem Misch- und Zerkleinerungselement 4 können selbstverständlich auch andere Misch- und Zerkleinerungsvorrichtungen verwendet werden, insbesondere auch solche, die mehrere individuell steuerbare Misch- und/oder Zerkleinerungselemente aufweisen.
Durch Steuerung, insbesondere der Dauer und/oder Intensität der Materialaufbereitung kann die Konsistenz des Mischproduktes verändert und an die Bedürfnisse der nachfolgenden Einrichtungen, beispielsweise der Dosiereinrichtung 12 und des Pelletierers 13 angepaßt werden. So kann beispielsweise durch Steuerung der Aufbereitungszeit und/oder der Aufbereitungsintensität wahlweise ein feinkörniges oder grobkörniges Zwischen- oder Mischprodukt erhalten werden, wobei dann in dem grobkörnigeren Zwischenprodukt die auch dort fein zerkleinerte Naturfaser- oder Holzkomponente durch die Kunststoffkomponente zu größeren Partikeln zusammengebacken ist. Die Steuerung der Dauer und/oder Intensität der Materialaufbereitung ist praktisch verzögerungsfrei auf die im Verfahren befindlichen Komponenten wirksam.
Die Geschwindigkeit des Agglomerators 1 bzw. des dortigen Misch- und Trennelementes 4 ist aber in jedem Fall ausreichend hoch gewählt, so daß tatsächlich ein Zertrennen des Stranges 9 und nicht ein Aufwickeln dieses Stranges durch das umlaufende Misch- und Trennelement 4 erfolgt.
Für die Kunststoffkomponente eignen sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren grundsätzlich alle thermoplastischen Kunststoffe, insbesondere aber auch solche, die ein ausreichend hohes E-Modul (Zug-E-Modul und/oder Biege-E-Modul) aufweisen. Geeignete Thermoplaste sind beispielsweise PVC, Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat. Für die Naturfaserkomponente eignen sich insbesondere die vorstehend bereits erwähnten Holz-Pellets, aber auch Sägemehl, Holzschnitzel, Holzfasern und/oder andere Naturfasern. Bezugszeichenliste 1 Agglomerator
2 Behälter
3 Antrieb
4 Misch- und/oder Trennelement
5 Aufgabetrichter für die Naturfaserkomponente
6 Holz-Pellet
7 Dosierextruder
8 Extruderkopf
9 Strang
10 Auslaß
11 Aufgabetrichter
12 Dosiereinrichtung
13 Pelletierer
14 thermoplastisches Naturfaserprodukt in Form von Pellets
15 Lagerung oder Weiterverkauf
16 Formwerkzeug, beispielsweise Extruder
17 Produkt aus dem thermoplastischen Naturfasermaterial

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines thermoplastischen Naturfasermaterials oder eines thermoplastischen Naturfaserprodukts (14, 17), durch Behandeln wenigstens einer Naturfaserkomponente (6) sowie wenigstens einer thermoplastischen Kunststoffkomponente (9) in einer Misch- und Zerkleinerungseinrichtung (1) mit wenigstens einem in dem Behandlungsraum (2) dieser Einrichtung vorgesehenen Misch- und Zerkleinerungselement zur Erzielung eines Misch- oder Zwischenprodukts, welches zumindest die Naturfaserkomponente in zerkleinerter Form und zumindest teilweise auf dieser abgeschieden die Kunststoffkomponente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffkomponente dem Behandlungsraum (2) der Misch- und Zerkleinerungseinrichtung (1) als wenigstens ein Strang (9) zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Misch- oder Zwischenprodukt zu Pellets (14) pelletiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Misch- und Zerkleinerungseinrichtung ein Agglomerator (1) mit einem den Behandlungsraum bildenden Behälter (2) sowie mit wenigstens einem im Behälter (2) angeordneten und umlaufend antreibbaren Misch- und Trennelement ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Naturfaserkomponente (6) zumindest teilweise in Form von Pellets in den Behandlungsraum (2) eingebracht wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Naturfaserkomponente (6) zumindest teilweise Holz ist, und zwar beispielsweise Sägemehl, Holzspäne und/oder Holz-Pellets.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffkomponente als wenigstens ein ausgehärteter Strang (9) zugeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Kunststoffkomponente 86) dem Behandlungsraum (2) als noch weicher oder flüssiger Strang zugeführt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsraum (2) beheizt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens einen Extruder (7) zur Erzeugung des wenigstens einen Strangs (9) der Kunststoffkomponente.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Behandlungsraum (2) wenigstens eine weitere Komponente, beispielsweise eine weitere Kunststoffkomponente, beispielsweise in Faser- oder Strangform, und/oder wenigstens ein Füller und/oder ein Haftvermittler und/oder natürliche Harze oder Holzbestandteile, wie z. B. Tannin und/oder Kolophonium zugeführt werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsraum (2) beim Mischen und Zerkleinern mit einem Unterdruck beaufschlagt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Misch- oder Zwischenprodukt und/oder aus diesem hergestellten Pellets (14) als Ausgangsmaterial zum Formen von Formteilen (17) vorzugsweise durch Extrudieren verwendet werden.