DE102009047442A1

DE102009047442A1 - Verbesserte Schaumstoffeigenschaften durch Verwendung nachwachsender Naturfasern

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Publication number: DE102009047442A1
Application number: DE200910047442
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Hahn; Olaf Dr. Kriha; Benjamin Dr. Nehls; Rajan Dr.-Ing. Hollmann
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2008-12-08
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2010-07-08

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine expandierbare Mischung enthaltend wenigstens ein schäumbares Polymerisat, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Polyamiden, bioabbaubaren Polymeren und Mischungen davon, und Partikel aus wenigstens einem kollagenhaltigen Material, ein Verfahren zur Herstellung dieser Mischung, eine expandierte Mischung enthaltend wenigstens ein Polymerisat ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Polyamiden, bioabbaubaren Polymeren und Mischungen davon, und Partikel aus wenigstens einem kollagenhaltigen Material, ein Verfahren zu deren Herstellung, einen Schaumstoff, hergestellt aus der expandierbaren Mischung, ein Verfahren zur Herstellung des Schaumstoffes und die Verwendung dieses Schaumstoffes zur Wärme- und/oder Schalldämmung, zur thermischen und/oder akustischen Isolierung von Maschinen und Haushaltsgeräten, als Verpackungsmaterial, zur Beschichtung von Gegenständen, als Bodenbelag, in der Landwirtschaft oder im Gartenbau.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine expandierbare Mischung enthaltend wenigstens ein schäumbares Polymerisat, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Polyamiden, bioabbaubaren Polymeren und Mischungen davon, und Partikel aus wenigstens einem kollagenhaltigen Material, ein Verfahren zur Herstellung dieser Mischung, eine expandierte Mischung enthaltend wenigstens ein Polymerisat ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Polyamiden, bioabbaubaren Polymeren und Mischungen davon, und Partikel aus wenigstens einem kollagenhaltigen Material, ein Verfahren zu deren Herstellung, einen Schaumstoff, hergestellt aus der expandierbaren Mischung, ein Verfahren zur Herstellung des Schaumstoffes und die Verwendung dieses Schaumstoffes zur Wärme- und/oder Schalldämmung, zur thermischen und/oder akustischen Isolierung von Maschinen und Haushaltsgeräten, als Verpackungsmaterial, zur Beschichtung von Gegenständen, als Bodenbelag, in der Landwirtschaft oder im Gartenbau.
Expandierbare thermoplastische Materialien, enthaltend Fasern natürlichen Ursprungs sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt.
WO 94/02300 offenbart Formteile mit lederartigen Oberflächeneigenschaften im Kraftfahrzeugbereich. Diese Formteile werden durch Mischen von gemahlenen Lederabfällen in Form von Fasern zu einem Polyurethan erhalten. Die zu beschichtenden Gegenstände werden mit dieser Mischung beschichtet, um die lederartige Haptik zu erhalten. Die Verwendung von Polyolefinen wird nicht offenbart.
WO 2005/056653 offenbart Partikelschaumstoffformteile aus expandierbaren, Füllstoff enthaltenden Polymergranulaten. Als Füllstoffe werden Talg, Kreide, Kaolin, Aluminiumhydroxid, Aluminiumnitrit, Aluminiumsilikat, Bariumsulfat, Calciumcarbonat, Titanoxid, Calciumsulphat, Kieselsäure, Quarzmehl, Areosil, Tonerde oder Wollastonit eingesetzt. Das genannte Dokument offenbart nicht die Verwendung von Lederpartikeln in expandierbaren Polymerisaten.
WO 2007/023090 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffplatten aus vorgeschäumten Schaumstoffpartikeln, wobei die vorgeschäumten Schaumstoffpartikel 10 bis 70 Gew.-%, bezogen auf die Schaumstoffpartikel, eines Füllstoffs enthalten, sowie daraus hergestellte Schaumstoffformkörper und deren Verwendung. Als Füllkörper werden neben den in WO 2005/056653 genannten Füllmitteln auch Holzmehl, Stärke, Flachs-, Hanf-, Ramie-, Jute-, Sisal-, Baumwoll-, Cellulose- oder Aramid-Fasern eingesetzt. Die Verwendung von Lederpartikeln wird nicht offenbart.
DE 199 11 815 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Lederverkleidung für Ausstattungsteile im KFZ-Bereich, in dem auf die Rückseite eines Lederbezugs eine Polyolefinschaumschicht aufgebracht wird. Dieses Dokument offenbart keine Compounds aus Polymerisaten und Lederpartikeln.
DE 103 20 061 A1 offenbart Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffs unter Verwendung von Lederabfällen und damit erzeugte Formteile, wobei Lederabfälle zu einem Ledermahlgut zerkleinert werden und dem Ledermahlgut kollagenhaltige, natürliche Mittel zugemischt werden. Gemäß DE 103 20 061 A1 werden keine thermoplastischen Polymere als Bindemittel verwendet.
DE 10 2005 028 465 A1 offenbart ein schallisolierendes Material, welches Lederfasermaterialien enthält. Dazu wird eine Schicht aus Lederfasermaterial auf einer Seite oder auf beiden Seiten mit einer Schicht aus wasserunlöslichem Polymermaterial beschichtet. DE 10 2005 028 465 A1 offenbart kein Compound-Material, in dem ein Polymerisat und Lederpartikel homogen miteinander vermischt sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine expandierbare Mischung bereitzustellen, welche in entsprechende Schaumstoffe überführt werden kann, die neben einer geringen Dichte eine gute Wärme- und/oder Schallisolationsfähigkeit aufweisen. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine expandierbare Mischung bereitzustellen, welche eine gewisse Elastizität aufweist und deren mechanische Eigenschaften, beispielsweise Biege- und Druckfestigkeit, verbessert sind. Weitere Aufgaben sind, ein Ressourcen schonendes Verfahren zur Herstellung von expandierbaren Mischungen und daraus herstellbaren Schaumstoffen bereitzustellen, welches es ermöglicht, kollagenhaltige Materialien, bevorzugt natürlichem Ursprungs wie Leder, beispielsweise Recyclingmaterial und/oder Lederabfälle, in die genannten Wertprodukte zu überführen. Eine weitere Aufgabe ist es, einen Schaumstoff bereit zu stellen, der eine lederartige Oberfläche aufweist.
Diese Aufgaben werden gelöst von der erfindungsgemäßen expandierbaren Mischung enthaltend wenigstens ein schäumbares Polymerisat, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Polyamiden, bioabbaubaren Polymeren und Mischungen davon, und Partikel aus wenigstens einem kollagenhaltigen Material.
Das in der erfindungsgemäßen Mischung enthaltene Polymerisat kann im Allgemeinen alle dem Fachmann bekannten oben genannten schäumbaren Polymerisate enthalten, insbesondere thermoplastische Polymere. Unter „Polyolefinen” werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung alle Homo- und Copolymere verstanden, die durch Polymerisation von Olefinen, d. h. niedermolekularen Verbindungen mit wenigstens einer Doppelbindung, erhalten werden. Erfindungsgemäß können auch Mischungen mehrer Polyolefine eingesetzt werden, die sich beispielsweise durch zugrunde liegende Monomere, Molekulargewicht, Herstellungsmethode etc. unterscheiden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das in der erfindungsgemäßen Mischung vorliegende Polyolefin ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen, Polypropylen, Styrolpolymeren, Schlagzähpolystyrol, anionisch polymerisiertem Schlagzähpolystyrol, Styrol-Acrylnitrilpolymerisaten (SAN), Acrylnitril-Butadien-Styrolpolymerisaten (ABS), Acrylnitril-Styrol-Acrylesterpolymerisaten (ASA), Methylacrylat-butadien-styrol-polymerisaten (MBS), Methylmethacrylat-Acrylnitril-Butadien-Styrolpolymerisaten (MABS) und Mischungen davon.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung bevorzugt eine erfindungsgemäße Mischung, wobei das Polyolefin ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen, Polypropylen, Styrolpolymeren, Schlagzähpolystyrol, anionisch polymerisiertem Schlagzähpolystyrol, Styrol-Acrylnitrilpolymerisaten (SAN), Acrylnitril-Butadien-Styrolpolymerisaten (ABS), Acrylnitril-Styrol-Acrylesterpolymerisaten (ASA), Methylacrylat-butadien-styrol-polymerisaten (MBS), Methylmethacrylat-Acrylnitril-Butadien-Styrolpolymerisaten (MABS) und Mischungen davon.
Geeignete Polyolefine weisen beispielsweise Molekulargewichte von 170.000 bis 300.000 g/mol, bevorzugt 190.000 bis 280.000 g/mol auf. Verfahren zur Herstellung der Polyolefine sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise radikalische Polymerisation, d. h. Homo- oder Copolymerisation, der entsprechenden Olefine, beispielsweise Ethylen, Propylen, Styrol, Acryl- oder Methacrylsäure, Acryl- oder Methacrylsäureester von Alkoholen mit beispielsweise 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, Acrylnitril und Mischungen davon. Die Polyolefine können auch durch anionische oder kationische Polymerisation erhalten werden. Geeignete Verfahren sind dem Fachmann bekannt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird in der erfindungsgemäßen Mischung Polystyrol als schäumbares Polymerisat eingesetzt.
In einer weiteren Ausführungsform ist das in der erfindungsgemäßen Mischung vorliegende Polymerisat ein bioabbaubares Polymer. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist das Merkmal ”biologisch abbaubar” für einen Stoff oder ein Stoffgemisch dann erfüllt, wenn dieser Stoff oder das Stoffgemisch entsprechend ISO 17088 (national DIN EN 13432) einen prozentualen Grad des biologischen Abbaus von mindestens 90% aufweist.
Im Allgemeinen führt die biologische Abbaubarkeit dazu, dass die Polymer(mischungen) in einer angemessenen und nachweisbaren Zeitspanne zerfallen. Der Abbau kann enzymatisch, hydrolytisch, oxidativ und/oder durch Einwirkung elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise UV-Strahlung, erfolgen und meist zum überwiegenden Teil durch die Einwirkung von Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen, Pilzen und Algen bewirkt werden. Die biologische Abbaubarkeit lässt sich beispielsweise dadurch quantifizieren, dass ein entsprechendes Polymer mit Kompost gemischt und für eine bestimmte Zeit gelagert wird. Beispielsweise wird gemäß DIN EN 13432 CO₂-freie Luft durch gereiften Kompost während des Kompostierens strömen gelassen und dieser einem definierten Temperaturprogramm unterworfen. Hierbei wird die biologische Abbaubarkeit über das Verhältnis der Netto-CO₂-Freisetzung der Probe (nach Abzug der CO₂-Freisetzung durch den Kompost ohne Probe) zur maximalen CO₂-Freisetzung der Probe (berechnet aus dem Kohlenstoffgehalt der Probe) als prozentualer Grad des biologischen Abbaus definiert. Biologisch abbaubare Polymer(mischungen) zeigen in der Regel schon nach wenigen Tagen der Kompostierung deutliche Abbauerscheinungen wie Pilzbewuchs, Riss- und Lochbildung.
Andere Methoden zur Bestimmung der Bioabbaubarkeit werden beispielsweise in ASTM D 5338 und ASTM D 6400 beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das bioabbaubare Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polymilchsäure (PLA), Polyhydroxyalkanoaten (PHAs), Polybutylensuccinaten (PBS), Polybutylenadipat-co-butylen-terephthalaten (PBAT) und Mischungen davon.
Die genannten bioabbaubaren Polymere sind in ihrer Synthese und Zusammensetzung dem Fachmann hinreichend bekannt. Beispielhafte Literaturquellen sind für PLA (Metha et al., Journal of Macromolecular Science, Part C: Polymer Reviews 45: 325–349, 2005) und PHA (Anderson & Dawes, Occurrence, metabolism, metabolic rule, and industrial uses of bacterial polyhydroxyalkanoates. Microbiol. Rev. 54: 450–472, 1990) bekannt.
PBS ist ein Copolyester aus Butandiol und Bernsteinsäure sowie optional Adipinsäure als drittem Monomer als weitere Variante (Fujimaki, Polymer degradation and stability 59(1–3): 209–214, 1998). PBAT ist ein Copolyester aus aliphatischen (Adipinsäure, Butandiol) und aromatischen (Terephtalsäure) Monomeren in beliebigen Mischungsverhältnissen.
Es ist möglich, dass Mischungen von zwei oder mehr der genannten Polymerisate, insbesondere Styrolpolymerisate oder Styrolpolymerisate und wenigstens ein bioabbaubares Polymer, vorliegen.
Im Allgemeinen liegt das wenigstens eine Polymerisat in der erfindungsgemäßen Mischung in einer Menge von 10 bis 99 Gew.-%, bevorzugt 50 bis 99 Gew.-%, besonders bevorzugt 70 bis 95 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Mischung, vor.
In der erfindungsgemäßen Mischung liegt wenigstens ein kollagenhaltiges Material vor, bevorzugt ist das wenigstens eine kollagenhaltige Material Leder. Das in der erfindungsgemäßen Mischung vorliegende kollagenhaltige Material liegt in Form von Partikeln vor, beispielsweise mit einer Faserlänge von 0,1 bis 10 mm, bevorzugt 0,2 bis 8 mm, insbesondere 0,3 bis 7 mm.
Verfahren zur Herstellung von Leder sind dem Fachmann bekannt. Im Allgemeinen entsteht Leder durch die chemische Stabilisierung des faserförmigen Proteins Kollagen in tierischen Häuten, die so genannte Gerbung. Bei der pflanzlichen Gerberei werden im Allgemeinen Holz- bzw. Rindengerbstoffe verwendet. Bei der mineralischen Gerbung werden beispielsweise Chrom-, Aluminium- oder Zirkonsalze angewendet. Neben diesen beiden Gerbstoffklassen können auch beispielsweise synthetisch hergestellte Gerbstoffe, beispielsweise Syntane, Aldehyde, beispielsweise Glutardialdehyd und/oder Formaldehyd und/oder Fettgerbstoffe, beispielsweise Trane, zur Anwendung kommen. Die normale dreidimensionale Verflechtung der Kollagenfibrillen in der Haut kann erhalten bleiben oder im Gerbprozess modifiziert werden. Es können Freiräume zwischen den einzelnen Fibrillen erhalten bleiben, die ein flexibles Leder zur Folge haben. Werden die Fibrillen eng zusammengelagert, erhält man ein sehr hartes Leder.
Die Zusammensetzung des Leders ist je nach Herstellungsverfahren verschieden. Die eigentliche Ledersubstanz (Kollagen) hat einen Anteil von etwa 30 bis 80 Gew.-%. Der Wassergehalt liegt bei 12 bis 20 Gew.-%. Der Fettgehalt des Leders beträgt je nach Herstellungsprozess 1 bis 50 Gew.-%. Der Gehalt an gebundenem Gerbstoff beträgt abhängig vom Verfahren 4 bis 32 Gew.-%. Darunter versteht man den an die Proteine der Haut gebundenen Gerbstoff in Relation zur Hautsubstanz. Daneben findet man in Leder im Allgemeinen verschiedene Mineralien, der Gehalt liegt normalerweise bei 1 bis 9 Gew.-%.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Lederpartikel einen Durchmesser von 20 bis 2000 μm, besonders bevorzugt 50 bis 500 μm auf, wobei erfindungsgemäß unter Durchmesser der größte im Teilchen vorliegende Abstand zu verstehen ist. Die Lederpartikel können regelmäßig und/oder unregelmäßig geformt sein. Erfindungsgemäß können auch Agglomerate eingesetzt werden, in denen eine Vielzahl von Lederpartikeln vorliegt, wobei in diesem Fall sich die oben genannten Korngrößen auf die Agglomerate beziehen.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass trotz Vorliegens der Partikel aus wenigstens einem kollagenhaltigen Material, insbesondere der Lederpartikel, in der erfindungsgemäßen expandierbaren Mischung der Schäumvorgang nicht gestört wird, und Schaumstoffe hoher Homogenität, bezüglich Dichteverteilung und Verteilung des kollagenhaltigen Materials, erhalten werden können.
Die Lederpartikel können nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Zerkleinern von größeren Lederteilen mit handelsüblichen Vorrichtungen, beispielsweise Vorzerkleinerung durch Trenn- und Schneidwerkzeuge, z. B. Sichelhäcksler, Messermühlen bzw. Granulatoren. Die Zerfaserung erfolgt z. B. in Mühlen, die durch Prall, Reibung oder Scherung zerfasern. Als Ausgangsmaterial kann sowohl neuwertiges Leder, als auch Abfall- oder Recyclatstoffströme wie z. B. Stanzreste aus anderen Lederverarbeitungsverfahren, verwendet werden.
Entsprechende Lederpartikel können beispielsweise auch durch ein kombiniertes Verfahren umfassend Abkühlen der zu zerkleinernden Lederstücke auf eine Temperatur von beispielsweise –150°C, und anschließendes Mahlen des gefrorenen Ledermaterials, bis ein Pulver erhalten wird, das eine entsprechende Korngröße aufweist, erhalten werden.
Die Partikel aus wenigstens einem kollagenhaltigen Material, insbesondere die Lederpartikel, liegen im Allgemeinen in der erfindungsgemäßen expandierbaren Mischung in einer Menge von 0,5 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 3 bis 40 Gew.-%, jeweils bezogen auf die expandierbare Mischung, vor. Schon bei geringen Mengen von kollagenhaltigem Material in der expandierbaren Mischung stellt sich eine lederartige Haptik der daraus hergestellten expandierten Partikel sowie des erhaltenen Schaumstoffes ein, insbesondere ab 30 bis 35 Gew.-% ist die Haptik lederartig.
Somit liegen in der erfindungsgemäßen Mischung im Allgemeinen das wenigstens eine Polymerisat in einer Menge von 10 bis 99,5 Gew.-%, bevorzugt 50 bis 99 Gew.-%, besonders bevorzugt 70 bis 97 Gew.-%, und die Partikel aus wenigstens einem kollagenhaltigen Material, insbesondere die Lederpartikel, in einer Menge von im Allgemeinen 0,5 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 3 bis 40 Gew.-%, jeweils bezogen auf die expandierbare Mischung, wobei die Summe der beiden Komponenten 100 Gew.-% ergibt, vor.
Die erfindungsgemäße expandierbare Mischung kann die üblichen und dem Fachmann bekannten Hilfsmittel und Zusatzstoffe enthalten, beispielsweise Farbmittel, Flammschutzmittel, Keimbildner, beispielsweise Polyethylenwachse, UV-Stabilisatoren, Kettenüberträger, Treibmittel, Weichmacher, Beschichtungsmittel, Hydrophobierungsmittel und/oder Antioxidantien, bevorzugt in den dem Fachmann bekannten Mengen.
Geeignete Farbmittel sind dem Fachmann bekannt, bevorzugt sind solche, die den aus der erfindungsgemäßen Mischung hergestellten Gegenständen ein lederartiges Aussehen verleihen.
Aufgrund der Brandschutzbestimmungen in der Bau- und anderen Industrien kann die erfindungsgemäße expandierbare Mischung vorzugsweise ein oder mehrere Flammschutzmittel enthalten. Ein geeignetes Flammschutzmittel ist beispielsweise Hexabromocyclododecan (HBCD), insbesondere die technischen Produkte, welche im Wesentlichen das alpha-, beta- und gamma-Isomer sind. Bevorzugt liegt zusätzlich Dicumylperoxid als Synergist vor. Flammschutzmittel, insbesondere die genannten Beispiele, liegen in der expandierbaren Mischung, in einer Menge von beispielsweise 0,3 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 2 Gew.-%, jeweils bezogen auf die gesamte expandierbare Mischung, vor.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen expandierbaren Mischung, wobei das wenigstens eine Polymerisat und Partikel aus wenigstens einem kollagenhaltigen Material vermischt werden.
Bevorzugt erfolgt das Vermischen des wenigstens einen Polymerisats mit den Partikeln nach den nachfolgend beschriebenen Verfahren.
Die Partikel aus wenigstens einem kollagenhaltigen Material können direkt einer Polymerschmelze zugesetzt werden. Man kann die Partikel auch in Form eines Konzentrats in dem entsprechenden Polystyrol, der Schmelze zusetzen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform vermischt man die Partikel mit einer Schmelze des wenigstens einen Polymerisats, bevorzugt des Styrolpolymerisats, beispielsweise in einem Extruder. Dabei wird der Schmelze gleichzeitig ein Treibmittel zudosiert. Man kann die Partikel auch in eine Schmelze von treibmittelhaltigem Polymerisat einarbeiten, wobei beispielsweise ausgesiebte Randfraktionen eines Perlspektrums von bei einer Suspensionspolymerisation entstandenen treibmittelhaltigen Poylmerperlen, insbesondere Polystyrolperlen, eingesetzt werden. Die Treibmittel und Partikel aus wenigstens einem kollagenhaltigen Material enthaltende Polymerisatschmelze wird ausgepresst, beispielsweise in einem Extruder, und zu treibmittelhaltigem Granulat, den so genannten Perlen, zerkleinert. Nach dem Auspressen unter Druck sollte rasch abgekühlt werden, um ein Aufschäumen zu vermeiden. Man führt daher zweckmäßigerweise bevorzugt eine Unterwassergranulierung unter Druck durch.
Die durch dieses Extrusionsverfahren erhaltenen expandierbaren Perlen zeichnen sich gegenüber den durch das Suspensionsverfahren erhaltenen Perlen vor allem durch eine enge Perlgrößenverteilung aus. Des Weiteren ist das Extrusionsverfahren weniger empfindlich bezüglich der Größe der verwendeten Partikel aus kollagenhaltigem Material, als das Suspensionsverfahren. Daher ist die Herstellung von expandierbaren Perlen aus der erfindungsgemäßen Mischung durch das Extrusionsverfahren bevorzugt.
Wird die Polymerschmelze nicht unter Druck behandelt, so kommt es, nach dem Verlassen des Extruders, zu einem Aufschäumen der expandierbaren Mischung, wobei eine expandierte Mischung gebildet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform geschieht dieses direkte Aufschäumen durch Auspressen der treibmittelhaltigen Schmelze durch eine entsprechende Düse, so dass direkt Platten in der gewünschten Größe aus der expandierten Mischung gebildet werden. In einer weiteren Ausführungsform wird die Schmelze durch eine andere geeignete Düse gepresst, so dass expandierte Partikel aus der expandierbaren Mischung gebildet werden.
Es ist grundsätzlich auch möglich, die Partikel aus wenigstens einem kollagenhaltigen Material bereits im Verlauf der Suspensionspolymerisation, bevorzugt bei der Herstellung von Polystyrol, zu inkorporieren. Sie können hierbei vor der Suspendierung den Monomeren zugesetzt oder im Verlaufe, bevorzugt während der ersten Hälfte des Polymerisationscyclus, dem Reaktionsansatz zugefügt werden. Das Treibmittel wird bevorzugt im Verlaufe der Polymerisation zugegeben, es kann jedoch auch hinterher dem Polymerisat zugegeben werden. Für die Stabilität der Suspension ist es günstig, wenn bei Beginn der Suspensionspolymerisation eine Lösung von Polymer, bzw. einem entsprechenden Copolymerisat, in Monomer, bzw. der Mischung von Monomer und dem oder den entsprechenden Comonomeren, vorliegt. Bevorzugt geht man dabei von einer Lösung von Polystyrol in Styrol, wobei die Konzentration des Polystyrols in Styrol im Allgemeinen 0,5 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 20 Gew.-% beträgt, aus. Man kann dabei sowohl frisches Polystyrol als auch so genannte Randfraktionen, die bei der Auftrennung des bei der Herstellung von expandierbarem Polystyrol, anfallenden Perlspektrums als zu große oder zu kleine Perlen ausgesiebt werden, in Styrol auflösen. In der Praxis weisen derartige nicht verwendbare Randfraktionen Durchmesser von größer als 2,0 mm bzw. kleiner als 0,2 mm auf. Auch Polystyrol-Recyclat und Polystyrol-Schaumstoff-Recyclat können eingesetzt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass man Styrol, in Substanz bis zu einem Umsatz von 0,5 bis 70% vorpolymeri siert und das Vorpolymerisat zusammen mit den Partikeln aus wenigstens einem kollagenhaltigen Material in der wässrigen Phase suspendiert und auspolymerisiert.
Es ist auch möglich und bevorzugt, dem Granulat, welches Polymerisate und Partikel aus wenigstens einem kollagenhaltigen Material enthält, das Treibmittel in einem gesonderten Verfahrensschritt zuzusetzen. Hierbei wird das Granulat vorzugsweise in wässriger Suspension mit dem Treibmittel imprägniert. Das Imprägnieren erfolgt bevorzugt bei erhöhter Temperatur, beispielsweise 60 bis 120°C, bevorzugt 80 bis 110°C. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Imprägnieren unter erhöhtem Druck durchgeführt. Bei der Verwendung von Pentan als Treibmittel erfolgt die Imprägnierung des Granulates beispielsweise bei 120 bis 150°C, insbesondere bei 135 bis 145°C.
Nach Herstellung des Granulates aus der expandierbaren Mischung wird dieses bevorzugt mit einem Pickering Stabilisatorsystem behandelt. Dieses enthält beispielsweise anionische Tenside, beispielsweise Alkylsulphonate, anorganische Kolloide, beispielsweise Tricalziumphosphat, Magnesiumpyrophosphat oder Mischungen davon. Das Aufbringen des Stabilisatorsystems erfolgt beispielsweise während des Imprägnierens des Granulates mit Treibmittel.
Das erhaltene Granulat kann nach dem Fachmann bekannten Verfahren in eine expandierte Mischung überführt werden. Beispielsweise geschieht dies durch Auspressen des treibmittelhaltigen Granulates in geschmolzener Form durch eine entsprechende Düse, so dass direkt Platten in der gewünschten Größe aus der expandierten Mischung gebildet werden. In einer weiteren Ausführungsform wird das Granulat in geschmolzener Form durch eine andere geeignete Düse gepresst, so dass expandierte Partikel aus der expandierbaren Mischung gebildet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen expandierten Mischung, indem die erfindungsgemäße expandierbare Mischung aufgeschäumt wird, beispielsweise durch Auspressen. Die Dichte der erfindungsgemäßen expandierten Mischung beträgt im Allgemeine 5 bis 300 g/mol, bevorzugt 10 bis 200 g/mol.
Das Treibmittel wird in den genannten Verfahren in üblichen Mengen von etwa 3 bis 10 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Polymerisats, zugesetzt. Als Treibmittel werden üblicherweise aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 3 bis 10, vorzugsweise 4 bis 6 Kohlenstoffatomen eingesetzt. Bevorzugt werden Butan, n-Pentan, sec.-Pentan, Isopentan oder Hexan oder Mischungen davon, eingesetzt.
Die erfindungsgemäße expandierbare Mischung kann zu Schaumstoffen mit Dichten von bevorzugt 5 bis 900 g/l, bevorzugt von 8 bis 100 g/l und insbesondere von 12 bis 80 g/l, verarbeitet werden. Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch einen Schaumstoff, hergestellt aus der erfindungsgemäßen expandierbaren Mischung.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung dieser erfindungsgemäßen Schaumstoffe durch Herstellen einer expandierbaren Mischung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und Aufschäumen dieser expandierbaren Mischung.
Das Aufschäumen der Treibmittel enthaltenden expandierbaren Mischung zu Schaumstoffen erfolgt üblicherweise ebenfalls nach dem im Stand der Technik bekannten Verfahren, indem die expandierbare Mischung in einem ersten Schritt mit Wasserdampf in offenen oder geschlossenen Vorschäumern zu der entsprechenden expandierten Mischung vorgeschäumt wird. Die in der Mischung enthaltenen expandierten Partikel weisen im Allgemeinen eine mittlere Partikelgröße von 1 bis 10 mm, insbesondere von 2 bis 8 mm auf.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die expandierte Mischung enthaltend wenigstens ein Polymerisat ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Polyamiden, bioabbaubaren Polymeren und Mischungen davon, und Partikel aus wenigstens einem kollagenhaltigen Material, insbesondere Lederpartikel. Diese erfindungsgemäße vorgeschäumte, expandierte Mischung in Form von Partikeln bzw. Perlen wird dann in einem zweiten Schritt in gasdurchlässigen Formen mittels Wasserdampf zu Schaumstoffformteilen oder -platten verschweißt.
Die aus der erfindungsgemäßen expandierbaren Mischung hergestellten Schaumstoffe zeichnen sich durch eine hervorragende Wärme- und Schallisolierung aus. Des Weiteren weist der erfindungsgemäße Schaumstoff durch das Vorliegen der Partikel aus wenigstens einem kollagenhaltigen Material, insbesondere Leder, eine gewisse Elastizität auf, die bei der Herstellung und Anwendung der Schaumstoffe von Vorteil ist. Die erfindungsgemäßen expandierbaren Mischungen, die erfindungsgemäßen expandierten Mischungen und die erfindungsgemäßen Schaumstoffe zeichnen sich des Weiteren durch verbesserte mechanische Kennwerte, beispielsweise eine verbesserte Biege- und Druckfestigkeit, aus. Eine erhöhte Biegefestigkeit der erfindungsgemäßen Schaumstoffe gegenüber den Schaumstoffen des Standes der Technik erlaubt es beispielsweise die aus dem erfindungsgemäßen Schaumstoff erhaltenen Formteile einer höheren mechanischen Belastung zu unterwerfen, als es mit Schaumstoffen des Standes der Technik möglich ist.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die erfindungsgemäßen expandierbaren Mischungen, die erfindungsgemäßen expandierten Mischungen und die erfindungsgemäßen Schaumstoffe insbesondere eine lederähnliche Haptik und ein lederähnliches Aussehen aufweisen, und das bevorzugt ab einem Gehalt an Lederpartikeln von mindestens 35 Gew.-%, bezogen auf das expandierbare Styrolpolymerisat.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die erfindungsgemäßen Mischungen bzw. Schaumstoffe aufgrund ihres bevorzugt tierischen Ursprungs im Vergleich zu anderen Naturfasern, beispielsweise Kenaf, einen relativ hohen Stickstoffanteil von 5 bis 10% aufweisen. Dies ist für die Verwendung in bioabbaubaren Produkten in der Landwirtschaft oder dem Gartenbau von Vorteil, da beispielsweise bei der Verwendung als Blumentopf zum einen der Keimling vor Frost geschützt ist und zum anderen durch teilweisen Abbau des Topfes ein stickstoffhaltiger Dünger zugänglich ist. Die vorliegende Erfindung betrifft somit auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Mischung bzw. eines erfindungsgemäßen Schaumstoffs in der Landwirtschaft oder im Gartenbau, insbesondere als Blumentopf.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Schaumstoffes zur Wärme- und/oder Schalldämmung, beispielsweise von Gebäuden oder Gebäudeteilen. Dabei können die erfindungsgemäßen Schaumstoffe auf der Außen- als auch auf der Innenseite der zu dämmenden Teile aufgebracht werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Schaumstoffes zur thermischen und/oder akustischen Isolierung von Maschinen und Haushaltsgeräten.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Schaumstoffes als Verpackungsmaterial. Dabei kann der Schaumstoff teilchenförmig verwendet werden, so dass der zu verpackende Gegenstand in einer losen Schüttung liegt. Es ist auch möglich, dass aus dem erfindungsgemäßen Schaumstoff ein einteiliges Werkstück hergestellt wird, in das der zu verpackende Gegenstand eingebettet wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Schaumstoffes zur Beschichtung von Gegenständen, insbesondere, um diesen Gegenständen ein lederartiges Aussehen und/oder eine lederartige Haptik zu verleihen. Verfahren zum Beschichten von Gegenständen mit dem erfindungsgemäßen Schaumstoff sind dem Fachmann bekannt.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Schaumstoffes als Bodenbelag oder Wandelement, insbesondere als Schall- und/oder Wärmedämmung, insbesondere mit einer optisch und haptisch ansprechenden Lederstruktur.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert:
Beispiele:
Beispiel 1: Imprägnierung von Polystyrol/Leder-Compounds
Polystyrol (158 K, BASF SE) wird in einem Mischextruder mit 0,1 Gew.-% Luwax und 5 Gew.-% Lederpellets (Faserlänge 0,5 bis 5 mm, Fa. Bader) gemischt und granuliert. 900 g des erhaltenen Granulats werden in einem 12 L-Druckreaktor mit 250 g Magnesiumpyrophosphat, 2 g Natriumdodecylsulphonat und 7 L vollentsalztem Wasser dispergiert. Der Kessel wird auf 140°C aufgeheizt, 35 min bei 140°C gehalten, und dann wird das Pentan in 80 min gleichmäßig zugegeben. Nach Pentanzugabe wird die Temperatur ca. 8 Std. bei 140°C gehalten. Anschließend wird abgekühlt und das EPS-Granulat abfiltriert und getrocknet. Ansschließend werden in einem Schaufelmischer der Fa. Lödige 200 ppm Antistatikum, 0,1 Gew.-% Zinkstearat sowie 0,3 Gew.-% einer Beschichtung bestehend aus 60 Gew.-% Glycerintristearat, 30 Gew.-% Glycerinmonostearat und 10 Gew.-% Silikat (Sipernat FK320) nacheinander aufgetragen. Dann kann der erhaltene Rohstoff wie konventionelles EPS (expandierbares Polystyrol) vorgeschäumt und anschließend zu Platten verpresst werden.
Die erhaltenen Schaumstoffperlen werden lichtmikroskopisch untersucht und zeigen eine gleichmäßige, homogene Verteilung der Lederpartikel in den Zellwänden der erhaltenen Schaumstoffpartikel.
Auch mit elektronenmikroskopischen Aufnahmen kann nachgewiesen werden, dass die Lederpartikel im Rohstoff gleichmäßig verteilt und gut in die Polystyrolmatrix eingebunden vorliegen.
Es zeigt sich eine lederartige Haptik bei guter Verschweißung der Partikel im Schaumstoff.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 94/02300 [0003]
- WO 2005/056653 [0004, 0005]
- WO 2007/023090 [0005]
- DE 19911815 A1 [0006]
- DE 10320061 A1 [0007, 0007]
- DE 102005028465 A1 [0008, 0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ISO 17088 [0016]
- DIN EN 13432 [0016]
- DIN EN 13432 [0017]
- ASTM D 5338 [0018]
- ASTM D 6400 [0018]
- Metha et al., Journal of Macromolecular Science, Part C: Polymer Reviews 45: 325–349, 2005 [0020]
- Anderson & Dawes, Occurrence, metabolism, metabolic rule, and industrial uses of bacterial polyhydroxyalkanoates. Microbiol. Rev. 54: 450–472, 1990 [0020]
- Fujimaki, Polymer degradation and stability 59(1–3): 209–214, 1998 [0021]

Claims

Expandierbare Mischung enthaltend wenigstens ein schäumbares Polymerisat, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Polyamiden, bioabbaubaren Polymeren und Mischungen davon, und Partikel aus wenigstens einem kollagenhaltigen Material.
Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyolefin ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen, Polypropylen, Styrolpolymeren, Schlagzähpolystyrol, anionisch polymerisiertem Schlagzähpolystyrol, Styrol-Acrylnitrilpolymerisaten (SAN), Acrylnitril-Butadien-Styrolpolymerisaten (ABS), Acrylnitril-Styrol-Acrylesterpolymerisaten (ASA), Methylacrylat-Butadien-Styrolpolymerisaten (MBS), Methylmethacrylat-Acrylnitril-Butadien-Styrolpolymerisaten (MABS) und Mischungen davon.
Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bioabbaubare Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polymilchsäure (PLA), Polyhydroxyalkanoaten (PHAs), Polybutylensuccinaten (PBS), Polybutylenadipat-co-butylen-terephthalaten (PBAT) und Mischungen davon.
Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine kollagenhaltige Material Leder ist.
Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel in einer Menge von 0,5 bis 90 Gew.-%, bezogen auf die Mischung, vorliegen.
Verfahren zur Herstellung der Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Polymerisat und die Partikel vermischt werden.
Expandierte Mischung enthaltend wenigstens ein Polymerisat ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Polyamiden, bioabbaubaren Polymeren und Mischungen davon, und Partikel aus wenigstens einem kollagenhaltigen Material.
Verfahren zur Herstellung einer expandierten Mischung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine expandierbare Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufgeschäumt wird.
Schaumstoff, hergestellt aus der expandierbaren Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Schaumstoff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Dichte von 5 bis 900 g/l aufweist.
Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen nach Anspruch 9 oder 10 durch Herstellen einer expandierbaren Mischung nach einem Verfahren gemäß Anspruch 6 und Aufschäumen dieser expandierbaren Mischung.
Verwendung eines Schaumstoffes nach Anspruch 9 oder 10 zur Wärme- und/oder Schalldämmung, zur thermischen und/oder akustischen Isolierung von Maschinen und Haushaltsgeräten, als Verpackungsmaterial, zur Beschichtung von Gegenständen, als Bodenbelag, in der Landwirtschaft oder im Gartenbau.