DE19528938C2

DE19528938C2 - Verfahren zur Herstellung einer Formmasse

Info

Publication number: DE19528938C2
Application number: DE1995128938
Authority: DE
Inventors: Johann Ganz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-08-07
Filing date: 1995-08-07
Publication date: 1999-01-14
Anticipated expiration: 2015-08-08
Also published as: DE19528938A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung ei ner Formmasse aus einem Reaktionsharz und diesem zugesetzten Füllstoffen aus in Streifen, Schnitzel oder Granulat zerkleinerten Reststoff- und Abfallfraktionen oder gebrauchten unterschiedlichen Materialien, die bio logisch nicht oder schwer abbaubar sind, unter Zusatz von Harzadditiven.

Die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Formmasse ist eine Recycling-Kunststoffmasse, basierend auf härtbarem Kunstharz. Eine Formmasse der gattungs gemäßen Art ist aus der DE 39 22 740 A2 bekannt. Diese bekannte Recycling-Kunststoffmasse besteht aus:

A) 10-50 Gew.-% eines härtbaren Kunstharzes,
B) 5-80 Gew.-% zerkleinertem Kunststoff-Abfall aus vernetztem, duroplastischem Kunststoff und gegebenenfalls Füllstoffen,
C) 0-50 Gew.-% eines inerten Füllstoffs
D) 0-20 Gew.-% üblicher Kunstharz-Additive.

Als härtbare Kunstharzmasse kommen gemäß den Angaben in dieser Schrift in Frage: ungesättigte Polyesterharze, Vinylesterharze, Epoxid harze, Polyurethane, Phenolharze, Harnstoff- und Melamin harze.

Bevorzugt werden bei der bekannten Formmasse Poly esterharze eingesetzt, die im allgemeinen als Lösungen von 80-40 Gew.-% ungesättigter Polyester in 20 bis 60 Gew.-% eines copolymerisierbaren Monomeren vorliegen. Die Polyester sind Kondensationsprodukte aus mehrwertigen, insbesondere zweiwertigen Carbonsäuren und deren veresterbaren Derivaten, insbesondere deren Anhydride, die mit mehrwertigen, insbesondere zweiwertigen Alkoholen esterartig verknüpft sind, und gegebenenfalls zusätzliche Reste einwertiger Carbonsäuren oder einwertiger Alkohole enthalten, wobei zumindest ein Teil der Einsatzstoffe über ethylenisch ungesättigte, copolymerisationsfähige Gruppen verfügen muß. Als copolymerisierbare, ethylenisch ungesättigte monomere Verbindungen kommen die üblichen Allyl- und Vinylverbindungen in Frage, vorzugsweise Styrol.

Der zerkleinerte Kunststoff-Abfall B besteht im wesentlichen aus vernetztem, duroplastischem Kunststoff, Verstärkungsfasern und gegebenenfalls Füllstoffen und weiteren Additiven. Daneben können auch - je nach Herkunft des Abfalls - untergeordnete Mengen thermoplastische Kunststoffe, Reste von elastischen Werkstoffen, z. B. Gummi, ferner Holz-, Pappe-, Papier- und Metallpartikel enthalten sein. Im allgemeinen hat der Abfall folgende Zusammensetzung:
20-80 Gew.-% duroplastischer Kunststoff,
10-40 Gew.-% Fasern, z. B. Glasfasern,
0-70 Gew.-% Füllstoffe, z. B. Kreide

Die häufigsten Kunststoffabfälle bestehen aus glasfaserverstärkten Polyesterharzen; daneben fallen auch glas- oder kohlenstoff-faserverstärkte Epoxidharze, glasfaserverstärkte Polyurethane und glasfaserverstärkte Phenolharze an.

Diese Reststoffe bzw. Abfälle werden zunächst mit Schneidmühlen oder Prallmühlen grob zerkleinert, dann werden daraus die erfindungsgemäß eingesetzten Kunststoff-Abfall-Partikel hergestellt. Es hat sich gezeigt, daß solche Partikel besonders geeignet sind, die auf definierte Weise zerkleinert wurden. Dabei werden bevorzugt schlagende Maschinen, insbesondere Hammermühlen oder Rotormühlen eingesetzt. Bei dieser Art der Zerkleinerung werden die Glasfasern verhältnismäßig wenig geschädigt. Die Bruchzonen verlaufen im wesentlichen parallel zu den Verstärkungsfasern, so daß längliche Faserbüschel entstehen, die durch Kunststoff zusammengehalten sind. Auch wenn das Zerschlagen so weit getrieben wurde, daß einzelne Fasern herauspräpariert sind und daneben Kunststoff-Staub anfällt, sind die Fasern erstaunlich unbeschädigt und immer noch weitgehend von Kunststoff umhüllt.

Vorzugsweise besteht der Kunststoff-Abfall also aus länglichen Teilchen mit einer mittleren Länge (Gewichtsmittel) zwischen 0,5 und 20 mm, vorzugsweise zwischen 1 und 10 mm und einer mittleren Dicke (Gewichtsmittel) zwischen 0,2 und 5 mm, vorzugsweise zwischen 0,4 und 4 mm.

Der Kunststoff-Abfall enthält im allgemeinen 5 bis 20 Gew.-% Staubanteil mit einer Korngröße von weniger als 0,07 mm, sowie mehr als 50 Gew.-% längliche kunststoffumhüllte Faserbüschel einer Länge von mehr als 0, 5 mm.

Der Kunststoff-Abfall ist in der erfindungsgemäßen Formmasse in Mengen von 5 bis 80, vorzugsweise von 10 bis 60 Gew.-% enthalten.

Die Formmasse kann 0 bis 50 Gew.-% eines inerten Füllstoffs C zugemischt enthalten. Dabei ist Kreide bevorzugt. Daneben kommen auch Kurzglasfasern, Quarzsand, Kaolin, Aluminiumoxidhydrat, Kieselgel, Metallpulver und Holzmehl in Frage.

Ferner kann die Formmasse 0 bis 20 Gew.-% üblicher Kunstharz-Additive D, wie Härter, Beschleuniger, Stabilisatoren, Farbstoffe, Inhibitoren oder Gleitmittel enthalten.

Diese Ausgangsmaterialien werden auf knetend arbeitenden Werkzeugen, beispielsweise auf Zweiwellen-Knetern oder Walzenpaaren vermischt. Es entsteht eine trockene sauerkrautartige Masse.

Die Weiterverarbeitung zu Formteilen kann auf üblichen Pressen vorgenommen werden. Je nach Art des zugesetzten Härtersystems kann kalt oder heiß (vorzugsweise bei 80 bis 150°C) verpreßt werden, wobei die Masse verformt und gehärtet wird. Wenn das Schüttgewicht des Kunststoff- Abfalls sehr niedrig, z. B. weniger als 0,2 g/cm³ ist, empfiehlt sich ein kaltes Vorpressen vor dem Aushärten, um Luft zu verdrängen.

Ferner ist aus der DE 41 25 267 eine Formmasse aus Kunststoffschrott, bestehend aus thermoplastischem Kunststoffschrott, mit mittleren Teilchendurchmessern von 0,1 mm bis 5 mm bekannt, das ferner vernetzten gegebenenfalls füllstoffhaltigen duroplastischen Kunststoffschrott mit mittleren Teilchendurchmessern von 0,1 mm bis 5 mm und ein Reaktionsharz enthält. Auch in diesem Fall wird als Reaktionsharz bevorzugt Polyesterharz verwendet. Bei den bekannten gattungs gemäßen Formmassen handelt es sich um solche, die ebenfalls durch Pressen in Formteile verpreßt werden. Dazu wird der zähflüssige oder flüssige Kunststoff mit den Additiven und den Füllstoffen in gemischter Form in die Presse eingegeben und durch Verschließen der Presse über den gesamten Hohlraum verteilt und nun dem Aushärter als Formteil entnommen. Es ist weiterhin aus der DD 263 729 A1 bekannt, ein Plastformteil aus Plastabfallgemischen durch Umformung eines dicken extrudierten Stranges in einem Formpreßwerkzeug herzustellen.

Bei allen bekannten gattungsgemäßen Formmassen handelt es sich um solche mit hoher Dichte, die ausschließlich nur im Pressverfahren verarbeitet werden. Es lassen sich damit plattenförmige Körper, Palettenschachtaus kleidungen, Werkzeugschränke, LKW-Aufbauten usw. herstellen. Aufgrund der Dichte des Polyhesterharzes als Basisbestand teil der Formmasse sind zwar schlagfeste Formkörper herstellbar. Diese sind aber relativ schwer und sie sind nicht geeignet für den üblichen Einsatz von geschäumten Kunststoffteilen, nämlich zum Stoßdämpfen, Schalldämpfen oder Schallschlucken, zum Wärmedämmen oder zur kombinierten Verwendung durch Sandwich-Bauweise.

Andererseits zeigen die bekannten Formmassen, daß auf einfacher Weise Abfallfraktionen, seien es Kunst stoffe, Metall- oder sonstige schwer verrottbare Stoffe, in Kunststoff eingebettet werden können, zum einen zur Verstärkung des Materials in seinen mechanischen Eigen schaften und zum anderen auch als Füllstoffe, um nicht nur hochwertige Kunstharze für die verpreßten Teile verwenden zu müssen. Darüber hinaus gibt die DE 34 11 781 C2 auch die Wiederverwendung derartiger Materialien in einem zweiten oder dritten Recycling-Schritt an. Die Abfallfraktionen, bestehend aus der Formmasse, können selbstverständlich für einen weiteren Recycling-Prozeß als Füllstoffe eingesetzt werden.

Der Erfinder liegt ausgehend vom angegebenen Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Herstellung einer Formmasse anzugeben, die nicht nur in Pressformen verarbeitbar ist, sonder deren Volumen durch die Abstimmung der Komponenten selbst bestimmt ist, wobei die Formmasse sich auf jede gewünschte Härte einstellen lassen soll, um sie auch als Schall-, Stoß- oder Wärmedämmstoff in Plattenform oder als Formteil verformt, einsetzten zu können.

Die Aufgabe löst die Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung einer Formmasse mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfin dung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung lehrt, als Additiv ein Treibmittel in die an sich bekannte Formmasse zu mischen, die durch Abstimmung der einzelnen Additive durch das Treibmittel erst nach dem Einbringen in die entsprechenden Aufschäum formen aufgeht und die Höhlräume der Form gänzlich aus füllt. Es ist also eine flüssige Verarbeitung möglich, wobei die Füllstoffe als besonders preiswerte Füllstoffe in ausreichenden Mengen zur Verfügung stehen und diese sinnvoller Weise in die Formmasse eingebunden wer den, um so möglichst wenig Reaktions- bzw. Kunstharz einsetzen zu müssen. Das spezifische Gewicht kann dabei durch das Treibmittel und damit der Schaumgrad sowie das spezifische Gewicht der Füllstoffe vorbestimmt und individuell ausgelegt werden.

Die Additive werden in einem solchen Mischungsverhältnis beigegeben, daß der Schäumungsprozeß verzögert beginnt und der Aushärteprozeß erst nach vollständiger Ausschäumung der Form gleichmäßig einsetzt. Durch Beigabe von Weich machern (Elastifizierer) lassen sich auch elastische Formteile im Schäumverfahren herstellen, wobei die Füll stoffe eingebunden sind.

Überaschender Weise hat sich gezeigt, daß sich auch die Formmasse unter Zusatz von Abfall- und Reststoff- Fraktionen schäumend verarbeiten läßt, in dem diesen in an sich bekannter Weise Treibmittel bzw. Blähmittel, wie Ammoniumhydrogencarbonat oder Lösungsmittel oder andere handeslübliche unter verschiedenen Markennamen angebotene Treibmittel zugesetzt werden, die durch Verdampfen beim Schäumungs- und Härteprozeß Poren (geschlossen oder offen) bilden. Es hat sich darüber hinaus gezeigt, daß die durch die Treibmittel bedingten Wände der Poren und Luftkammern innerhalb des geschäumten Körpers durch Verrippungen durch das Fasermaterial, den Reststoffen und Abfällen verstärkt werden und so eine zusätzliche höhere Stabilität bei gleichzeitig hohem, einstellbarem Weichheitsgrad erzielbar ist. Solche Formmassen lassen sich insbesondere für Formteile verwenden, wie Maschinengehäuseteile, die keiner großen mechanischen Belastung ausgesetzt sind, andererseits aber hohe schall-, stoß- oder wärmedämmende Eigenschaften aufweisen sollen.

Es ist offensichtlich, daß eine Formmasse nach der Erfindung besonders einfach auch verarbeitbar ist. Für die Erstellung der Formteile ist zwar eine Form erforderlich, die den nötigen Hohlraum aufweist, um die in flüssiger Form eingegebene Masse aufschäumen zu lassen, und zwar in Gänze des Hohlraumes; für diesen Prozeß ist aber kein erhöhter Preßdruck für die Umformung erforderlich, wie dies beim bekannten Stand der Technik der Fall ist. Darüber hinaus läßt sich die Formmasse auch mehrschichtig verarbeiten, beispielsweise auch in Verbindung mit Fasermaterial wie Glasfaser zusätzlich verstärken, so daß eine hohe Bruchsicherheit bei relativ geringem spezifischem Gewicht erzielt wird und dennoch gleichzeitig eine hohe Stabilität durch die eingelegten Abfallfraktion gegeben ist. Ebenso ist eine Verarbeitung im Handauflegeverfahren im Rahmen einer lagenweisen Verarbeitung möglich.

Was die Aufbereitung der Abfall- und Reststoff-Fraktionen anbetrift, so können hier die bereits anhand der DE 39 22 740 A1 beschriebenen Vorrichtungen verwendet werden, wie Schneidmühlen oder Prallmühlen; ebenso sind selbstverständlich auch die darin angegebenen weiteren Füllstoffe hinzufügbar, um bestimmte Eigenschaften der geschäumten Formmasse zu erreichen. Durch die im wesentlichen erfolgende Kaltverarbeitung des Materials ist eine Verarbeitung mit wenig Energie möglich, so daß bei der Verarbeitung Energieeinsparungen gegenüber dem Stand der Technik gegeben sind. Darüber hinaus werden die Formen durch die Kaltverarbeitung nur minimal abgenutzt, so daß eine höhere Standzeit der Formen gegenüber Preßformen gegeben ist, die beim bekannten Stand der Technik eingesetzt werden müssen. Der Maschinen einsatz ist ebenfalls außerordentlich gering; so lassen sich die Teile auch gänzlich von Hand anfertigen, was insbesondere bei Einzelstück-Produktion von Vorteil ist. Die Schäum- und Härtezeiten von ca. 10 bis ca. 20 Minuten lassen sich unter Anwendung von chemischen Beschleunigern und Beschleunigungsprozessen, wie Wärmezufuhr von über ca. 50% reduzieren. Die Prozeßzeiten hängen auch von der Größe der Formen (Volumen) ab.

Der Einsatz der Formmasse hat sich besonders bewährt bei der Herstellung vom Maschinengehäuseteilen, die gleichzeitig hohe Schalldämpfungseigenschaften aufweisen, sowie im Bauplatten- und Dämmplattenbereich. Die Platten lassen sich darüber hinaus wie Holzplatten bearbeiten, d. h. schneiden und sägen, bohren und fräsen, wobei die Abfälle sofort wieder in den Recycling-Prozeß nach Zerkleinerung eingeführt werden können und so ein optimales Recycling der Werkstoffe, zum einen der eingegebenen Rest- und Abfallreaktionen und zum anderen auch der Kunstharze und Additive gegeben ist.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß auch dann, wenn die gemischte Masse nicht exakt der berechneten entspricht, durch den expandierenden Schaum die Form ausgefüllt wird bzw. das Teil die gewünschte Form stets einnimmt.

Beim Verarbeiten in geschlossenen Formen ist auch eine Überschäumung möglich. Dies ist der Fall, wenn z. B. eine bestimmte Schaumstruktur (Vernetzung) gewünscht ist (z. B. eine feinere Struktur).

Die in den nachfolgenden Beispielen genannten Teile und Prozente beziehen sich auf das Gewicht.

Beispiel 1

Herstellung eines Maschiengehäuseteils für eine Schleifmaschiene mit dem wesentlichen bogenförmigen Verlauf in allen drei Achsenebenen:
100 Teile eines ungesättigten Polyesterharzes auf Basis Maleinsäure, ortho-Phthalsäure, Propylenglykol und Dipropylenglykol, mit 35% Styrol,
180 Teile Reststoffe und Abfallfraktionen (thermoplaste Folien in ca. 1 mm breite, ca. 10 mm lange Streifen geschnitten ca. 0,2 mm dick);
3 Teile Cobaltbeschleuniger 10%ig,
2-3 Teile BP-Pulver (Benzoylperoxid 50%),
1 Teil N,N-Dimethylanilin 10%ig in Dibutylphthalat,
2 Teile Wasser,
2 Teile Treibmittel (Centripur® TFM)
8-10 Teile Diisocyanat (4'4 MDI)

Die Masse wurde im ersten Versuch von Hand angerührt und in einem zweiten Versuch in einem Rührwerk gemischt bis die flüssige Masse gleichmäßig vermischt war (ca. 3 Minuten Mischzeit, abhängig von der Masse).

Einfüllen der Flüssigkeit in eine verschließbare Hohlform, Ausschäumzeit ca. 10 bis 15 min. Aushärtezeit bei Raumtemperatur von 27°C ca. 30 min. bei 60°C ca. 15 min.

Beispiel 2

Fertigung einer Schalungsplatte:
Plattengröße der Schallungsplatten 1000 × 2500 × 22 mm, beidseitig glasfaserverstärkt mit GFK 450 g pro m² Liter Volumen: 55 l

Füllstoff-Ansatz:
ca. 50 l Füllvolumen Abfall geschreddert (lose geschüttet), Korngröße ca. 2-5 mm
ca. 50 l Teppichbodenabfall grobfaserig geschreddert (lose geschüttet)

Schaum-Ansatz:
12 kg Polyesterharz Standard unbeschleunigt

- 3% Gewichtsanteile Cobalt = 360 g
- 2% Gewichtsanteile Wasser = 240 g
- 1% Gewichtsanteile Aminbeschleuniger = 120 g
- 2% Gewichtsanteile BP Pulver = 240 g
- 8% Gewichtsanteile MDI 4'4 = 960 g

Gewichtsanteile sind auf das Gewicht des Polyesterharzes bezogen.

Verarbeitung:
Wertstoffe mit Schaumansatz im Rührwerk vermischen und gleichmäßig verteilt in die Preßform einbringen. Vor dem Einbringen auf die Unterseite der Form eine Lage von 450 g Glasgewebe aufbringen und Oberlage auf die Masse legen, Form schließen und auf Endmaß 22 mm zusammen pressen und unter Temperatur (ca. 40°C) aushärten. Die Er wärmung erfolgt durch angelegte Warmwasser führende Rohre oder Heizkörper.

Beispiele anderer Schaumansätze: System 1:

1. unbeschleunigtes Gremopal
2. 1% Gewichtsanteile von N,N-Dimethylanilin 10% in Dibutylphthalat
3. 2-3% Gewichtsanteile BP Pulver (Benzoylperoxid 50%)
4. 2% Gewichtsanteile Treibmittel (Centripur® TFM)
5. variieren zwischen 2-5% Diisocyanat (4'4 MDI)

System 2:

1.
- a) UP-Harz (kann zu 50% vorbeschleunigt sein, 50% unbeschleunigt) mit 2% Cobalt (1%ig)
- b) UP-Harz (kann vorbeschleunigt sein) mit 2% MERP
2. 3% Gewichtsanteile Treibmittel (Centripur® TFM)
3. 5-10% Diisocyanat (4'4 MDI)

Den Harzansätzen werden die Füllstoffe beigesetzt wie in dem Beispiel 1 oder 2 angegeben. Die Verarbeitung erfolgt entsprechend.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Formmasse aus einem Reaktionsharz und diesem zugesetzten Füllstoffen aus in Streifen, Schnitzel oder Granulat zerkleinerten Reststoff- und Abfallfraktionen oder gebrauchten unter schiedlichen Materialien, die biologisch nicht oder schwer abbaubar sind, unter Zusatz von Harzadditiven, dadurch gekennzeichnet, daß
in einem ersten Verfahrensschritt die Reststoff- oder Abfallfraktionen zu Füllstoffen zerkleinert werden,
in einem zweiten Verfahrensschritt 5-80 Gew.-% dieser Füllstoffe mit:

a) 3 Gew.-% Cobalt mit einem 10%igen Beschleuniger;
b) 2 bis 3% Gewichtsanteile Benzoylperoxidpulver (ca. 50%ig);
c) 1% Gewichtsanteile von N,N-Dimethylanilin 10%ig in Dibutylphthalat;
d) 2% Gewichtsanteile Wasser;
e) 2% Gewichtsanteile Centripur® TFM oder Ammonium-E-Hydrogencarbonat,
f) 8 bis 10% Diisocyanat (4'4 MDI) bezogen auf 100 Gew.-% Harz
g) und Harz gemischt werden,

und in einem dritten Verfahrensschritt die gemischte Masse in flüssigem, noch nicht aufschäumenden Zustand, in die Form eingebracht wird und in einer allseits geschlossenen Form oder einer oben offenen Form zu einem Formteil oder einer Platte verbracht wird und bis zur vollendeten Ausschäumung und Aushärtung hierin verbleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsharz ein ungesättigtes Polyesterharz, Vinylesterharz, Epoxidharz, Polyurethan, Phenolharz, Harnstoff- oder Melaminharz ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffe faser förmige Füllstoffe sind.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffe organische oder anorganische Werkstoffe mit stark streuender Schredder-, Schneid- oder Mahlgutgröße sind.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffe aus Abfallfraktionen vorsortiert sind und keine halogenierten Polymere enthalten.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach Einbringung einer ersten Schicht in die Form mindestens eine weitere Schicht aufgebracht wird, von denen minde stens eine Schicht elastischer ist als die zweite oder weiteren Schichten, die aus gleichen Harzen und darauf abgestimmten, Additiven bestehen, wobei mindestens eine äußere Schicht hart und schlagfest aushärtet.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktionsharz Härter, Beschleuniger, Stabilisatoren, Farbstoffe, Inhibitoren und/oder Gleitmittel als weitere Additive zugesetzt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsharz nicht vorbeschleunigt ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aushärteprozeß während des Schäumens durch Temperatur zuführung über die Form oder eine Luftströmung beschleunigt wird.