DE4307323A1

DE4307323A1 - Formkörper unter Verwendung von Schaumstoffen

Info

Publication number: DE4307323A1
Application number: DE19934307323
Authority: DE
Inventors: Clemens Becker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-03-09
Filing date: 1993-03-09
Publication date: 1994-09-15
Also published as: WO1994020276A1; AU6257894A

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von formstabilen Formkörpern unter Verwendung von Schaumstoffabfällen und/oder Schaumstoffresten sowie die gemäß diesem Verfahren hergestellten Formkörper.

Schaumstoffe, wie sie in großem Umfang in verschiedensten Zweigen der Technik verwendet werden, sind beispielsweise in Ullmann′s "Encyclopedia of Industrial Chemistry", 5. Auflage, Band All, Seite 435 ff (1988) beschrieben. Diese Werkstoffe stellen im wesentlichen Zweiphasensysteme auf der Basis einer hochpolymeren, organischen Matrix dar. Das Hauptanwendungsgebiet ist der Bausektor, auf dem die Schaumstoffe als solche oder in "Sandwich- Kombination", beispielsweise als Integralschaum mit anderen Werkstoffen zur Wärmedämmung, Schallisolierung oder Fugen abdichtung verwendet werden. Darüber hinaus werden die Schaumstoffe aufgrund der guten Polstereigenschaften auch im Möbelbau oder Automobilbereich zur Herstellung von Sitzmöbeln und von Fahrzeugsitzen oder im Bereich der Verpackungsmittel aufgrund des Widerstandes gegen Stoßbeanspruchung für verschiedenste Zwecke eingesetzt.

Thermoplastische Schaumstoffe sind dadurch gekennzeichnet, daß diese bei höherer Temperatur plastifizierbar und/oder unzersetzt schmelzbar sind. Bei der Herstellung und Verarbeitung von Schaumstoffen fällt oftmals eine mehr oder weniger große Menge an Schaumstoffresten und/oder Schaumstoffabfällen an, deren Wiederverwertung problematisch ist. Nach Ullmann, "loc. cit." ist beispielsweise bekannt, Schaumstoffabfälle auf der Basis von expandierbarem Polystyrol, das in Produktionsbetrieben anfällt, zur Wiederverwendung zu mahlen, mit vorgeschäumten Perlen zu vermischen und dem Aufschäumprozeß wieder zuzuführen. Diese Art der Wiedergewinnung ist jedoch nicht für alle Schaumstoffreste und/oder Schaumstoffabfälle gleichermaßen einsetzbar.

In der Vergangenheit hatte es nicht an Versuchen gefehlt, Schaumstoffreste und/oder Schaumstoffabfälle einer geeigneten Wiederverwertung zuzuführen.

So beschreibt die US-5 155 146 A die Bildung von thermo plastischen Verbundmaterialien, die dadurch gekennzeichnet sind, daß man zunächst eine bestimmte, vorgewählte Menge eines expandierten therinoplastischen Materials mit einer ersten Menge an Füllstoffen bis zu 60 Gew. -%, bezogen auf die Mischung bei Raumtemperatur, trocken vermischt, so daß sich die Füllstoff partikel in den thermoplastischen Teilen gleichmäßig vermischen. In einem weiteren Schritt wird unter Erwärmen und Druckformen die Mischung zu einem thermoplastischen Verbundmaterial ausgebildet. Als thermoplastisches Material werden beispielsweise Polystyrol schaumstoffabfälle genannt, die unter Zuhilfenahme eines Papierschredders in Stücke gebrochen werden können. Die Füllstoffteilchen umfassen Holzsplitter, Zellulose, Kohlenstoff, Polyaramidmaterial und Glasfasern. Die Kompression kann beispielsweise in 2 Stufen ausgeführt werden.

Das Komprimieren des Gemisches aus gegebenenfalls Treibmittel reste enthaltenden Schaumstoffabfällen und/oder Schaumstoff resten, stellt ein außerordentliches technisches Problem dar, da es außerordentlich schwierig ist, eine homogene Mischung der Bestandteile herzustellen. Bedingt durch einen relativ hohen Anteil an Holzmehl, neigt das Gemisch dazu, beim Extrudieren Klumpen zu bilden. Eine derart inhomogene Mischung ergibt dann insbesondere Probleme, wenn diese in nachfolgenden Verfahrens schritten zur Herstellung von optisch ansprechenden, formstabilen dreidimensionalen Formkörpern verarbeitet werden soll.

Aus dem Derwent Abstract 73-50 45 4U entsprechend der JP-73 027 915 B ist ein Verfahren zur Herstellung von holzartigen schwachgeschäumten Extrusionsformkörpern bekannt. Dieses Verfahren umfaßt das Erhitzen einer Mischung in einem Zylinder aus niedrig-geschäumten Polystyrolschaum beispielsweise einem ABS-Polymer, HIPS-Polymer mit bis zu 50 Gew.-% an Holzsplittern oder Sägemehl, das mit einem Polystyrol-Lösungsmittel imprägniert ist. Anschließend wird die erhitzte Mischung extrudiert und die Formkörper durch Extrusion in die gewünschte Form mit einem Presswerkzeug gebracht. Der erhaltene geschäumte Artikel soll eine äußerliche Erscheinung aufweisen, die natürlichem Holz ähnelt und verbesserte physikalische Eigenschaften aufgrund der festen Bindung zwischen dem Schaumstoffmaterial und den Holzkomponenten aufweisen. Auch dieses Verfahren weist jedoch die obengenannten Nachteile bei der Extrusion von inhomogenen Gemischen aus Thermoplast und Holzsplittern auf.

Dementsprechend besteht nach wie vor ein Bedarf an einem geeigneten Verfahren zur Wiederverwertung von Schaumstoffresten und/oder Schaumstoffabfällen, bei dem die Vermeidung von Müll und die damit verbundene Einsparung an Deponiekosten von besonderer Bedeutung ist.

Darüber hinaus ist von besonderer Bedeutung, das vorhandene Volumen der Schaumstoffreste und/oder Schaumstoffabfälle freizusetzen und den eigentlichen thermoplastischen Wertstoff zur Herstellung von formstabilen Formkörpern wieder zu verwerten.

Die vorstehend genannten Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von formstabilen Formkörpern unter Verwendung von thermoplastischen, gegebenenfalls Treibmittelreste enthaltenden Schaumstoffabfällen und/oder Schaumstoffresten durch

a) Komprimieren der Schaumstoffabfälle und/oder Schaumstoff reste,
b) Plastifizieren der Schaumstoffabfälle und/oder Schaumstoff reste durch Erwärmen,
c) Vermischen der plastifizierten Schaumstoffabfälle und/oder Schaumstoffreste mit Holzmehl in einem Extruder und
d) Spritzgießen oder Formextrudieren des gewünschten Form körpers.

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ist es möglich, formstabile Formkörper unter Verwendung von Schaumstoffabfällen und/oder Schaumstoffresten zur Verfügung zu stellen, wobei die Schaumstoffreste und/oder Schaumstoffabfälle nicht der Deponierung zugeführt werden müssen.

Durch die vorgeschaltete Komprimierung der Schaumstoffabfälle und/oder Schaumstoffreste, begleitet durch deren Plastifizierung vor dem Vermischen mit Holzmehl, ist es möglich, eine außerordentlich homogene Verteilung des Holzmehls im Extruder zu erreichen, so daß die erhaltenen Formkörper nicht nur außerordentliche attraktive Oberflächeneigenschaften sonder darüber hinaus auch eine starke innere Festigkeit aufweisen, die ihnen eine besondere Formstabilität verleiht.

Bekanntermaßen werden eine Fülle von Schaumstoffen durch Extrusion von thermoplastischen Kunststoffen unter Zusatz von Treibmitteln hergestellt. Diese werden grundsätzlich unterschieden in physikalische und chemische Treibmittel. Letztere enthalten chemische Verbindungen, die in der Regel bei höherer Temperatur, beispielsweise im Bereich von 100 bis 250°C zersetzlich sind und hierbei Gase entwickeln. Die größte Bedeutung als chemisches Treibmittel hat Azodicarbonsäurediamid, das bei Temperaturen von etwa 200°C Stickstoff und Kohlenmonoxid entwickelt. Häufig enthalten die so hergestellten Formkörper noch mehr oder weniger große Mengen an unzersetztem chemischen Treibmittel, das jedoch bei der nachfolgenden Wiederverwertung einen äußerst störenden Einfluß ausübt, da bei der durchge führten Plastifizierung eine lokale Gasentwicklung auftritt, die zur Inhomogenität des gewünschten Produktes führt. Dementsprechend ist die separate Komprimierung und Plasti fizierung der Schaumstoffabfälle und/oder Schaumstoffreste unabhängig von den im Laufe des Verfahrens später zugesetztem Holzmehl gemäß der vorliegenden Erfindung von besonderer Bedeutung, da erst nach der Entfernung von Treibmittelresten und sonstigen Hohlräumen, bedingt durch das Porenvolumen der Schaumstoffe, eine homogene Mischung der Schaumstoffabfälle und/oder Schaumstoffreste in plastifizierter Form mit dem Holzmehl möglich ist, die es erlaubt, formstabile Formkörper mit guter Maßhaltigkeit herzustellen.

Die Herkunft der Schaumstoffabfälle und/oder Schaumstoffreste ist im Sinne der vorliegenden Erfindung von untergeordneter Bedeutung. So können die verschiedensten Schaumstoffabfälle und/oder Schaumstoffreste beispielsweise aus der Verpackungs industrie, Möbelherstellung oder der Automobilindustrie stammen. Zur vereinfachten Verarbeitung der Schaumstoffabfälle und/oder Schaumstoffreste ist es möglich, jedoch nicht unbedingt erforderlich, die Schaumstoffreste zunächst grob zu zerkleinern. Voraussetzung zum Einsatz der Schaumstoffreste und/oder Schaum stoffabfälle ist es jedoch notwendig, daß diese eine geeignete Größe haben, die ein Einbringen in handelsübliche Extruder ermög licht.

In der Industrie fallen insbesondere Schaumstoffabfälle und/oder Schaumstoffreste aus Polyethylen, Polystyrol und/oder Polyurethan an. Dementsprechend werden die am weitesten verbreiteten Schaumstoffe auch im Sinne der vorliegenden Erfindung eingesetzt.

Das Gewichtsverhältnis von Schaumstoffabfällen und/oder Schaum stoffresten zu Holzmehl kann in weiten Bereichen frei gewählt werden. Zur Erzielung von bestimmten gewünschten Eigenschaften der Formkörper ist es jedoch bevorzugt, das Gewichtsverhältnis von Schaumstoffabfällen und/oder Schaumstoffresten zu Holzmehl zu begrenzen. So hat es sich zur Herstellung von besonders form stabilen homogenen Formkörpern herausgestellt, daß ein Gewichts verhältnis von Schaumstoffabfällen und/oder Schaumstoffresten zu Holzmehl im Bereich von 10 : 1 bis 1 : 1 von 5 : 1 bis 2 : 1 vorteilhaft ist. Wird nämlich zu viel Holzmehl, bezogen auf die Schaumstoffabfälle und/oder Schaumstoffreste, eingesetzt, so nimmt die Festigkeit der Formkörper, bedingt durch das geringere Bindevermögen, der zu geringen Menge an Thermoplast, ab. Da Holz mehl selbst einen Beitrag zur Festigkeit der Formkörper liefert, ist auch beim Einsatz einer zu geringen Menge an Holzmehl eine verminderte Festigkeit des erhaltenen Formkörpers festzustellen. Insbesondere weist Holzmehl in den Formkörpern der vorliegenden Erfindung verstärkende Eigenschaften auf, wirkt also nicht als inaktiver Füllstoff. Dementsprechend ist es erforderlich, die jeweiligen Einsatzmengen an den gewünschten Eigenschaften der Formkörper zu orientieren.

Da bekanntermaßen die thermoplastischen Kunststoffe aus denen Schaumstoffe hergestellt werden, bei Temperaturen im Bereich von mehr als 100°C plastifizierbar und/oder schmelzbar sind, ist es im Sinne der vorliegenden Erfindung bevorzugt, die Schaum stoffabfälle und/oder Schaumstoffreste bei einer Temperatur im Bereich von 130 bis 250°C insbesondere im Bereich von 170 bis 200°C zu plastifizieren. Die jeweils einzuhaltene Temperatur richtet sich dabei vornehmlich nach der chemischen Haupt komponente und dem Schmelzverhalten des thermoplastischen Kunst stoffmaterials. Zur Herstellung von besonders homogenen Formkörpern ist es weiterhin bevorzugt, dieses Plastifizieren unter Luftausschluß oder Vakuum durchzuführen. Hierbei wird insbesondere das Volumen vorhandener Hohlräume vermindert oder auch entstehende Restgase aus Treibmitteln chemischer oder physikalischer Art abgesaugt.

Holzmehl ist bekanntermaßen sehr fein zerkleinertes Holz, das als Filterhilfsmittel, als Füllstoff z. B. bei der Herstellung von Holzbeton und - gegebenenfalls nach Durchtränkung mit geeigneten Harzen - in Preßmassen sowie als Beimengung zu Rauhfaseran strichen Verwendung findet. Dieses Naturprodukt enthält üblicher weise eine mehr oder weniger große Wassermenge, die gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch Trocknen des Holzmehls bei erhöhter Temperatur entfernt werden kann. Dementsprechend besteht eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darin, daß man Holzmehl einsetzt, das vor dem Vermischen mit den plastifizierten Schaumstoffabfällen und/oder Schaumstoffresten bei einer Temperatur von 100°C bis 650°C, insbesondere 150°C bis 250°C und bevorzugt bei 180°C getrocknet wurde.

Obwohl die vornehmliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Wiederverwertung von thermoplastischem Schaumstoffabfällen und/oder Schaumstoffresten liegt, ist es im Sinne der vorliegenden Erfindung möglich, an sich bekannte Zusatzstoffe zur Herstellung von Formkörpern einzusetzen. Diese an sich bekannten Zusatzstoffe wie thermoplastische Kunststoffreste und/oder Kunststoffabfälle, Füllstoffe, Weichmacher, Farbstoffe, Haft vermittler, Flammschutzmittel und/oder Masterbatches können in verschiedenen Stadien des Verfahrens eingesetzt werden. So ist es beispielsweise möglich, direkt zu Beginn des Verfahrens die Schaumstoffabfälle und/oder Schaumstoffreste vor dem Komprimieren mit ausgewählten Zusatzstoffen zu versetzen, die dann während der Plastifizierung der Schaumstoffabfälle und/oder Schaumstoffreste mit diesen eine mehr oder weniger homogene Mischung ergeben. In gleicher Weise ist es möglich, dem Holzmehl vor dem Einsatz in dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgewählte Zusatzstoffe unterzumischen und somit ein homogenes oder heterogenes Gemisch aus Holzmehl und ausgewählten Zusatzstoffen mit plastifizierten Schaumstoffabfällen und/oder Schaumstoffresten unterzumischen. Darüber hinaus ist es selbstverständlich möglich, in einem weiteren, zusätzlichen Verfahrensschritt ausgewählte Zusatz stoffe, wie oben beschrieben, in das Verfahren einzubringen. Der Fachmann auf dem hier vorliegenden Gebiet kann durch routine mäßiges Probieren den geeigneten Einsatzort der Zusatzstoffe ohne weiteres ermitteln.

Da es sich bei den formstabilen Formkörpern, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhältlich sind, praktisch um physikalische Mischungen verschiedener Bestandteile handelt, die in der Regel keine chemische Reaktion untereinander eingehen, ist auch das Gewichtsverhältnis von Schaumstoffresten und/oder Schaumstoffabfällen zu den oben genannten Zusatzstoffen in einem sehr großen Bereich variierbar. So kennt der Fachmann beispielsweise Mengen an Flammschutzmitteln wie Magnesiumhydroxid oder Aluminiumhydroxid, die üblicherweise erforderlich sind, damit Formkörper erhalten werden, die bestimmten Brandschutz vorschriften entsprechen. In gleicher Weise ist die prinzipielle Wirkung von weiteren Füllstoffen auf die Formkörper an sich bekannt, so daß der Fachmann auf dem hier vorliegenden Gebiet ohne weiteres in der Lage ist, gewünschte Eigenschaften der Formkörper durch Art und Menge der Zusatzstoffe gezielt einzustellen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es besonders bevorzugt, das Gewichtsverhältnis von Schaumstoff abfällen und/oder Schaumstoffresten zu den weiteren Zusatzstoffen im Bereich von 10 : 1 bis 10 : 6 einzustellen.

Die gemäß den vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte erhaltenen thermoplastischen Gemische werden in einem weiteren Verfahrensschritt zu den gewünschten formstabilen Formkörpern umgeformt. Diese Formgebung kann bevorzugterweise durch Spritzgießen oder Formextrudieren erfolgen. So lassen sich beispielsweise Wickelkerne zur Aufwicklung von Kunststoffolien herstellen, die eine außerordentlich hohe Festigkeit aufweisen. In gleicher Weise lassen sich somit auch Paletten zum Transport von Gütern herstellen, die ähnliche Eigenschaften aufweisen, wie bekannte Paletten aus Holz, die jedoch diesen gegenüber eine erhöhte Festigkeit bei verringertem Gewicht aufweisen.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht somit in formstabilen Formkörpern, die extrudierte, komprimierte, plastifizierte Schaumstoffabfälle und/oder Schaumstoffreste und Holzmehl enthalten, die mit Hilfe des oben beschriebenen Verfahrens erhältlich sind. Bedingt durch die hydrophobe Einbettung der einzelnen Holzpartikel, quellen die erfindungsgemäß erhaltenen formstabilen Formkörper weniger auf als vergleichbare Artikel aus Holz. Holzmehr bewirkt eine mecha nische Verstärkung der Formkörper. Zugesetztes weiches Poly urethan (PUR) verbessert die Elastizität und Polyvinylchlorid (PVC) die Oberflächenbeschaffenheit. Zusätze von ABS erhöhen die Stabilität, von PUR (hart), gegebenenfalls als Mehl, wirken ver stärkend. Hochdichtes Polyethylen, PEHD, beispielsweise erhältlich unter dem Zeichen Trocellen®, verbessert die Verbindung zwischen den einzelnen Bestandteilen der Formkörper.

Beispiel 1

Ein handelsüblicher Polyethylenschaumstoff 0,2-0,8 kg/m³ aus der Herstellung von Trocellen® Schaumstoffen, der noch Restmengen an Azodicarbonsäurediamid enthielt, wurde unter Volumenverminderung auf 1/4 in einem Stopftrichter komprimiert und einem Doppel schneckenextruder, Gleichläufer Durchmesser: 75 mm, 40 D unter Erwärmen zugeführt. Die Eingangstemperatur des Extruders betrug 170 bis 180°C. Dem komprimierten, plastifizierten Thermoplast wurde im Extruder Holzmehl in einer Menge von 40 Gew.-% zugegeben. Beim Vermischen der plastifizierten Schaumstoffabfälle und/oder Schaumstoffreste mit dem Holzmehl wurde die Temperatur auf 140°C abgesenkt, jedoch zum Ausgang des Extruders auf 200°C erhöht. Die Menge an Holzmehl betrug 40 Gew.-% bezogen auf die Schaumstoffabfälle und/oder Schaumstoffreste. Das so erhaltende Compound wurde der Profilextrusion von Stäben, Rohren, Hohl kammerprofilen zugeführt.

Beispiel 2

Analog Beispiel 1 wurde anstelle von Polyethylenschaum ein Polyurethanschaum 0,2-0,3 kg/m³ eingesetzt, der aus der Polyol, Isocyanat Sitzkissenfertigung von Kraftfahrzeugen stammte. Vor der Komprimierung, analog Beispiel 1, wurden dem Schaumstoff weiterhin ABS-Kunststoffreste in einer Menge 40 Gew.-% und einer Teilchengröße von einem Durchmesser von ca. 8 mm sowie eine Menge an PVC-Kunstoffabfällen in einer Menge von 10 Gew.-% und einer Teilchengröße von einem Durchmesser von 8 mm zugegeben. Die Eingangstemperatur im Doppelschneckenextruder betrug 150°C. Im Extruder wurden dem oben genannten Gemisch aus PUR, ABS und PVC 20 Gew.-% Holzmehl beigegeben. Die Temperatur am Ausgang des Extruders betrug 190°C. Das so erhaltende Compound wurde zum Spritzgießen einer Griffschale, Kappe, Deckel eingesetzt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von formstabilen Formkörpern unter Verwendung von thermoplastischen, gegebenenfalls Treibmittelreste enthaltenden Schaumstoffabfällen und/oder Schaumstoffresten durch

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Schaumstoffabfälle und/oder Schaumstoffreste aus Poly ethylen, Polystyrol und/oder Polyurethan einsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gewichtsverhältnis von Schaumstoffabfällen und/oder Schaumstoffresten zu Holzmehl im Bereich von 10 : 1 bis 1 : 1, insbesondere 5 : 1 bis 2 : 1 einstellt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schaumstoffabfälle und/oder Schaumstoffreste bei einer Temperatur im Bereich von 130 bis 250°C, insbesondere 170 bis 200°C, gegebenenfalls unter Luftausschluß oder Vakuum plastifiziert.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Holzmehl vor dem Vermischen mit dem plastifizierten Schaumstoffabfällen und/oder Schaumstoffresten bei einer Temperatur im Bereich von 100°C bis 650°C, insbesondere 150°G bis 250°C trocknet.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man weitere Zusatzstoffe, ausgewählt aus thermoplastischen Kunststoffresten und/oder Kunststoffabfällen, Füllstoffen, Weichmachern, Farbstoffen, Haftvermittlern, Flammschutzmitteln und/oder Masterbatches zugibt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gewichtsverhältnis von Schaumstoffabfällen und/oder Schaumstoffresten zu weiteren Zusatzstoffen im Bereich von 10 : 1 bis 10 : 6 einstellt.

8. Formstabile Formkörper enthaltend extrudierte, komprimierte, plastifizierte Schaumstoffabfälle und/oder Schaumstoffreste und Holzmehl, erhältlich nach einem Verfahren wie in einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 definiert.