CH429125A

CH429125A - Verfahren zum Feinzermahlen von Kunststoffen oder Kunstharzen

Info

Publication number: CH429125A
Application number: CH13365A
Authority: CH
Inventors: S Richart Douglas
Original assignee: Knapsack Ag
Priority date: 1964-01-09
Filing date: 1965-01-07
Publication date: 1967-01-31
Also published as: NL6500195A; AT256456B; DE1454822A1; BE657991A; ES307944A1; GB1079262A; JPS491310B1; FR1419542A; US3453221A

Description

Verfahren zum Feinzermahlen von Kunststoffen oder Kunstharzen
Die Erfindung bezieht sich auf veine verbesserte Methode fUr die Feinzermahlung von Kunststoffen und Kunstharzen. Insbesondere betrifft, die Erfindung Verbesserungen in Feinzermahlungs-Verfahren, wonach Kunststoffe und Kunstharze spröder gemacht werden, so dass das sich ergebende, pulverfdrmige Produkt bessie-r verwendbar wird.

Verfahren, in denen Kunststoffe und Kunstharze in pulverförmige Form verwendet werden, sin, d von be deutender kommerzieller Bedeutung. Derartige Verfahren umfassen z. B. das Herstellen von Gegenständen durch Zusammenpressen und Sintern feiner Partiel, Erzeugung von Gegenständen durch Rotationssinterverfahren mit Pulver, Herstellung leicht löslicher kleiner Partiel oder gleichmässige Teilchen finir Suspensionen und/oder Überziehen von Gegenständen durch Schmelz überzugsverfahr.

en. Das letztere der aufgeführten Verfahren wird mehr und mehr bedeutend, und die Erfindung bezieht sich insbesondere auf, dqie HerstelIung von pulverförmigen Harzen für Schmelzberzugsverfahren, ist aber darauf nicht beschränkt.

Schmelzüberzugsverfahren können dahingehend defiiert werden, dass ein zu iiberziehender Gegenstand mit schmelzbarem Überzugsmaterial in fein zerkleiner- ter Form in Beriihrung gebracht wird, wobei durch Anwendung von Wiirme-das Oberzugsmaterial zu einem dichten zusammenhängenden Überzug auf den Gegenstand zusammenschmilzt. Als Beispiele der Schmelz überzugsverfahren können augeführt werden : Flammspritzen, elektrostatisches Pulverspritzen, Staubbeschichtung, Sahüttverfahren, Aufpudern, Wirbelsinterverfahren.

Schmelzüberzugsverfahren setzen voraus, dass die Partikel der schmelzbaren Überzugsmaterialien von kleiner Grösse sind, Idamit ein gleichmässiger Überzug erreicht wird. Die four dièse Verfahren erforderliche Partikelgrösse varüert in einem gewissen Grade, aber im allgemeinen-und insbesondere mit Bezug auf das Wir belsinterverf, ahr, en wird eine Partikelgrösse im Bereich von ungefdhr 400 p bis, 40 ;, u und darunter verwendet.

Bei der Herstellun, g von pulverförmigen Materialien für Schmielzüberzugsverfahren werden des öfteren ge- wisse Zusätze mit den Harzen vermischt. Derartige zu- sätze können u. a. Pigmente, Füllstoffe, Weichmacher roder Stabilisatoren sein. Um eine gute Homogenität bei Überzugsmaterialen besserer Qualität zu crreichen, werden die Zusätze oft im Schmelzfluss mit den Harzen vermischt unter Verwendung von Geräten, wie Mischern, Knetern oder Walzwerken.

Anschliessend ergibt der Ex truder ein streifen-oder bandförmiges Produkt, das nicht verwendet werden kann, bevor es nicht zerkleinert und zu einem Pulver vermahlen worden ist.

Das aus den Mischgeräten herausfkommende Produkt ist meist nicht spröde, sonndern kann von einer elastischen Art sein, Idie es ausserordentlich schwierig un, d kostspielig macht, das Pro, dut in eine pulverförmige Form zu bringen. Dies trifft finir Vinylharze besonders zu. Beim Mahlen von Materialien dieser Art musts in bezug auf das Material beträchtlich. e Energie aufgew. en- , dent werden, Idie zwangsläufig zu einem Wärmeanstieg des Mahlvorganges führt.

Die hieraus resultierende Temperatursteigerung kann ausreichend sein, insbeson- dere im Mahlraum ein Verschmelzen des Materials zu verursachen. Der Hinweis bezüglich der Gleichmässigkeit der Partiel sagt hierin nicht, dass es sich um eine exakte Kugelform handeln muss.

Wenn die Partiel eine in etwa kugelige roder kubische Form haben und möglichst grosse Gleichmässigkeit in der Absmessung nach allen Dimensionen, ist der Zweck erreicht. Eine davon abweichende Form, wie z. B. Stäbchenfor, ergibt veine schwierige Verarbeitung bei der Herstellung von Überziigen insbesondere im Wirbelsinterverfahren, da dadurch die Aufwirbelung entschei, dend verschlechtert wird.

Infolge der oben erwächten Schwierigkeiten ist es oft notwendig, die Zerkleinerung bei tiefen Temperaturen durchzuführen. Hierb, ei ist es alLgemein üblich, das Material mit flüssigem Stickstoff in Kontakt zu bringen, und zwar vor und gegebenenfalls auch während des Mahlvorganges, damit Idie Harze bei einer Temperatur, bei der sie spröde sind, gehalten werden, während sie gemahlen werden. Es ist gemäss dieser Erfindung her ausgefun, den worden, dass die Materialien durch besondere Massnahmen überhaupt ohne den Gebrauch von Flüssigstckstoff oder unter Verwendung von gegenüber den bekannten Verfahren sehr geringen Mengen von Flüssigstickstoff gemahlen werden können.

Die geringen Flüssigeitckstoffmenchen können, wie ferner herausgefunden wurde, in vielen Fällen durch ein weniger teures Kühlmittel ersetzt werden. tÇberraschenderweise wurde sogar gefunden, dass in manchen Fällen zufriedenstel lende Mahlergebnisse erreicht werden, mit Wasser als alleininges Kühlmittel.

Gemäss der Erfindung wird vorgeschlagen, zum Feinzermahlen von Kunststoffen und Kunstharzen die Partiel vor dem Mahlen durch Aufschäumen zu vergrössern. Anstelle von kompletten partikeln besteht das Mahlgut aus aufgeschiiumten Partikeln, doie wesentlich weniger Energie zur Zerkleinerung benbtigen und bei der Mahlung ein in der Form regelmässigeres Produkt ergeben.

Wie bereits erwmmt, miissen beim Mahlen von Harzen Kühlmittel, wie Flüssigstickstoff, verwendet werden.

Diese Kühlmittel haben zwei Funktionen. Erstens kührlen sie die Harze aux aine Temperatur ab, die unter der Versprödungstemperatur des Harzes liegt und machen sie auf diese Waise brüchiger. Zweitens dient das Kühlmittel dazu, die sich während des Mahlvorganges bildende Wärme abzuleiten, da sonst, wi-e oben erwdhnt, die Wärme das Schmelzen des Harzes bewirkt, so dass beim Mahlen keine Körner, sondern nur eine zähe Masse roder undefinierbare Partiel vorhanden sind.

Der durch die Erfindung erzielte überraschende Effekt wir, d wie folgt erklärt : Durch das Aufschäumen der Stoffpartikel entsteht eine netzartige Struktur, bestehend aus festen Teilchen von Harz, die untereinander verbunden sind mit verhältnismässig dünnen Stützmembranen. Dies macht das Material brüchiger, da. es beim Zerkleinern dieser zusammengesetzten Struktur nur notwendig ist, tdie dünnen Stützzembranen zu brechen, was weniger Energie erfordert als das Zerteilen von einem festen Stoffpartikel.

Durch die Reduzierung des Energieaufwandes wird während des Mahlvorganges weniger Wärme entwickelt, und demgemäss werden auch die Stoffpartikel weniger erwärmt, so dass ihre Schmelzoder Erweichungstemperatur nicht erreicht wird.

Ein zweiter Orteil ergibt sich aus der Tatsache, dass di. e aufgeschäum. ten Teilchen leichter von einem Kühlmittel durchdr-ungen werden können und auf diese Weise ein besseres Wärmeaustausdhveuhältnis erzielt wird. Als Küblmittel kommt daher nicht nur Flüssig- stickstoff in Frage, sondez auch z. B. andere geeignete Flüssigkeiten, Insbesondere Wasser oder sogar Luft und andere Gase.

Die Vorteile der Erfindung können wie folgt zusammengefasst werden : Geringerer Energieaufwand erforderlich, um die netzartige Struktur zu zerkleinern ; der Temperaturanstieg währedn des mahlvorganges ist ge- ring, und die netzartige Struktur ergibt eine sehr wirksame Wärmeübertragung zu dem Kühlmittel.

Weiterh, m wird vorgeschlagen, zur mechanischen Erzeugung ! der Schaumstruktur durch mechanische Mit- tel, vorzugsweise Sdurch eine Misch-und Bewegungseirichtung, ein Gas unter Druck in-dite Stoffpartikel hineinzupressen, welches diese schaumartig vergrössert.

Zur chemischen Erzegugung der Schaumstruktur wird vorgeschlagen, ein Treibmittel mit in-en Stoffpartikeln zu vermischen und die Mischung auf neine Temperatur zu bringen, bei der die Treibmittel die Stoffpartikel schaumartig vergrössern.

Wie bekannt, sind Treibmittel Materialien, die durch Umsetzung, Veradamfpfung oder durch andere Mittel Gase erzeugen, die ihr Volumen wesentlich vergrössern, wenn die Temperatur entsprechend erhöht wird. Die Treibmittel werden mit dem Harz vermischt und zur Ausdehnung der Stoffpartikel aus einem Extnuder extrudiert, der mindestens die Temperatur aufweist, bei der das Trebmittel wirksam wird. Das Treibmittel kann auch durch Walzen und Mahlen in das Harz eingemischt werden, z. B. i einem Banbury-Mischer oder einem beheizten Walzwerk, wobei zur gleichen Zeit Mischen und Aufschäumen erfolgt.

Weiterhin kann das Harz und das Treibmittel zusammen gemischt und daraufhin in einen Ofen gebracht werden ader in eine andere geeignete Umgebung mit hoher Temperatur, die das Treibmittel wirksam werden lässt.

Die Menge an Treibmittel, Idie, dem Harz hinzugafügt Wird, hängt in gewissem Masse vontder Charakteristik des erwunschten Erzeugnisses ab ; und zwar ob das pulverförmige Erzeugnis offene oder geschlossene Poren aufweisen soll. Wenn das pulverflrmige Endprodukt frei von geseinschlüssen sein muss, dann salle das Treibmittel in einer Menge zugefüht werden, die die Bildung von grossen, au±geschäumten Teilchen bewirkt, die so gross sind, dass beim Vermalen die eventuellen Gaseirrschlüsse mit Sicherheit zerstört werden.

Auch ist es wichtig, dass wenn das Harz auf einen erwärmten Ge- genstand gebracht wird, wie in den Überzugsverfahren üblich, das Treibmittel bereits völlig entfernt ist. An- dernfalls könnte Idie Wärme beim Sehmelzen der Partikel die Schäumunsg fortsetzen, was einen aufgeschäumten überzug zur Folge hätte. Wenn dagegen ein schaumartiger Überzug erwü, nscht ist, kann ein gewisser Teil des Treibmittesl in dom gemahlenen tZberzugsmaterial enthalten bleiben.

In den nachfolgenden Beispielen wurden bestimmte TestverEahnen benutzt, um die Wirksamkeit dieser Erfindung zu bestimmen. Nachedem das Treibmittel Idem Harz hinzugefiigt wurde und dieses ausdehnte, wurde das Harz in zéine passende Grosse geteilt und dann in flüssigen Stickstoff getaucht, bis es dessen Temperatur -errp, icht hat. Das gekühltep Harz wurde, dann aus dem Flüssigstickstoffbad herausgenommen und in ein Zer- kl;einerungsgerät, z. B. Stiftmühle, gebract.

Es wurde dann eine Siebanalyse, der zerkleinerten Teilchen durci- geführt, und disse Siebanalys, e wurde mit anderen in gleicher Weise behandelten Teilchen verglichen, die aber kein treibmittel enthielten.

Beispiel I
Ein Kunststoff auf Basis Vinylharz, geeignet zum Überziehen im Wirbelsinterverfahren, wurde angefertigt, indem Polyvinylchlorid, Weichmacher, Stabilisatoren, Pigmente, Füllstoffe und ein Treibmittel, bestehend aus Azodicarbonamid, in einem Mischer vermischt vwr, den.

Die Zusammenstellung war wie folgt, wobei die genannten Zahlen Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des Harzes sind :
Polyvinylchlorid 100
Dioktylphthalat 45
Epoxydiertes Soyaöl 5 Titandioxyd 5
Kalziumsulfat 10
Barium-Cadmiumlaurat 3
Zweibasisches Blei-Phosphat 1 Azodicarbonamid 0, 5
Nachdem die obigen Materialien in dom Mischer geschmolzen waren, wurde das Material in einen Mischextruder gebracht und bai einer Temperatur ilber dem Schmelzpunkt des PVC-Harzes im Bereich zwischen etwa 140 C bis 180 C extnudiert. Sawie das Material den Extruder verliess, verursaehte die Druck- entlastung, dass das Treibmittel das Material aufschäumte.

Das ausgedehnte Material in Form eines Bandes roder Stranges, wie es aus dem Extruder kommt, wurde dann geteilt in kleine Kugeln oder Würfel, die -voie oben beschrieben- gekühlt und in eine Stiftmühle eingeführt wurden. Eine gleiche Pulverzusammenset- zung wurle dann hergestellt, jedoch war kein Treibmittel enthalten.

Die Siebanalysen der beiden Muster waren wie folgt : Korngrössen in mit Treibmittel ohne Treibmittel 300 1 O/o 41/o
190 8% 8 %
150 9 /o 22 /o
110 30% 46%
75 62% 69%
53 64% 78%
44 80% 91 /o
Beispiel Il
0, 5 Gewichtsprozent Azodicarbonamid als Triebmittel wurde zu einem Polyamid hinzugefügt un, d in einlem Mischer gemischt. Dann wunde dLas Gemisch auf einem Blech ausgebreitet und in einen Ofen gestellt, der fur veine Zeit von 15 Minuten auf 230 C erhitzt wurde.

Es ergab sich, Idass das Treibmittel das Polyamid aus , dehnte. Ein Muster Idieses Materials wurde in Flüssigstickstoff gekühlt und in einer Stiftmühle gemahlen und die erzielten Ergebnisse, verglichen mit dem gleichen Polyami, d, bei ! dem kein, e Treibmittel verwendet wurden, sind wie folgt :

Korngrössen in mit Treibmittel ohne Treibmittel
400 2, 6% 6, 1 /o
300 10, 0% 19, 6 /o
190 25, 3% 38, 2 /o
150 47, 5% 62, 3 /o
110 73,8% 80, 0%
75 85, 2% 88, 7 /o
53 90, 0% 92, 5 /o 44 95, 0 /o 96, 8 /o
Beispiel III
Ein chloriertes Polyäther-Harz wurde wie in Beispiel I mit 1 % des Azodicarbonamid-Treibmittels gemischt.

Nach dem Aufschäumen wurde es mit Flüssigstickstoff, wie oben erwähnt, gekühlt und in einer Stiftmühle ge- mahlen. Siebanalysen eines so bereiteten Materials und eines Kontrollmusters von chloriertem Polyäther-Harz, zu Idem kein Treibmittel hinzugefügt wurde, waren wie folgt :

Korngrössen in mit Treibmittel ohne Treibmittel
190 3, 5 /o 7, 50/0
150 27, 0% 42, 5 /o
110 49,0% 65, 0 /o
75 65, 5% 81, 0 /o
53 81, 5 /o 94, 0 /o
44 88, 0% 96, 5 /o
Aus den oben angegeibenen Beispielen kann ersehen werden, dass Idie Harze, die vor dem Zerkleinerungspro- zess geschliumt wurden, ibei gleicher Behandlung wie die Kontrollmuster, eine beträchtlich feinere Teilchengrösse ergaben.

Weiterhin ergab die optische Prüfung der zerkleinerten Teilchen, dass diejenigen, die vor dem Mahl vorgang geschäumt wurden, viel regelmässiger beschaffen waren und keine länglichen Partiel aufwiesen.

Claims

PATENTANSPRUCH Verfahren 2um Feinzermahlen von Kunststoffen roder Kunstharzen, dadurch gekennzeichnet, dass die zu zermahlenden Partiel vor dem Mahlen durch Auf schdumen vergrbssert wer-den.

UNTERANSPRVCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, Id durch gekenn- zeichnet, dass zur Erzeugung der Schaumstrukter ein Gas oder eine leicht vergasbare Flüssigkeit unter Druck in, dite bewegten Stoffpartikel gepresst wird, wobei diese durch Aufschäumen vergrössert werden.

2. Verfahren mach, Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstruktur in einer Mischund Bewegungseinrichtung erzeugt wird.

3. Verfahren nach patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Schaumstrukter ein Treibmittel mit den Stoffpartikeln vermischt wird und die Mischung auf eine Temp, cratur gebracht wird, bei der die Treibmittel, die Stoffpartikel, durch Aufschliumen vergrössern.

4. Verfahren nach einem Ider Unteransprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Schaumstruk- tur aufweisenden Stoffpartikel auf eine Grösse von etwa 40 bis 400 zerkleinert werden.

5. Verfahren nach einem der unteransprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoffpartikel mit Poren versehen werden, die eine durchschnittliche Grosse von mehr als 400 It aufweisen.