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Dokumentenidentifikation DE19718035C2 27.07.2000
Titel Verfahren zum Aufbringen von Kunststoffpartikel auf eine Kunststoffplatte zur Herstellung einer rauhen Oberfläche
Anmelder GSE Lining Technology GmbH, 21073 Hamburg, DE
Erfinder Mathieson, Michael C., 21073 Hamburg, DE
Vertreter Jaeschke, R., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 22851 Norderstedt
DE-Anmeldedatum 29.04.1997
DE-Aktenzeichen 19718035
Offenlegungstag 05.11.1998
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 27.07.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.07.2000
IPC-Hauptklasse B29C 41/08

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von Kunststoffpartikel auf eine Kunststoffplatte zur Herstellung einer rauhen Oberfläche, bei welchem die Kunststoffplatte relativ unter wenigstens einem Kunststoffpartikelstrahl bewegt wird, wobei die Kunststoffpartikel oberflächlich durch eine Flamme erhitzt werden und in erhitztem Zustand auf die Oberfläche der Kunststoffplatte auftreffen und dort haften. Unter Kunststoffplatten sollen mehr oder weniger steife Kunststoffbahnen aus thermoplastischem Kunststoff oder auch Kunststoffolien mit unterschiedlichen Stärken verstanden werden. Im wesentlichen bezieht sich die Erfindung auf die Art der Aufbringung der Kunststoffpartikel, so daß im folgenden überwiegend von einer Kunststoffplatte die Rede ist, ohne daß damit eine Beschränkung verbunden sein soll.

Für das Beschichten einer Oberfläche von Kunststoffplatten mit Kunststoffpartikel sind unterschiedliche Verfahren bekannt. Es ist bekannt, die Kunststoffpartikel lose auf die Oberfläche aufzutragen und die beschichtete Oberfläche anschließend zu erhitzen. Auch ist es bekannt, den aufzubringenden Kunststoff in einem Extruder zu plastifizieren und durch wenigstens eine Düse im wesentlichen gleichmäßig verteilt auf die Oberfläche aufzubringen. Die erhitzten Kunststoffpartikel verschmelzen mit der Kunststoffplatte, so daß ein fester Verbund erzielt wird. Durch die Kunststoffpartikel werden Vorsprünge auf der Oberfläche gebildet, wodurch die Rauhigkeit der Kunststoffplatte entsteht.

Diese Verfahren haben den Nachteil, daß die Kunststoffpartikel und auch die Kunststoffplatte eine relativ lange Zeit erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind. Hierdurch wird eine thermische Umstrukturierung der Molekülketten des zu verarbeitenden Kunststoffes bewirkt, so daß der aufgebrachte Kunststoff von seinen ursprünglichen physikalischen Eigenschaften abweicht. Insbesondere ist es nicht möglich, eine Kunststoffplatte der eingangs geschilderten Art so herzustellen, daß bei identischen Ausgangsstoffen die Kunststoffplatte und die aufgebrachten Kunststoffpartikel anschließend die gleichen physikalischen und chemischen Eigenschaften aufweisen.

Die Beschichtung einer Oberfläche mittels Flammspritzen ist beispielsweise aus der Veröffentlichung "Überziehen von Metallteilen mit Kunststoff durch das Flammspritzverfahren", technica 1966, Nr. 12, S. 1141, und der AT-PS 194 605 bekannt. Es wird beschrieben, daß eine unebene Oberfläche dann erzeugt wird, wenn das eingesetzte Kunststoffpulver nicht durchgeschmolzen ist. Durch ein Kunststoffpulver mit sehr kleinen Partikeldurchmesser kann jedoch keine rauhe Oberfläche erzeugt werden. Die CH-PS 332 332 229 offenbart ein Verfahren zum Erzeugen einer glatten Beschichtung aus Polyethylen. Es wird zunächst mittels Flammspritzen eine runzelige Schicht aus Polyvinylbutyral oder Polyvinylformal aufgebracht, die als Haftvermittlerschicht dient. Darauf kann eine glatte Schicht aus Polyethylen erzeugt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein anderes Verfahren zum Herstellen derartiger Kunststoffplatten mit wenigstens einer rauhen Oberfläche zu schaffen, mit dem die bekannten Nachteile vermieden werden können.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kunststoffpartikel einen Größe von etwa 200 µm bis 1 mm aufweisen. Die Partikel werden nur oberflächlich und nur für eine relativ kurze Zeit äußerlich erhitzt werden, so daß eine thermische Umstrukturierung nicht oder nur im begrenzten Ausmaß stattfindet. Die Kunststoffpartikel weisen im Kern noch eine ausreichende Festigkeit auf, während sie an der Oberfläche Schmelztemperatur aufweisen können. Nach dem Auftreffen der Partikel auf der Oberfläche wird somit eine feste Verbindung erreicht. Durch den festen bzw. nicht geschmolzenen Kern der Partikel wird ein vollständiges Verfließen der Partikel vermieden, und die gewünschte Rauhigkeit wird aufgrund der gewählten Korngröße erzielt.

Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung können die Kunststoffpartikel aus dem gleichen Werkstoff wie die Kunststoffplatte sein. Da die Molekülstruktur der auftreffenden Partikel nicht verändert worden ist, werden die aufgebrachten Partikel nach Erkaltung der rauhen Kunststoffplatte die gleichen physikalischen Eigenschaften aufweisen wie die Kunststoffplatte selbst. Somit wird eine Kunststoffplatte mit rauher Oberfläche aus einem homogenen Material bereitgestellt, was mit den bekannten Verfahren nicht möglich ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Flamme in Richtung auf die Oberfläche der Kunststoffplatte weist. Dadurch wird erreicht, daß durch den Druck der Flamme die Kunststoffpartikel in Richtung auf die Oberfläche der Kunststoffplatte zusätzlich beschleunigt werden. Hierdurch kann die Verbindung zwischen Partikel und Platte weiter verbessert werden.

Die zu erzielende Temperatur der Oberfläche der Kunststoffpartikel hängt im wesentlichen von der Schmelztemperatur des eingesetzten Kunststoffes ab. Es kann hierbei vorgesehen werden, daß die Kunststoffpartikel an ihrer Oberfläche beim Auftreffen auf die Plattenoberfläche eine Temperatur von 200° bis 300°C aufweisen. Die Verweilzeit der Kunststoffpartikel hängt ebenfalls von den Eigenschaften des eingesetzten Kunststoffes der Partikel ab. Die Verweilzeit muß so bemessen sein, daß lediglich die Oberfläche der Partikel erhitzt und angeschmolzen wird, während das Innere im wesentlichen starr bleibt oder zumindest noch nicht geschmolzen ist. Die Verweilzeit der Kunststoffpartikel in der Flamme kann dabei typischerweise 1/20 bis 2/10 sec. betragen.

Sowohl die erzielte Temperatur als auch die Verweilzeit der Kunststoffpartikel lassen sich durch Wahl der Temperatur der Flamme, dem Abstand der Flamme zur Oberfläche der zu bearbeitenden Kunststoffplatte und dem Druck, mit dem das brennbare Gasgemisch aus der Flammdüse strömt, beeinflussen. Es ist daher vorgesehen, daß der Abstand der Flammdüse zur Oberfläche der Kunststoffplatte und/oder der Druck des ausströmenden brennbaren Gasgemisches und/oder die Temperatur der Flamme in Abhängigkeit von dem eingesetzten Kunststoff und der gewünschten Oberflächentemperatur so eingestellt wird, daß die Kunststoffpartikel an der Oberfläche in etwa Schmelztemperatur aufweisen, während die Partikel im Inneren noch im wesentlichen starr oder zumindest noch nicht geschmolzen sind.

Für eine bessere Verbindung kann es weiterhin zweckmäßig sein, wenn die Kunststoffplatte vor dem Auftragen der Kunststoffpartikel oberflächlich erwärmt wird. Die Temperatur der Oberfläche der Kunststoffplatte kann beispielsweise 100° bis 150°C betragen. Durch die Erwärmung nur an der Oberfläche mit diesen Temperaturen wird keine thermische Umstrukturierung der Kunststoffmoleküle des Kunststoffes der Kunststoffplatte verursacht, so daß nach Erkalten der Kunststoffplatte eine rauhe Oberfläche mit den gewünschten Eigenschaften vorliegt. Die Erwärmung kann durch eine separate Heizvorrichtung oder Flamme erfolgen. Es kann aber auch ausreichend sein, daß die Oberfläche durch die Flamme, mit der die Kunststoffpartikel aufgetragen werden, erhitzt wird. Dies wird in der Regel ohnehin nicht zu vermeiden sein.

Es kann vorgesehen werden, daß die Flamme durch ein brennbares Gemisch aus Gas und Sauerstoff erzeugt wird. Es kann aber auch zweckmäßig sein, wenn die Flamme durch ein brennbares Gemisch aus Gas und Druckluft erzeugt wird. Die Verwendung von Druckluft ist im Vergleich zu reinem Sauerstoff wesentlich kostengünstiger.

Es kann zweckmäßig sein, wenn die Kunststoffpartikel dem brennbaren Gemisch vor der Flammdüse zugegeben werden. Die Kunststoffpartikel können dem brennbaren Gemisch auch hinter der Flammdüse und vor der Flamme, beispielsweise im Zentrum einer ringförmigen Flamme, zugegeben werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, die Kunststoffpartikel unmittelbar in die Flamme einzuführen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kunststoffpartikel und die Kunststoffplatte elektrostatisch mit entgegengesetzter Polarität aufgeladen werden. Dies hat den Vorteil, daß die Kunststoffteilchen eine weitere Beschleunigung in Richtung auf die Kunststoffplatte erfahren und mit hoher kinetischer Energie auftreffen. Dadurch kann die Verbindung weiter verbessert werden.

Die Vorrichtung zum Aufbringen von Kunststoffpartikel auf eine Kunststoffplatte zur Herstellung einer rauhen Oberfläche weist wenigstens eine Flammdüse zum Erzeugen einer Flamme mittels eines brennbaren Gasgemisches, durch die die Kunststoffpartikel oberflächlich erhitzt werden, und wenigstens eine Einbringeinrichtung auf, durch die die Kunststoffpartikel in das brennbare Gasgemisch und/oder die Flamme eingebracht werden. Die Kunststoffplatte wird relativ zu der Flammdüse und dem Kunststoffpartikelstrahl bewegt, so daß eine gleichmäßige Verteilung der Kunststoffpartikel auf der Oberfläche und somit eine gleichmäßige Rauhigkeit erzielt wird.

Die Flammdüse kann in Richtung auf die Kunststoffplatte ausgerichtet sein. Dies hat den Vorteil, daß die Kunststoffpartikel durch den Druck des brennbaren Gasgemisches in Richtung auf die Kunststoffplatte beschleunigt werden.

Zur Bearbeitung großer Platten ist es zweckmäßig, mehrere Flammdüsen und Einbringeinrichtungen senkrecht zur Förderrichtung der Kunststoffplatte in einem Abstand zueinander anzuordnen, die in dieser Richtung hin- und herbewegbar sind. Durch die Förderbewegung einerseits und die Hin- und Herbewegung der Düsen andererseits wird eine gleichmäßige Verteilung der Kunststoffpartikel erreicht. Die Förderbewegung der Kunststoffplatte kann in der üblichen Weise durch zwei Wickelwellen erfolgen.

Die Flammdüse einerseits und die Einbringeinrichtung bilden in der Regel eine Einheit, die Aufbringeinrichtung. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Einbringeinrichtung einen Injektor aufweist, der in Strömungsrichtung des Gasgemisches vor der Flammdüse angeordnet ist und dessen Saugseite mit einem Vorratsbehälter für die Kunststoffpartikel in Verbindung steht. Es kann aber auch vorgesehen werden, daß die Einbringeinrichtung eine Düse aufweist, die im Bereich der Austrittsöffnung der Flammdüse für das brennbare Gasgemisch angeordnet ist, um die Kunststoffpartikel mittels einer separaten Fördereinrichtung in den Gasgemischstrom vor der Flamme einzugeben. Die Wahl der Ausbildung der Einbringeinrichtung hängt dabei im wesentlichen von der Art und Größe der eingesetzten Kunststoffpartikel ab.

Es ist offensichtlich, daß durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung eine Kunststoffplatte oder -folie mit wenigstens einer durch aufgebrachte Kunststoffpartikel rauhen Oberfläche hergestellt werden kann, bei der die Kunststoffpartikel nach dem Aufbringen im wesentlichen die gleichen physikalischen Eigenschaften haben, wie vor dem Aufbringen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die rauhe Kunststoffplatte vollständig aus einem Material mit denselben Eigenschaften bestehen muß. Es kann daher ohne weiteres vorgesehen werden, daß die Kunststoffpartikel aus dem gleichen Werkstoff wie die Kunststoffplatte bestehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur das Schema des Verfahrens und der Vorrichtung zeigt.

In der Zeichnung ist grob schematisch eine Kunststoffplatte 11 dargestellt, die in Richtung 12 transportiert wird. Dazu ist eine Vorratsrolle 13 vorgesehen, von der die Kunststoffplatte abgewickelt und auf eine andere Welle 14 gewickelt wird. Zwischen der Vorratsrolle 13 und der Welle 14 befindet sich über der Kunststoffplatte 11 eine Einrichtung 15 zum Aufbringen von Kunststoffpartikeln 16 zum Herstellen einer rauhen Oberfläche 17 der Kunststoffplatte 11. Vor dieser Aufbringeinrichtung 15 kann die Oberfläche 18 der Kunststoffplatte 11 glatt sein.

Die Einrichtung 15 weist eine Düseneinrichtung 19 auf, mit der eine Flamme 20 aus einem brennbaren Gasgemisch 21 erzeugt werden kann. Die Düseneinrichtung weist ferner eine nicht näher dargestellte Einbringeinrichtung auf, durch die die zugeführten Kunststoffpartikel 16 in die Flamme oder in das brennbare Gasgemisch eingeführt werden können. Die Kunststoffpartikel gelangen von einem Vorratsbehälter 22 zu der Düseneinrichtung 19. Es kann vorgesehen werden, daß dem Vorratsbehälter ein Granulat mit einer Größe von 2 bis 8 mm zugeführt wird, und daß die aufzubringenden Kunststoffpartikel durch ein Mahlwerk 23 auf die gewünschte Größe von 200 µm bis 1 mm gemahlen werden.

Die Kunststoffpartikel 16 werden in der Flamme oberflächlich erhitzt. Es bildet sich ein heißer Randbereich 24, in dem etwa Schmelztempartur herrscht, und ein Kernbereich 25, in dem ein Partikel noch im wesentlichen starr oder zumindest noch nicht geschmolzen ist. Hierdurch wird erreicht, daß sich jedes Partikel fest mit der Oberfläche verbindet und die gewünschte Rauhigkeit durch den noch festen Kern erreicht wird.

Es kann zusätzlich vorgesehen werden, daß die Kunststoffplatte in Transportrichtung 12 vor der Düseneinrichtung 19 oberflächlich erwärmt wird. Hierzu ist eine Heizeinrichtung 26 vorgesehen, die als Heizmittel beispielsweise Heizstäbe 27 aufweist. Hierdurch wird der obere Randbereich 28 der Kunststoffplatte erhitzt, wodurch sich beim Auftreffen der Kunststoffpartikel auf die Oberfläche der Kunststoffplatte ein feste Verbindung ergibt.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kunststoffplatte horizontal unter der Flammdüse angeordnet. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Kunststoffpartikel von unten auf die Oberfläche zu bringen. Ohnehin erfolgt der Austrag der Partikel unter Druck, so daß dies ohne weiteres möglich ist. Dies kann insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn die Kunststoffplatte in einem Arbeitsschritt von beiden Seiten beschichtet werden soll. Es kann aber auch vorgesehen werden, daß die Kunststoffplatte vertikal verläuft und die Flammdüsen horizontal auf einer Seite oder auf beiden Seiten der Kunststoffplatte angeordnet sind.

Durch das Verfahren wird erreicht, daß die Kunststoffpartikel nur kurze Zeit einer hohen Temperatur ausgesetzt sind. Es entsteht eine lediglich oberflächliche Erhitzung, so daß eine thermische Umstrukturierung der Kunststoffmoleküle nicht zu erwarten ist. Es hat sich gezeigt, daß durch das Aufbringen keine oder nur geringe Unterschiede im Schmelzindex (Melt Flow Rate, MFR) auftreten. Der Schmelzindex des eingesetzten Kunststoffes liegt vor dem Auftragen beispielsweise bei 1,6 bis 1,9. Nach dem Auftragen auf die Oberfläche der Kunststoffplatte konnte ein Schmelzindex von 2,0 gemessen werden. Der Schmelzindex der Kunststoffplatte verändert sich ebenfalls nicht. Bei bisherigen Verfahren konnte der Kunststoff nach dem Auftragen einen Schmelzindex von bis zu 20 aufweisen. Es ist offensichtlich, daß sich die physikalischen und auch die chemischen Eigenschaften der Kunststoffpartikel, die mit dem oben beschriebenen Verfahren auf eine Kunststoffplatte aufgetragen werden, nicht oder nur unwesentlich verändern. Es ist daher möglich, eine Kunststoffplatte, beispielsweise für Deponieabdichtungen, vorzusehen, deren rauhe Vorsprünge aus dem gleichen Kunststoff wie die Kunststoffplatte bestehen, die zudem die gleichen physikalischen und chemischen Eigenschaften aufweisen. Bezugszeichenliste 11 Kunststoffplatte

12 Transportrichtung

13 Vorratsrolle

14 Welle

15 Aufbringeinrichtung

16 Kunststoffpartikel

17 rauhe Oberfläche der Kunststoffplatte

18 ebene Oberfläche der Kunststoffplatte

19 Düseneinrichtung

20 Flamme

21 Gasgemisch

22 Vorratsbehälter

23 Mahlwerk

24 Randbereich

25 Kernbereich

26 Heizeinrichtung

27 Heizstäbe

28 Randbereich


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Aufbringen von Kunststoffpartikel (16) auf eine Kunststoffplatte (11) zur Herstellung einer rauhen Oberfläche (17), bei welchem die Kunststoffplatte relativ zu wenigstens einem Kunststoffpartikelstrahl bewegt wird, wobei die Kunststoffpartikel oberflächlich durch eine Flamme (20) derart erhitzt werden, daß die Kunststoffpartikel (16) an der Oberfläche (24) im wesentlichen Schmelztemperatur aufweisen, während im Inneren (25) die Partikel noch im wesentlichen starr oder zumindest noch nicht geschmolzen sind und in erhitztem Zustand auf die Oberfläche der Kunststoffplatte auftreffen und dort haften, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffpartikel (16) eine Größe von etwa 200 µm bis 1 mm aufweisen.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffpartikel aus dem gleichen Werkstoff wie die Kunststoffplatte sind.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flamme (20) in Richtung auf die Oberfläche der Kunststoffplatte weist.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffpartikel an ihrer Oberfläche beim Auftreffen auf die Plattenoberfläche eine Temperatur von 200° bis 300°C aufweisen.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit der Kunststoffpartikel in der Flamme 1/20 bis 2/10 sec. beträgt.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffplatte (11) vor dem Auftragen der Kunststoffpartikel oberflächlich erwärmt wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Oberfläche der Kunststoffplatte 100° bis 150°C beträgt.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flamme (20) durch ein brennbares Gemisch aus Gas und Sauerstoff erzeugt wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flamme durch ein brennbares Gemisch aus Gas und Druckluft erzeugt wird.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffpartikel dem brennbaren Gemisch vor der Flammdüse zugegeben werden.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffpartikel dem brennbaren Gemisch hinter der Flammdüse und vor der Flamme zugegeben werden.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffpartikel und die Kunststoffplatte elektrostatisch mit entgegengesetzter Polarität aufgeladen werden.
  13. 13. Kunststoffplatte oder -folie (11) mit wenigstens einer durch aufgebrachte Kunststoffpartikel rauhen Oberfläche (17), die insbesondere gemäß dem Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche hergestellt worden ist, wobei die Kunststoffpartikel oberflächlich durch eine Flamme (20) derart erhitzt worden sind, daß die Kunststoffpartikel (16) an der Oberfläche (24) im wesentlichen Schmelztemperatur aufweisen, während im Inneren (25) die Partikel noch im wesentlichen starr oder zumindest noch nicht geschmolzen und in erhitztem Zustand auf die Oberfläche der Kunststoffplatte aufgebracht worden sind und nach dem Aufbringen im wesentlichen die gleichen physikalischen Eigenschaften haben, wie vor dem Aufbringen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffpartikel eine Größe von etwa 200 µm bis 1 mm aufweisen.
  14. 14. Kunststoffplatte nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffpartikel aus dem gleichen Werkstoff wie die Kunststoffplatte bestehen.






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