Online –Broschüre Stand: 14. August 2012

Vielen Dank für Ihr Interesse an unseren Produkten.

Weitergehende Informationen erhalten Sie von unserem Technischen Service. Wir freuen uns auf Ihre Anfrage! Die vorliegenden Angaben entsprechen dem heutigen Stand unserer Kenntnisse und sollen über unsere Produkte und deren Anwendungs- möglichkeiten informieren. Sie haben somit nicht die Bedeutung, bestimmte Eigenschaften der Produkte oder deren Eignung für einen konkreten Einsatzzweck zuzusichern. Etwa bestehende gewerbliche Schutzrechte sind zu berücksichtigen. Eine einwandfreie Qualität gewährleisten wir im Rahmen unserer allgemeinen Verkaufsbedingungen. Ismaning, August 2012 Vinnolit GmbH & Co. KG Bildnachweis: Wacker AG Vinnolit GmbH & Co. KG Vulcaflex SPA Henkel AG & Co. KGaA

Vinnolit GmbH & Co. KG Carl-Zeiss-Ring 25 D-85737 Ismaning

Tel.: +49 89 9 61 03-0 Fax: +49 89 961 03-103

www.vinnolit.com

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Inhalt

Was sind Pasten? Seite 3

Herstellverfahren für verpastbares Vinnolit PVC

– Emulsionspolymerisation Seite 4 – Mikrosuspensionspolymerisation Seite 5

Sortimentsübersicht auf einen Blick Seite 6

– Tabelle: Sortimentüberblick Vinnolit Seite 8

Herstellung von PVC-Pasten

– 1. Schnelllaufende Mischer Seite 9 – 2. Langsamlaufende Mischer Seite 10

Fließverhalten von PVC-Pasten Seite 11

Viskosität von Pasten in der Praxis

– 1. Weichmacher Seite 16 – 2. Stabilisatoren / Kicker Seite 17 – 3. Lagerzeit Seite 18

Verarbeitung der Pasten Seite 19

– die Verfahren ab Seite 22

3

Im weiten Feld der PVC-Verar-beitung und -Anwendung nimmt die Pasten-Technologie eine Sonder-stellung ein.

PVC-Pasten – auch PVC-Plastisole genannt – sind Dispersionen von feinkörnigen PVC-Partikeln in Weichmachern. In der Regel liegt der mittlere Korndurchmesser für verpastbares PVC zwischen 0,1 und 30 µm. Die Konsistenz dieser PVC-Dispersionen reicht von nahe-zu wässrig über pastös bis schnitt-fest.

Außer den Hauptbestandteilen PVC und Weichmacher enthalten Pasten noch andere Zuschlagsstof-fe, die die Verpastbarkeit bzw. die Endprodukteigenschaften verbes-sern. Zu den gängigen Additiven gehören z. B. Thermo- und UV-Stabilisatoren, Treibmittel in Ver-bindung mit Kickern zur Absenkung der Zersetzungstemperatur, mine-ralische Füllstoffe, Pigmente, Verdünner, rheologische Additive u. v. a.

Die Fließfähigkeit von Pasten spielt für die Formgebung der Endartikel eine entscheidende Rolle. Pasten werden z. B. nach dem Streichver-fahren in dünnen Schichten appli-ziert, versprüht, nach dem Rotati-onsgießverfahren verarbeitet, mit Schablonen oder Walzen aufgetra-gen sowie in Tauchbädern einge-setzt. Diese Formgebung erfolgt in der Regel bei Raumtemperatur.

Anschließend werden die PVC-Dispersionen durch Temperaturer-höhung zu flexiblen Endprodukten umgewandelt. Dieser irreversible Vorgang, bei dem aus den Disper-sionen homogene Weich-PVC-Artikel entstehen, wird als Gelie-rung bezeichnet.

Was sind Pasten?

Abb.: Werk Burghausen

4

Die Vinnolit GmbH & Co. KG ist mit zehn produzierenden Betrieben an 6 Standorten in Europa, der bedeu-tendste Hersteller von verpastba-rem PVC und Extender-PVC welt-weit. Durch Polymerisation in E-mulsion (kontinuierlich oder diskon-tinuierlich) und in Mikrosuspension wird unter dem Markennamen ®Vinnolit eine sehr breite Palette von homo- und copolymeren Pas-ten-Typen für praktisch jeden An-wendungsbereich produziert.

Als wichtige Ergänzung dazu run-den nach dem Suspensionsverfah-ren hergestellte homo- und copo-lymere Extender-Typen das Pro-duktsortiment ab.

Emulsionspolymerisation

Dieses Polymerisationsverfahren für PVC wurde bereits vor über sechzig Jahren entwickelt. Was-ser/Vinylchlorid wird durch Zusatz von Emulgatoren unter Rühren in

eine stabile Emulsion übergeführt. Die Polymerisation findet in Micel-len statt und verläuft durch Aktivie-rung mittels wasserlöslicher Kataly-satoren. Vinnolit betreibt sowohl die kontinuierliche (E-Konti) als auch die diskontinuierliche Emulsionspo-lymerisation (E-Batch). Nach bei-den Verfahren fällt ein Latex an, der nach der Monomer-Rückgewinnung durch Sprühtrock-nung zum fertigen Produkt aufge-arbeitet wird (Abb. 1).

…für verpastbares Vinnolit PVC

Herstellverfahren…

Abb. 1: Schematische Darstellung der Herstellverfahren von Vinnolit für verpastbares PVC

5

Mikrosuspensionspolymeri-sation

In der so genannten Vorhomogeni-sierung wird das monomere Vinyl-chlorid in Gegenwart aller Polyme-risationshilfsstoffe in Wasser dis-pergiert. Aufgrund der Mischbedin-gungen bilden sich sehr kleine Mo-nomertröpfchen, die durch geeigne-te Emulgatoren gegen Zusammen-fließen stabilisiert werden. Die ei-gentliche Polymerisation wird an-schließend durch organische, mo-nomerlösliche Katalysatoren ge-startet. Als Reaktionsprodukt erhält man einen Latex, der in sich an-schließenden Verfahrensschritten wie Entgasung und Aufarbeitung zum fertigen Produkt aufgearbeitet wird (Abb. 1).

Suspensionspolymerisation

Bei der Suspensionspolymerisation wird das Monomere in Gegenwart von Schutzkolloiden in Wasser unter kräftigem Rühre zu Tröpfchen aufgeteilt. Analog wie beim Mikro-suspensionsverfahren verläuft die Polymerisation in diesen Monomer-tröpfchen, die hier allerdings einen erheblich größeren Durchmesser besitzen. Den Suspensionsstabili-satoren fallen prinzipiell zwei Auf-gaben zu: Einerseits soll durch sie die Zerteilung der Monomerphase in kleine Einheiten gefördert wer-den und andererseits die Tendenz der gebildeten Tröpfchen, mit fort-schreitendem Polymerisationsgrad zu agglomerieren, verringert wer-den.

Die Reaktion wird durch vinylchlo-rid-lösliche Katalysatoren eingelei-tet und läuft in den vorgebildeten Tröpfchen ab. Die anfallende PVC-Suspension kann nun vom nicht reagierten Monomer befreit, durch Schleudern oder Dekantieren von der wässrigen Phase abgetrennt und anschließend getrocknet wer-den (Abb. 1).

Abb.: E-Batch-Betrieb

6

Mit der gezielten Steuerung der eingangs beschriebenen Polymeri-sationsverfahren stellen wir eine Vielzahl von Produkten mit sehr unterschiedlicher Morphologie (Abb. 2-6) und einem breiten Spektrum von Eigenschaften her. Unser Sortiment enthält Produkte mit K-Werten zwischen 50 und 90 – dies entspricht Molekulargewichten (Massenmittel) von 40.000 bis 180.000 D1- als Homo- bzw. Copo-lymere mit bis zu 14 % Vinylacetat.

Je nach Einsatzzweck kann mit den Vinnolit-Typen praktisch jedes ge-wünschte Eigenschaftsbild einge-stellt werden. So umfasst unser Sortiment eine Vielfalt von Pasten-PVC-Produkten, mit denen Verar-beiter extrem niedrigviskose, new-tonsche oder sehr stark pseudo-plastische Pasten herstellen kön-nen.

D1 = 1 Dalton entspricht 1 g pro Mol

… auf einen Blick

Sortimentsübersicht…

Abb. 2: REM-Aufnahme von Vinnolit P 4472 (E-Konti)

Abb. 3: REM-Aufnahme von Vinnolit E 68 CF (E-Batch)

7

In Kombination mit Extender-PVC-Typen wird die Pastenviskosität abgesenkt. Es kann eine etwaige Dilatanz von PVC-Pasten unter-drückt und gleichzeitig andere Ei-genschaften wie z. B. Lagerstabili-tät, Entlüftbarkeit oder Oberflächen-glanz der Fertigartikel den Erfor-dernissen angepasst werden. Co-polymere Extender ermöglichen dem Verarbeiter zusätzlich, die Geliertemperatur deutlich abzusen-ken.

Abb. 5: REM-Aufnahme von Vinnolit P 70 (Mikro-S-II) Abb. 4: REM-Aufnahme von Vinnolit MP 7151 (Mikro-S-I)

Abb. 6: REM-Aufnahme von Vinnolit C 65 V (S-PVC)

10 µm

8

Sortimentüberblick Vinn olit

Paste Grade

Blending Resin

VC/VAC-Copolymer

Top Coat

Inhibition Foam

Base Coat

Backside Foam

Foam

Compact

Foam Layer

Top Coat

Lamination Coat

Base Coat

Top Coat

Low Fogging

Viscosity Control

Enhanced Fusion

Contact Gelation

Surface Matting

Low Water Absorption

Ink printing

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60

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Automotive Underbody CoatingSeam Sealants

Vinnolit ® Grade

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Coil Coating

Cap Closures

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tion

9

Die Herstellung von PVC-Pasten umfasst in der Regel folgende Ar-beitsgänge:

- Einmischen von PVC in Weich-macher

- Dispergieren / Homogenisieren / Entlüften

- Sieben (Filtrieren)

Entsprechend der vorhandenen maschinellen Ausrüstung können diese Arbeitsgänge durchaus paral-lel verlaufen. So können Pasten bereits während der Homogenisier-phase effektiv entlüftet werden. Auf der anderen Seite kann die Filtrati-on z. B. auch während der Pasten-förderung erfolgen.

1. Schnelllaufende Mischer

Schnellmischer (z. B. Dissolver) erlauben kurze Mischzeiten mit hervorragender Dispergierung bzw. Homogenisierung von hauptsäch-lich niederviskosen Pasten. Da-durch entfällt die weitere, früher übliche Homogenisierung mittels Dreiwalzenstuhl. Mit Vakuumvor-richtung ausgestattete Mischer erlauben zusätzlich die gleichzeiti-ge Entlüftung der Pasten. Sie gehö-ren mittlerweile zum modernen Stand der Technik.

Ausschlaggebend für eine gute klumpenfreie Dispergierung ist die Reihenfolge, in der die Rezeptur-komponenten eingetragen werden. Zu Beginn werden alle flüssigen und pastösen Bestandteile wie Weichmacher, Stabilisatoren, Addi-tive sowie Farbstoff- bzw. Treibmit-telpasten in den Mischbehälter gegeben und bei niedriger Rühr-erdrehzahl vorhomogenisiert. Durch Wahl einer entsprechenden Umdrehungszahl bildet sich in der flüssigen Mischung eine trichter-förmige Vertiefung. In diese sind die Pulver (PVC und Füllstoffe) so kontrolliert zu dosieren, dass kein Pulverstau auf der Oberfläche ent-stehen kann. Auf diese Weise wer-den unerwünschte Klumpenbildung und unbenetzte Teilchen vermie-den.

Anschließend wird bei hoher Ge-schwindigkeit ca. 5 bis 10 Minuten homogenisiert. Gleichzeitig kann die Paste mittels Vakuum entlüftet werden mit dem Ziel, bei der späte-ren Verarbeitung das Auftreten von störenden blasigen Fehlstellen im Endprodukt zu vermeiden (Abb. 6a + 6b). Während der Aufbereitung sollte man unbedingt darauf ach-ten, dass die innere Friktion beim Mischen nicht zu einer übermäßi-gen Temperaturerhöhung in der Paste führt. Dies könnte einen un-erwünschten Viskositätsanstieg – besonders bei Verwendung von Copolymeren – hervorrufen und die Lagerstabilität der Pasten beein-trächtigen. Zur besseren Wärmeab-fuhr eignen sich doppelwandige Mischbehälter mit zuschaltbarem Kühlwasser.

Herstellung…

…von PVC -Pasten

10

2. Langsamlaufende Mischer

Bei diesen vorzugsweise mit Plane-tenrührwerk oder Knetarmen aus-gestatteten Mischern wird zunächst nur ein geringer Teil der flüssigen Rezepturbestandteile (Weichma-cher) vorgelegt, um dann alle fes-ten Rezepturbestandteile wie PVC oder Füllstoffe sowie Färbe- und Treibmittel als Masterbatch hinzu-fügen. Durch diese Technik entste-hen relativ hochviskose Pasten, wobei die zugeführte Mischenergie eine ausreichend hohe innere Scherung zur guten Verteilung aller Rezepturkomponenten bewirkt. Kurz vor Beendigung des Misch-prozesses wird die restliche Weichmachermenge eingerührt und gemischt, bis eine homogene Paste entsteht.

Derart hergestellte Massen sollten zur Erzielung eines optimalen Dispergiergrades anschließend mit einem wassergekühlten Ein- bzw. Dreiwalzenstuhl homogenisiert werden. In Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen der spä-ter eingesetzten Verarbeitungs-technik sind diese Pasten gegebe-nenfalls dann auch noch zu entlüf-ten (Abb. 7a + b).

Unabhängig vom eingesetzten Verfahren sollte am Ende eines jeden Mischvorganges immer ein Filtrierprozess stehen, um sicher-zustellen, dass selbst geringste Mengen unzureichend verteilter Feststoffe separiert werden. Da-durch können spätere Verarbei-tungsprobleme wie z. B. Rakelstrei-fen, Blockieren von Siebdruck-schablonen usw. vermieden wer-den. In der Praxis haben sich hier-für besonders Siebe mit Maschen-weiten von ca. 100 – 300 µm sowie Kantenspaltfilter bewährt.

Abb. 7b: Schnittbild eines entlüfteten Pastenfilms

Abb. 7a: Schnittbild eines nicht entlüfteten Pastenfilms

11

Eine der wichtigsten Verarbei-tungsgrössen von PVC-Pasten ist ihr Fließverhalten (Rheologie). Die-ses wird u. a. beeinflusst durch

- PVC - Weichmacher-Menge - Temperatur

Zusätzliche Beeinflussung wird durch die Weichmacher-Art beo-bachtet.

Im Gegensatz zu ideal-newton-schen Flüssigkeiten, deren Viskosi-täten nicht vom Grad der Scherung abhängt, ist die Viskosität η von PVC-Pasten in der Regel eine Funktion des Schergefälles D.

Abb. 8 gibt neben newtonscher Rheo-logie typische, vom linearen Fließver-halten abweichende Kurvenformen wieder.

Pseudoplastisch nennt man Systeme, deren Viskosität mit zunehmendem Schergefälle abnimmt.

Dilatante Pasten verhalten sich entge-gengesetzt; hier steigt die Viskosität mit zunehmendem Schergefälle. Betrachtet man in der mathematischen Beziehung

τ = η · D

τ als Spannung, der die Pasten durch Scherung ausgesetzt werden, wird verständlich, dass bei

höheren Schergefällen und dilatan-tem Fließverhalten enorme innere Kräfte auftreten können, die ggf. bei der Verarbeitung entsprechend berücksichtigt werden müssen.

Um Informationen über das Fließ-verhalten von Pasten zu erhalten, erfasst man im allgemeinem die Viskositäten über einen größeren Scherbereich. In vielen Fällen beo-bachtet man Kombinationen der oben beschriebenen Fließphäno-mene. So kann z. B. pseudoplasti-sches Fließen bei niedriger Sche-rung mit Dilatanz bei hohem Scher-gefälle einhergehen.

Schergefälle D

Fließverhalten…

…von PVC-Pasten

Abb. 8: Viskositätskurven (allg.)

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1

10

100

1 10 100 1000

Schergefälle D [s -1]

Pastenviskosität [Pas]

P 70

P 80

E 68 CF

P 4472

EP 6953

MP 8058

MP 7151

Unter Vorgabe des Eigenschafts-profils am Endartikel ist die Pasten-rheologie besonders hinsichtlich der Verarbeitung die wohl wichtig-ste Kenngröße bei der Erstellung einer Verarbeitungsrezeptur. Vis-kositätskurven lassen häufig einen Schluss auf das Verarbeitungsver-halten in der betreffenden Anwen-dung zu.

Den größten Einfluss auf das Pas-ten-Fließverhalten übt der gewählte PVC-Typ aus. Durch geeignete Wahl der Polymerisations- und

Aufarbeitungsbedingungen kann der PVC-Hersteller gewisse rheo-logische Grundprofile gezielt an-steuern, der Verarbeiter schließlich wählt aus dem Angebot das für seine Anwendung geeignete Pro-dukt aus.

Zur Orientierung sind im Folgenden (Abb. 9-11) typische Fließkurven der Vinnolit-Pastenprodukte wie-dergegeben. Für die nachfolgenden graphischen Darstellungen wurden die Pasten gemäß ISO 11468 mit-tels Dissolver hergestellt und die

Viskosität wie in ISO 3219 be-schrieben nach einer Stunde ge-messen. Entsprechend den Vorga-ben von ISO 1060 beträgt das PVC:DINP-Verhältnis 100:60 (Standardpasten A; Abb. 8-10).

Die sehr hochviskosen Vinnolit-Typen E 70 CQ und E 71 UC sind bei diesen PVC/DINP-Misch-verhältnissen nicht messbar. Um zu fließfähigen Systemen zu kommen, müssen wesentlich weichmacherreichere Einstellungen (PVC:DINP = 100:100) gewählt werden (Abb. 11).

Abb. 9: Viskositätskurven der niedrigviskosen Vinnolit-PVC-Typen 100 T PVC, 60 T DINP, Messtemperatur 23 °C

13

Abb. 10: Viskositätskurven der mittelviskosen Vinnolit-PVC-Typen 100 T PVC, 60 T DINP, Messtemperatur 23 °C

Abb. 11: Viskositätskurven der hochviskosen Vinnolit-PVC-Typen 100 T PVC, 100 T DINP, Messtemperatur 23 °C

1

10

100

1 10 100 1000

Schergefälle D [s -1]

Pastenviskosität [Pas]

E 74 CC

E 75 SK

E 67 ST

E 68 SA

EP 7060

1

10

100

1000

1 10 100 1000

Schergefälle D [s -1]

Pastenviskosität [Pas]

E 70 CQ

E 71 UC

EP 7091

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Neben PVC beeinflusst auch die Weichmachermenge stark die Pas-tenviskosität. Um den breiten An-forderungen der Praxis hinsichtlich Viskositätsniveau und Schergefälle-bereich Rechnung zu tragen, wird hier eine doppellogarithmische Darstellung gewählt. Erwartungs-gemäß sinkt mit steigendem Weichmacheranteil die Viskosität, wobei gleichzeitig dilatantes Fließ-verhalten bei höherem Schergefälle verringert wird.

Somit ist die Aussage, ein PVC-Typ sei dilatant, immer unpräzise; eine Aussage zur Pastenrheologie ist nur sinnvoll im Zusammenhang mit der Weichmachermenge. Allerdings gewähren die geforderten Eigen-schaften am Endartikel, wie z. B. Härte und Mechanik, dem Verarbei-ter hinsichtlich der Weichmacher-menge im Allgemeinen wenig Frei-heitsgrade, und es kann erforder-lich sein, den Einfluss auch anderer Rezepturkomponenten auf die Rheologie auszuschöpfen.

So lassen sich Pastenviskosität und -rheologie z. B. durch Zusatz von Extender-PVC steuern:

Wird ein Teil des Pasten-PVC durch Extender-PVC ersetzt, kön-nen die Pasten im praxisrelevanten Scherbereich streichfähig einge-stellt werden (Abb. 12). Bei gleich bleibendem Weichmacheranteil bewirkt schon ein geringer Exten-der-Einsatz einen deutlichen Dila-tanzabbau; die Eigenschaften am Endartikel werden im Allgemeinen nicht negativ beeinflusst.

Abb. 12: Einfluss von Extender-PVC auf die Viskositätskurven 100 T PVC, 60 T DINP, Messtemperatur 23 °C

1

10

100

1 10 100 1000

Schergefälle D [s -1]

Pastenviskosität [Pas]

P 70 P 70:C 65 V 70:30

15

Wie in Abb. 13 graphisch darge-stellt, stehen Temperatur- und Pas-tenviskosität in engem Zusammen-hang. Bei höheren Temperaturen steigt die Viskosität wegen der fortschreitenden Anquellung des PVC-Korns durch den Weichma-cher bzw. wegen beginnender Ge-lierung an.

Abb. 13: Einfluss der Temperatur auf die Viskosität 100 T PVC, 60 T DINP

0

5

10

15

20

25

30

35

40

35 45 55 65 75 85 95

Gamma 1 Frequenz 5 Hz Aufheizen 2°C/Min.

Pastenviskosität [Pas]

74,6 °C EP 6953

72,2 °C E 80 TT

69,9 °C EP 6060

76,5 °C MP 8058

65,1 °C E 75 SK

Temperatur [°C]

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Im Unterschied zu den im Vorher-gehenden beschriebenen und häu-fig für Prüfzwecke verwendeten PVC/DINP-Mischungen bestehen die vom Verarbeiter eingesetzten PVC-Plastisole oft aus sehr viel komplexeren Mischungen von Sub-stanzen, die entscheidend Einfluss auf das Fließverhalten nehmen. Zusätzlich wirkt sich neben der bereits diskutierten Pastentempera-tur auch die Lagerzeit auf die Pas-tenviskosität aus. Hier nur einige der in der Praxis auftretenden Ein-flussgrößen:

1. Weichmacher Neben der Weichmachermenge beeinflusst die Weichmacherart das Niveau der Pastenviskosität. Dies ist aus Abb. 14 an dem gewählten Beispiel von 100/60-Pasten auf Basis von Vinnolit P 70 zu ersehen.

Hier kommt die unterschiedliche Viskosität der zugrunde liegenden Weichmacher zum Ausdruck. Zusätzlich verdeutlicht die Abbil-dung, dass die Lage des Dilatanz-Maximums von der Weichmacher-art beeinflusst wird.

Abb. 14: Pastenviskosität in Abhängigkeit vom Weichmacher 100 T PVC, 60 T DINP

Viskosität von PVC -Pasten…

…in der Praxis

0

1

10

100

0,1 1 10 100 1000 10000

Schergefälle D [s -1]

Pastenviskosität [Pas]

P70, DINP

P70, DOA

P70, DINCHP70, Palatinol 911

P70, Linplast 1012 BP

P70, Citrofol B2

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2. Stabilisatoren / Kicker

Die Wechselwirkungen zwischen Stabilisatoren/Kickern und den anderen Pastenkomponenten sind in der Regel sehr vielschichtig und müssen im Einzelfall geprüft wer-den. Je nach Stabilisator kann man bei den unterschiedlichen PVC-Typen zu völlig gegensätzlichen Ergebnissen kommen. Als Beispiel sind in Abb. 15 die Ergebnisse der Messung der Pastenviskosität bei E 70 CQ mit willkürlich gewählten flüssigen Stabilisatoren bzw. Ki-ckern aufgeführt.

Die Messung der Pastenviskosität erfolgte 4 Stunden nach Anpasten bei einem Schergefälle von 10 s-1und 23°C.

Die Pasten wurden mit einem PVC/DINP Verhältnis 100:100 an-gesetzt.

Abb. 15: Beeinflussung der Pastenviskosität 100 T E 70 CQ, 100 T DINP Weichmacher, Messtemperatur 23 °C

50,2

39,4

20,9

16,2

26

9,1

0

10

20

30

40

50

60

ohne 1 T Octylzinnmercaptid 2 T Ca/Zn Stabilisator 2 T Ba/Zn Stabilisator 2 T K/Zn Kicker 2 T Ba/Zn Kicker

Pastenviskosität [Pas]

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3. Lagerzeit

In vielen Fällen werden Pasten kurz nach der Herstellung verarbeitet. Bei bestimmten Verarbeitungsver-fahren oder bedingt durch Be-triebsumstände bzw. beim Versand von verarbeitungsfähigen Pasten ist es erforderlich, dass die Pasten während der Lagerung nicht über eine bestimmte Viskositätsgrenze hinaus eindicken.

Hier muss die Abhängigkeit der Pastenviskosität von der Lagerzeit berücksichtigt werden, wobei dem unerwünschten Viskositätsanstieg durch gezielte Auswahl einzelner Weichmacher entgegengewirkt werden kann. Bei Mikro-S-PVC mit bekannt guter Lagerstabilität tritt dieser Effekt nur sehr abge-schwächt in Erscheinung (Abb. 16).

Bei nach anderen Polymerisations-verfahren hergestellten PVC-Typen kann die Lagerstabilität je nach Rezeptur deutlich ungünstiger aus-fallen. Auch der Comonomer-Anteil in Copolymeren, sowie unter Um-ständen ein niedriger K-Wert wir-ken sich nachteilig auf die Lager-stabilität aus.

Abb. 16: Pastenviskosität in Abhängigkeit von der Pastenlagerung 100 T PVC, 60 T DINP

Pastenviskosität bei

10 s-1 [Pas]

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Pastenlagerung [d]

P 70

EP 7060

PA 5470/5

E 74 CC

E 67 ST

MP 7151

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Je nach Verwendungszweck und nach geforderten mechanischen Eigenschaften der herzustellenden Fertigartikel werden PVC-Pasten in der Regel mit einem Verhältnis PVC:Weichmacher von 100:33 bis 100:140 verarbeitet.

Naturgemäß sinken mit steigendem Weichmacheranteil sowohl die Viskosität der Pasten als auch die mechanische Festigkeit der herge-stellten Artikel, während Dehnbar-keit, Weichheit und Kältefestigkeit verbessert werden.

Verarbeitung…

…der Pasten

20

Zur Herstellung von PVC-Pasten werden üblicherweise Pasten- und Extender-Typen im K-Wert-Bereich zwischen 65 und 80, in Sonderfäl-len zwischen 50 und 90 eingesetzt. Pasten-Typen mit niedrigerem K-Wert gelieren schneller als sol-che mit höherem. Darüber hinaus enthalten PVC-Pasten wie erwähnt Additive (z. B. Viskositätsregulato-ren, Wärme- und Lichtstabilisato-ren, Farbstoffe, Füllstoffe oder Treibmittel), mit denen das Verar-beitungsverhalten und/oder die Endeigenschaften gesteuert wer-den können.

Die Formgebung der Pasten erfolgt im ersten Verarbeitungsschritt bei Raumtemperatur z. B. durch

- Streichverfahren

- Rotationssiebdruckverfahren

- Spritzen (airless)

- Rotationsgießen

- Tauchen oder

- Gießverfahren

Die rheologischen Anforderungen sind hier sehr unterschiedlich. So ist jede Verarbeitungstechnologie charakterisiert durch das ange-wandte Schergefälle und das zu-gehörige Viskositätsband. Zur Ori-entierung sind in Abb. 17 die Viskositäts-/Schergefälle-Bereiche mit den entsprechenden Verarbei-tungsverfahren dargestellt.

Abb. 17: Verarbeitungsverfahren nach Viskosität Schergefälle-Bereichen

Pastenvisk osität [Pas]

Schergefälle D [s 1]

Pastenvisk osität [Pas]

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Nach diesem ersten Verfahrens-schritt wird die noch flüssige Plasti-solschicht durch Erwärmen ausge-liert und damit verfestigt. Hierbei werden, bedingt durch die Diffusi-on, die zwischen molekularen Kräf-te im PVC weitgehend gelockert, und die Einzelkomponenten ver-schmelzen miteinander. Aus der anfangs heterogenen Feststoff-Dispersion bildet sich mit steigen-der Temperatur – vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 160 bis 220 °C – in Abhängigkeit von der Art und Menge der eingesetz-ten Weichmacher und Zuschlag-stoffe ein elastisches Plastifikat.

Der Gelierprozess kann in den üblichen Gelierkanälen, Heizöfen, beheizten Pressen, Geliertrommeln oder mittels Infrarot-Wärmestrah-lern erfolgen. Zur Erzielung optima-ler Eigenschaften der Fertigartikel ist eine angemessene Gelierung unbedingt erforderlich. Andernfalls kann es durchaus vorkommen, dass ein homogen geliertes Sys-tem, basierend auf einem PVC mit niedrigem K-Wert, günstigere Fes-tigkeitswerte erreicht als ein unge-nügend geliertes System mit höhe-rem K-Wert.

Die besten physikalischen Eigen-schaften der Endprodukte sind – je nach Plastisolzusammensetzung – bei Geliertemperaturen von 170 bis 210 °C zu erreichen. Die benötigte Gelierzeit lässt sich nur experimen-tell ermitteln, da sie nicht nur von Rezepturkomponenten, sondern auch von Verarbeitungsparametern wie z. B. Schichtdicke, Intensität der Wärmeübertragung usw. be-stimmt wird. Neben kompakten Fertigartikeln können durch Zusatz von Treibmitteln wie z. B. Azodi-carbonamid und geeigneten Ki-ckern auch geschäumte Artikel niedriger Dichte hergestellt werden.

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Streichverfahren

Die überwiegende Menge an PVC-Pasten wird nach dem Streichver-fahren verarbeitet. Nach dieser Methode lassen sich Textilien, Pa-piere, Vliese, Bleche und ähnliche Trägerstoffe flächendeckend be-schichten. Zu den mengenmäßig bedeutendsten Artikeln gehören Kunstleder, Planen, Boden- und Wandbeläge, Tischdecken, Förder-bänder usw.

Für den Pastenauftrag haben sich, je nach Art des zu beschichtenden Substrats und der Auftragsmenge, Rakelvorrichtungen (Luft-, Gummi-tuch- oder Walzenrakel) oder Re-verse-Roll-Coater bewährt. Das Trägermaterial kann direkt oder im Umkehrverfahren beschichtet wer-den. Bei einigen Anwendungen hat es sich durchgesetzt, den Pasten-auftrag in einem oder in mehreren Strichen durchzuführen. Bei mehr-schichtigem Aufbau unterscheidet man zwischen Grund-, Füll- und Deckstrich.

Am Ausgang des Gelierkanals ist unter Umständen eine Prägevor-richtung angeordnet, die es ermög-licht, die aus dem Kanal kommende gelierte Ware in heißem Zustand zu glätten oder Strukturen einzuprä-gen. Derartige Prägevorrichtungen bestehen aus glatten oder gravier-ten, wassergekühlten, verchromten Stahlwalzen sowie gummibeschich-teten Gegendruckwalzen.

Anschließend werden einige Artikel in einem zusätzlichen Arbeitsgang mit einer so genannten Decklackie-rung versehen. Damit soll ihnen eine möglichst trockene und schmutzabweisende Oberfläche verliehen und gleichzeitig die Weichmacherwanderung verringert werden. Noch verwendet man hier-zu vorwiegend Lösungen von Po-lymethylmethacrylaten in Kombina-tion mit PVC oder Vinylchlo-rid/Vinylacetat-Copolymerisaten in organischen Lösungsmitteln. Aus ökologischen Gründen geht der Trend aber eindeutig zu Lacksys-temen auf wässriger Basis. Der Auftrag erfolgt zweckmäßig mit einer Tiefdruckwalze (so genannte 1000-Punktwalze) oder mittels Luft-rakel. Im anschließenden Trocken-vorgang müssen die im Decklack verwendeten Lösungsmittel voll-ständig entfernt werden.

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Rotationssiebdruckverfahren

Diese Applikation eignet sich be-sonders für sehr geringe Plasti-solauftragsmengen von 20 bis 200 g/m² auf häufig empfindliche Trä-germaterialien. Durch ein nahtloses Rundsieb drückt das im Inneren befindliche Rakelmesser die PVC-Paste auf das Trägermaterial (Trennpapier, Tapetenpapier, Ge-webe usw.). Je nach gewünschter Auftragsmenge werden Rundsiebe mit unterschiedlichen Lochgrößen ausgewählt. Das Oberflächende-sign kann über die Anordnung der Löcher beeinflusst werden.

PVC-Pasten mit leicht pseudoplas-tischer bis newtonscher Rheologie werden für dieses Auftragsverfah-ren bevorzugt. Um bei Anwendun-gen mit sehr geringen Auftrags-mengen (d. h. Rundsiebe mit klei-neren Lochgrößen) Siebverstop-fungen zu vermeiden, sind PVC-Typen mit sehr niedrigem Grob-kornanteil erforderlich.

Spritzen (airless)

Diese Auftragstechnologie hat sich besonders in der Kfz-Industrie durchgesetzt. PVC-Plastisole, die den Unterboden von Automobilen gegen Steinschlag, Salzwasser etc. schützen, werden in der Regel im Spritzverfahren in variablen Schichtdicken appliziert. In der Praxis haben sich airless-Düsen, die häufig bei 200 – 300 bar arbei-ten, bewährt. Anschließend wird in geeigneten Heizkanälen ausgeliert.

Von den Pasten wird bevorzugt ein stark pseudoplastisches dila-tanzfreies Fließverhalten verlangt. Zum einen sollen sie nämlich bei hohen Schergefällen, wie sie beim Fördern und Versprühen auftreten können, ausreichend niedrigviskos sein. Zum anderen dürfen sie nach Auftrag auf dem Kfz-Unterboden unter der Einwirkung der Schwer-kraft nicht abtropfen, d. h. sie müs-sen bei niedrigem Schergefälle eine hohe Viskosität aufweisen.

Rotationsgießen

Die Verarbeitungstechnologie eig-net sich sehr gut zur Herstellung von hohlen Formkörpern wie z. B. Bällen, Puppen, Gartenzwergen, Straßenmarkierungskegeln usw. In eine geöffnete, metallische Rotati-onsgussform wird die benötigte Pastenmenge bei Raumtemperatur dosiert. Anschließend wird die Form verschlossen und im Gelier-ofen auf Temperaturen von mehr als 200 °C erwärmt. Während der Gelierphase wird die Form biaxial rotiert, um eine möglichst gleich-mäßige Verteilung der PVC-Paste zu erzielen. Nach dem Geliervor-gang wird die Form abgekühlt und der PVC-Artikel entnommen.

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Tauchen

In der Praxis unterscheidet man zwischen Warm- und Kalttauchen.

Beim Warmtauchen wird der zu beschichtende Gegenstand/Form-körper erhitzt und dann in die Paste eingetaucht. Nun bildet sich am Tauchkörper aus der Paste heraus eine Weich-PVC-Haut, deren Dicke von der Vorwärmtemperatur, der Wärmekapazität des Formkörpers, der Tauchzeit sowie der Gelierfreu-digkeit der Paste abhängt. An-schließend wird der Formkörper langsam aus der Paste entfernt und bei 180-220 °C ausgeliert. Nach diesem Verfahren werden z. B. Werkzeuggriffe, Faltenbälge, Dich-tungsmanschetten, Kleiderbügel und vieles mehr hergestellt.

Beim Kalttauchen wird der zu be-schichtende Gegenstand ohne Vorwärmung in die Paste getaucht und nach Herausnehmen geliert. Die Schichtdicke wird durch die Pastenrheologie vorgegeben.

Durch mehrmaliges Tauchen mit nachfolgendem Angelieren der Paste kann die Schichtdicke auf dem Formkörper entsprechend gesteigert werden. Nach diesem Verfahren werden bevorzugt Ge-genstände mit geringer Wärmeka-pazität wie z. B. Gewebe (Hand-schuhe), Drahtgitter usw. beschich-tet.

Gießverfahren

Häufig stellt man mit dieser Tech-nologie einseitig offene Objekte wie z. B. Schuhe, Stiefel, Abdeckkap-pen oder, wie beim Schalenguss-verfahren (slush moulding), Arma-turenbretthäute her.

Hierzu wird eine metallische, oben offene Form erwärmt und mit kalter Paste gefüllt. Mit zunehmender Verweilzeit geliert die Paste – be-ginnend an der Metalloberfläche – zum Inneren; dies bedeutet, dass mit zunehmender Gelierzeit die Schichtdicke anwächst. Nach Er-reichen der gewünschten Wand-stärke wird die ungelierte Paste ausgegossen und die angelierte Haut durch Erhöhung der Tempera-tur ausgeliert.

Nach dem Abkühlvorgang kann dann der Fertigartikel entformt wer-den.