Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Latex-, PVC- und Weichmacher-freien Boden- und Wandbelägen mit chemisch geschäumten und ggf. strukturierten Schaumschichten.
Textile Boden- und Wandbeläge mit einer rückseitigen geschäumten Schicht aus einem natürlichen oder synthetischen Latex und PVC-Kunststoffbeläge finden heute in großem Umfang Verwendung aufgrund ihrer vielfältigen dekorativen Möglichkeiten durch einfache Verlegung und Preiswürdigkeit.
Insbesondere die Möglichkeit, die Beläge mit weichen, geschäumten Rückseiten auszurüsten, was erheblich zur Dämmung des Trittschalls beiträgt und den Gehkomfort verbessert, haben für die weitere Verbreitung solcher Materialien gesorgt. Darüber hinaus ermöglicht die Schäumung eine Erzeugung von Oberflächenstrukturierungen entweder durch Aufschäumen in entsprechenden Formen bzw. Prägewalzen oder durch partielle chemische Aktivierung oder Inhibierung der Schaumbildung. Bei textilen Belägen wird technisch nur die mechanische Schäumung durch Einpressen von Luft in die Latexmasse durchgeführt, da die chemische Verschäumung hohe Temperaturen erfordert, welche den Textilflor schädigt.
Um beim Verlegen Stöße zu vermeiden, werden insbesondere Fußbodenbeläge heute üblicherweise in Endlosbahnen in einer Breite von bis zu 4 oder 5 m hergestellt, was sowohl vom Material als auch von den Verarbeitungstechniken her die Möglichkeiten außerordentlich einschränkt.
Textile Bodenbeläge werden entweder nach dem Tuftingverfahren oder aus Nadelvliesen hergestellt, die rückseits mit einer Styrolbutadien- oder anderen Latexmasse verfestigt und danach mit einer mechanisch verschäumten Synthese- oder Naturlatexschicht beschichtet und durch Trocknen fixiert werden. Die Textilschicht besteht dabei vorwiegend aus Polyamid, Polypropylen oder Polyesterfasern, welche nicht mehr von den Latexschichten getrennt werden können, so daß solche Verbundschichten nicht recyclisierbar sind. Aus der GB-A 2191209 und GB-A 1420624 ist ferner bekannt, die rückseitige Beschichtung auch durch Aufstreuen eines Pulvers aus einem Polymeren, Füllstoffen und ggf. Treibmitteln herzustellen, welche aufgeschmolzen und ggf. aufgeschäumt werden und damit die Textilfasern verkleben und stabilisieren. Als Polymere werden Polyethylen, Polyester, Polyamide, EVA und ihre Copolymerisate genannt.
Bisher werden Kunststoffbodenbeläge üblicherweise aus Latexdispersionen oder PVC-Plastisolen im Streichverfahren auf einer Gewebe- oder Releasepapierunterlage und anschließendes Aushärten hergestellt. Die Plastisole bestehen dabei aus PVC-Partikeln, Weichmachern, und üblichen Hilfsstoffen sowie Füllstoffen, die beim Trocknen in der Wärme zu einer Matrix zusammensintern. Durch Zufügung von chemischen Schaummitteln kann die Schicht zusätzlich noch thermisch verschäumt werden, wobei durch Aufbringen von Treibmittelaktivatoren oder -desaktivatoren auf bestimmte Bereiche noch eine zusätzliche Strukturierung erreicht werden kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, durch Aufbringen mehrerer Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung die Eigenschaften in sehr weitem Maße zu variieren (vgl. z.B. "Solvic® für Plastisole", Firmenschrift der Deutschen Solvay-Werke GmbH, Solingen).
Obwohl Latex und PVC von der Wirtschaftlichkeit und den Eigenschaften her an sich ideale Werkstoffe sind, verlangen jedoch die immer stärker zu berücksichtigenden ökologischen Aspekte - Recyclisierbarkeit der Produkte, Vermeidung von Lösungsmitteln und halogenhaltigen Bestandteilen - Verfahren zur Herstellung von Belägen zu suchen, welche Latex-, PVC- und Weichmacher-frei sind. Aus ökonomischen und technischen Gründen ist es jedoch notwendig, die bisherigen Herstellungsbreiten und nach Möglichkeit auch die vorhandenen Herstellungsvorrichtungen beizubehalten. Weiterhin sollte auch der Bodenbelag aus unterschiedlichen Schichten bestehen, von denen eine oder mehrere chemisch geschäumt und ggf. partiell durch Aktivierung oder Desaktivierung des Schäumvorgangs strukturiert sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher ein Verfahren zu finden, mit dem sich Latex-, PVC-und Weichmacher-freie Kunststoffboden- und Wandbeläge hergestellt werden können, welche mindestens aus einer chemisch geschäumten Schicht und einer Trägerschicht bestehen, ggf. eine Strukturierung durch Aktivierung oder Desaktivierung der Treibmittel zu erlauben und übliche Herstellungsbreiten von 4-5 m auf vorhandenen Vorrichtungen zu fertigen gestattet. Für die Herstellung von Bodenbelägen ist zusätzlich noch mindestens eine nicht geschäumte Deckschicht vorhanden.
Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch wiedergegebenen Merkmale gelöst und durch die in den Unteransprüchen gekennzeichneten Merkmale gefördert.
Aus dem sogenannten Furukawa-Verfahren ist es bekannt, vernetzte Polyethylenschäume herzustellen, indem man Polyethylen, Azodicarbonamid als Treibmittel und Dicumolperoxid als Vernetzungsmittel mit Hilfe eines Extruders mit nachgeschalteter Breitschlitzdüse zu einer Matrix in Form eines Films oder einer ungeschäumten Platte extrudiert, wobei diese Extrusion bei einer Temperatur erfolgen muß, bei der das Polyethylen flüssig ist, das Vernetzungsmittel jedoch noch nicht zersetzt wird. Entweder nach einer Zwischenlagerung oder durch direktes Einführen der Matrix in einen Schäumofen wird der radikalische Zerfall des Peroxids initiiert und das Polyethylen vernetzt unter gleichzeitiger chemischer Zersetzung des Treibmittels und Aufschäumung der Matrix. Dies Verfahren erlaubt zur Zeit Schäume mit Raumgewichten zwischen 30 und 175 kg/m3 und Dicken zwischen 5 und 15 mm herzustellen. Die Breite dieser Schäume ist jedoch mit etwa 2 m begrenzt, da sich Breitschlitzdüsen größeren Ausmaßes nicht herstellen lassen. Eine wirtschaftliche Herstellung von herkömmlichen Bodenbelägen ist nach diesem Verfahren nicht möglich.
Es ist weiterhin bekannt, daß man auch aus Ethylenvinylacetatcopolymeren (EVA) oder Mischungen von EVA mit Polyethylen (PE) formbare Schäume herstellen kann, indem man Polymere, Füllstoffe, Aktivatoren, Schäumungsmittel sowie ggf. Vernetzungsmittel bei Temperaturen von 90 - 100 °C, d.h. einer Temperatur, bei der das Polymer bereits weich bzw. flüssig ist, die Zusatzstoffe jedoch noch chemisch stabil bleiben, vermischt und die Mischung granuliert. Das Granulat wird anschließend in Formen gefüllt, durch Erhitzen aufgeschäumt und nach dem Wiederabkühlen aus der Form entnommen. Kleinere, auch komplizierte Formteile, lassen sich auf diese Art und Weise gut herstellen. Beispiele dafür sind Schuhsohlen, Bälle, Dichtungen, Matten, Masken etc. Die Produktion von 4 - 5 m breiten Endlosbahnen, wie sie bei Fußbodenbelägen notwendig sind, ist nach diesem Verfahren jedoch nicht möglich.
Weiterhin ist bekannt, weichmacherfreie Polyurethanschäume durch mechanisches Verschäumen der Komponenten unter Einpressung von Luft zu erzeugen, jedoch kann das Aufschäumen dabei nicht chemisch gehindert und dadurch keine Struktur erzeugt werden.
Es ist außerordentlich überraschend, daß über handelsübliche Pulverstreumaschinen die erfindungsgemäßen Mischungen sich gleichmäßig über Breiten von 4 - 5 m verteilen lassen, so daß beim anschließenden Durchleiten durch den Trockenofen eine homogene gleichmäßig dicke Schaumschicht entsteht. Mehrfachschichten können so auch einfach hergestellt werden, indem man auf eine erste verfestigte und ggf. egalisierte Schicht eine zweite Pulverschicht aufstreut, wiederum trocknet oder geliert. Eine Einfärbung der Schicht ist durch zwischenzeitliches Aufdrucken des Farbmusters, eine Strukturierung durch Aufdrucken eines Aktivators oder Desaktivators möglich.
Die erfindungsgemäß verarbeitbaren Polymeren umfassen eine Vielzahl von thermoplastischen Produkten. Der wichtigste Parameter ist der Schmelzindex (MFI 190°C/2.16). Es wurde festgestellt, daß bei Schmelzindizes unter 2,5 und über 40 die zu hohe bzw. zu niedere Schmelzviskosität keine gute Zellstruktur des Schaumes mehr zuläßt. Ein Schmelzindex von etwa 10 - 20 scheint insofern optimale Ergebnisse zu ergeben. Der Kristallitschmelzpunkt der Polymeren sollte unterhalb des Zersetzungsbereiches des Treibmittelgemisches liegen, jedoch nicht so niedrig, daß der Schaum z.B. unter starker Sonneneinstrahlung oder Gewichtsbelastung zu fließen beginnt. Kristallitschmelzpunkte in einem Bereich von 70 - 110° scheinen insofern gut geeignet zu sein. Sehr niedere Schmelzpunkte des Polymeren können jedoch durch eine nachträgliche Vernetzung, beispielsweise durch Zugaben von Peroxid oder durch Behandlung mit energiereicher Strahlung, angehoben werden. Infrage kommende Polymere sind Copolymere aus Ethylen und Vinylacetat, Polyethylen, Polypropylen, Copolymere mit Polyvinylacetat, Polymethylmethacrylat, Polyethylenacrylsäureestercopolymere, Polyethylenacrylsäureester, Maleinsäureanhydridcopolymere und andere.
Die Polymeren werden aus den handelsüblichen Granulaten auf Korngrößen von maximal 400 - 600 µm, vorzugsweise 10 - 400 µm, vermahlen und in dieser Form mit den übrigen Komponenten gemischt.
Als Zuschlagstoffe sind alle diejenigen möglich, die auch in sonst üblichen Schaummischungen verwendet werden. Beispielhaft seien anorganische Füllstoffe wie Kreide, Silikate, Magnesium- oder Aluminiumhydroxyde, Schwerspat, Kieselsäure, Glaspulver, Ruß, Titandioxid oder auch andere Farbpigmente, welche gleichzeitig die Lichtdurchlässigkeit des Schaumes verändern, genannt. Als organische Zuschlagsstoffe kommen insbesondere Holz oder Korkmehl oder auch temperaturbeständige Kunststoffe wie Polyurethane in Frage. Diese werden der Mischung als feine Pulver mit Korngrößen von 10 bis etwa 500 µm zugemischt, wobei die Füllstoffe je nach Produkt in Mengen von 5 - 50 % der Mischung zugefügt werden.
Als Treibmittel für die Schaumschichten verwendet man die auch sonst bei Plastisolen üblichen Produkte wie Azodicarbonamid, Oxibis-benzolsulfohydrazit, Azoisobuttersäuredinitril, Toluolsulfohydrazit u.a. Bevorzugt ist Azodicarbonamid, dessen Zersetzungstemperatur von ca. 200°C durch Zusatz von Aktivatoren wie Zinkoxid, Zinkoctoat und anderen bekannten Aktivatoren bis zu Temperaturen von 120° reduziert werden kann. Die Schäumungstemperatur läßt sich auf diese Art und Weise an den jeweils zu verschäumenden Kunststoff und seine Viskosität gut anpassen. Die Treibmittel werden als feine Pulver (2 bis 12 µ Korngröße) oder als Batch (abgerieben mit Paraffin oder Antistatica) in Mengen von 0,5 - 10% der Mischung zugefügt.
Als Desaktivatoren für die Stellen, an denen ein Aufschäumen nicht erwünscht ist, können die für solche Schaummischungen bekannten Substanzen verwendet werden. Vorzugsweise werden Trimelittsäureanhydrid, Benzotriazol oder Thioharnstoff verwendet. Im Gegensatz zu den lösungsmittelhaltigen Pasten, die eine Diffusion der Desaktivatoren in die schaumfähige Schicht ermöglichen, muß bei den erfindungsgemäßen Mitteln der Desaktivator zusammen mit einem Transportmittel aufgedruckt werden. Als Transportmittel eignen sich z.B. flüssige Paraffine oder flüssige Antistatica oder vernetzbare Derivate der Methacrylsäure. Die Desaktivatoren sollten in einer Menge von ca. 0,5 - 2% bezogen auf die Masse der zu strukturierenden Schaumschicht angewendet werden.
Ferner können der Mischung noch Peroxyde zur Vernetzung des Schaumes und zur Verbesserung der Temperaturbeständigkeit der Polymeren sowohl bei der Verarbeitung als auch beim späteren Gebrauch zugefügt werden. Als Hilfsstoffe kommen ferner Bakterizide, Antistatika, Antioxydanzien etc. infrage, wie sie in der Latex- und Kunststoffverarbeitung üblich sind.
In den folgenden Beispielen ist die Erfindung näher erläutert.
Der heterogene, EVA-Schaumschichten enthaltende elastische Bodenbelag kann auf einer üblichen, für PVC-Bodenbeläge geeigneten Beschichtungsanlage hergestellt werden. Als Zusatzausrüstung sind auf dem Markt erhältliche Pulver-Streumaschinen eingesetzt. Die verwendete Vorrichtung ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Das Trägermaterial (Textil-, Glas- u. ä. -Gewebe) wird mittels Abrollung (1) und Speicherdosierung der Anlage endlos zugeführt. In dem ersten Auftragswerk (2) wird mittels einer nicht dargestellten Beschichtungsvorrichtung als sog. Fixier- oder Grundstrich das entsprechende Beschichtungsmaterial zum Schließen und Glätten des Trägersubstrates aufgetragen, mittels Strahler (5) erwärmt und über eine Glättvorrichtung (3) geglättet.
Im zweiten Auftragswerk (4) wird mittels einer Pulver-Streumaschine das in Beispiel 2 oder 3 beschriebene EVA-Dryblend aufgetragen und anschließend in einer Infrarot-Strahlerstation (5) angeschmolzen, aber noch nicht chemisch verschäumt oder vernetzt.
Die angeschmolzene Schaumoberfläche wird zusätzlich über eine Glätt-Trommel (6) geglättet und verfestigt. Danach wird auf die erhaltene glatte Schaumoberfläche mit einer Druckmaschine (7) ein mehrfarbiges Druckdessin mittels Polymer-Binderdruckfarbe aufgetragen. In einem dritten Auftragswerk (8) wird die Druckschicht mittels einer transparenten Beschichtungsmasse abgedeckt. Das so erhaltene Flächengebilde wird in einem Trocken-/Gelierofen auf 160-200 °C erhitzt, wodurch die EVA-Dryblend-schicht aufschäumt - bei Strukturierung nur partiell - und durch die Peroxide vernetzt wird. Trocknung und Reaktion der transparenten Abdeckschicht findet gleichzeitig statt.
Zur Verbesserung der Trägermaterial-Rückseite und des Gesamtrückfederungsverhaltens der Bodenbelagskonstruktion kann in einer weiteren Pulver-Streumaschine (4) noch einmal ein schäumbares EVA-Dryblend aufgebracht werden, wie oben beschrieben, was dann gemäß (5), (3), (9) angeschmolzen, verfestigt, geglättet und ausgeschäumt wird. Eine abschließende Oberflächenbehandlung mittels Glättwerk (3) dient zur Homogenisierung der Schaumoberfläche. Gegebenenfalls kann hier auch eine strukturierte Walze nach Art eines Prägewerks eingesetzt werden. In der Kühlstrecke (10) wird die Materialbahn gekühlt und dann einer Speichervorrichtung und Aufrollung (11) der Anlage entnommen. Gegebenenfalls kann eine zwischengeschaltete Kontrolle mit Konfektion auf fertige Einzelrollen erfolgen, die dann dem Fertigwarenlager direkt zugeführt werden.
Alternativ kann der vorstehend beschriebene Belag auch im Batch-Verfahren hergestellt werden, indem Längen von ca. 500 m jeweils nach einem oder mehreren der vorstehenden Schritte aufgerollt, zwischengelagert und zu einem späteren Zeitpunkt der nächsten Bearbeitungsstation zugeführt werden.