BE1021625B1 - Nanokompositzusammensetzung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Nanokompositzusammensetzungen, die ein Gemisch umfassen, das mindestens ein Polypropylen, mindestens ein Polyamid, mindestens ein mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polypropylen und Sepiolith- Nanopartikel enthält, deren Herstellungsverfahren sowie die Erzeugnisse, die diese Zusammensetzungen umfassen.

Description

NANOKOMPOSITZUSAMMENSETZUNG Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft Nanokompositzusammensetzungen, Schaumstoffe, die diese Nanokompositzusammensetzungen umfassen, ein Verfahren zu deren Produktion sowie deren Verwendung zur Herstellung von Erzeugnissen.

Stand der Technik

Das Brandverhalten und die Feuerbeständigkeit sind bei der Entwicklung eines Materials zu berücksichtigende wichtige Parameter. Insbesondere im Fall von thermoplastischen Materialien, die in zahlreichen alltäglichen Gegenständen verwendet werden und die daher ein minimales Risiko für die Sicherheit von Benutzern aufweisen müssen. Die thermoplastischen Polymere sind wohl bekannt dafür, dass sie brennbar und wenig feuerbeständig sind. Sie müssen daher modifiziert werden mit dem Ziel, einen Brand zu verhindern oder zumindest zu verzögern.

Es wurden Versuche zur Verbesserung der Feuerbeständigkeit und des Brandverhaltens von thermoplastischen Materialien durchgeführt. Insbesondere hat die Verwendung von Additiven, wie Flammenschutzmitteln, in den thermoplastischen Materialien zugenommen. Es gibt hierbei verschiedene Arten von Flammschutzmitteln. Es kann sich dabei unter anderem um Verbindungen des anorganischen Typs, Organohalogenverbindungen oder Organophosphorverbindungen handeln. Diese Flammverzögerer können unterschiedliche Auswirkungen auf die Polymere haben, mit denen sie verbunden werden.

Die Zugabe von Ton-Nanopartikeln als Additive (anorganische Nanofüllstoffe) in die Gemische von Polymeren wurde ebenfalls untersucht. Zunächst wurde die Zugabe von Ton-Nanopartikeln zu den Gemischen von Polymeren mit dem Ziel in Betracht gezogen, die mechanischen Fähigkeiten von erhaltenen Materialien zu verstärken. Dennoch wurde dieser Gesichtspunkt in Anbetracht von Problemen der Dispersion dieser Ton-Nanopartikel, die in diesen Gemischen plötzlich auftreten, nicht genauer geprüft. Die Ton-Nanopartikel fassen verschiedene Tontypen zusammen, die insbesondere durch ihre Struktur gekennzeichnet sind.

Bei den Ton-Nanopartikeln kann man die Partikel von folgenden Stoffen bezeichnen: Kaolin, Montmorillonit, Sepiolith, Halloysit, Chlorit usw. Vor kurzem wurden die Eigenschaften der Feuerbeständigkeit und/oder des Brandverhaltens von Gemischen, die thermoplastische Polymere mit Ton-Nanopartikeln umfassen, beurteilt. Insbesondere interessieren sich bestimmte Untersuchungen für die Eigenschaften des Montmorillonits und des Sepioliths.

Mehrere Dokumente des Standes der Technik haben den Einfluss des Montmorillonits und des Sepioliths auf die Brennbarkeits- und/oder Feuerbeständigkeitsfähigkeiten von Gemischen von thermoplastischen Polymeren beurteilt. Gonzälez et al. („Fire retardancy behavior of PLA based nanocomposites“, Polymer dégradation and stability 97 (2012), 248 - 256) vergleichen in dieser Studie die Eigenschaften eines Nanokomposits, das aus Polymilchsäure in Verbindung mit einem Ton-Nanopartikel besteht, wobei der Ton entweder modifizierter Montmorillonit oder Sepiolith sein kann. Diese Studie zeigt, dass das Nanokomposit, das die Polymilchsäure und den Sepiolith umfasst, weniger gute Ergebnisse in Bezug auf die Feuerbeständigkeit aufweist als das Nanokomposit, das die Polymilchsäure und das organomodifizierte Montmorillonit umfasst, insbesondere was die Verkohlung des Nanokomposits angeht. Dies wird dadurch erklärt, dass die Netzwerke zwischen den Kanälen des Sepioliths die Wärme anstauen und eine Wärmequelle bilden können, die die Zersetzung in Verbindung mit der externen Wärmequelle beschleunigt (Seite 254, rechte Spalte, Zeilen 2 - 6). Gleichermaßen beschreiben Oddes et al. („Nanocomposites à base de sépiolite: Influence des conditions de mélange et de l’agent compatibilisant sur la dispersion et les propriétés (mécaniques et résistance au feu)“, Projet nanostructures, Februar 2008), dass die Feuerbeständigkeitseigenschaften des Sepioliths in einem System, das Polypropylen (PP) und mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polypropylen (MAgPP) enttäuschend sind. Dies liegt daran, dass der Sepiolith nicht dazu in der Lage ist, eine Barriereschicht bzw. einen Char (Verkohlungskoks) aufgrund seiner Nadelstruktur (und nicht Schichtstruktur wie das Montmorillonit) zwischen dem Material und dem in der Atmosphäre vorliegenden Sauerstoff bilden kann (Seite 29, Zeilen 1 - 6). In ähnlicher Weise betonen Tabuani et al. („Polypropylene nanocomposites, Study of the influence of the nanofillers nature on morphology and material properties“, Macromol. Symp., 2011, 301, 114 - 127) die Tatsache, dass das Nanokomposit, das PP, MAgPP und Sepiolith umfasst, aufgrund der Nadelstruktur des Sepioliths anstelle der Schichtstruktur, die von dem Montmorillonit vermittelt wird, nicht erlaubt, die Bildung einer Schutzschicht zwischen dem Material und dem Sauerstoff zu erzielen. Es ist daher im Stand der Technik bekannt, dass die Partikel von Ton-Nanopartikeln je nach ihrer Beschaffenheit und insbesondere je nach ihrer Struktur nicht die gleichen Eigenschaften der Wärmebeständigkeit und des Brandverhaltens aufweisen.

Es erscheint daher erforderlich, neuartige Zusammensetzungen von Nanokompositen auf Basis von Sepiolith zu entwickeln, die gute

Brandeigenschaften aufweisen.

Allgemeine Beschreibung der Erfindung

Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine

Nanokompositzusammensetzung bereitzustellen, die ein Gemisch von thermoplastischen Polymeren und Sepiolith-Nanopartikel umfasst und die verbesserte Brandeigenschaften aufweist.

Die Erfindung hat außerdem das Verfahren zur Herstellung dieser Nanokompositzusammensetzungen, die Verwendung dieser Nanokomposit-zusammensetzungen sowie die Schaumstoffe und die Erzeugnisse, die aus diesen Nanokompositzusammensetzungen erhalten werden, zum Gegenstand.

Erfindungsgemäß wird dieser Gegenstand durch eine Nanokompositzusammensetzung erzielt, die ein Gemisch umfasst, das mindestens ein Polypropylen (PP), mindestens ein Polyamid (PA), mindestens ein mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polypropylen (MAgPP) und Sepiolith-Nanopartikel enthält.

Unter Polypropylen werden die Propylen-Homopolymere oder -Copolymere verstanden. Es kann sich um lineare oder verzweigte Propylen-Homopolymere, vorzugsweise verzweigte Propylen-Homopolymere handeln. Die PropylenCopolymere können lineare oder verzweigte, statistische, Block-, segmentierte oder heterophasische Block-, isotaktische, ataktische oder syndiotaktische Copolymere und/oder deren Gemische sein. Es kann sich insbesondere um Propylen-Ethylen-Copolymere oder Propylen-1-Buten-Copolymere handeln.

Das Polyamid (PA) ist ein Polymer, das mehrere Amidfunktionen (-C(=0)-NH) umfasst, die aus einer Polykondensationsreaktion zwischen den Carbonsäurefunktionen und den Aminfunktionen resultieren. Das Polyamid (PA) kann insbesondere das Polyamid-6 (PA-6), das auch Nylon-6 genannt wird und einem thermoplastischen Polymer entspricht, das aus [NH-(CH2)5-CO]n-Einheiten besteht, oder das Polyamid-12 (PA-12) sein, das durch Öffnung des Lauryllactamrings hergestellt wird.

Das mit Maleinsäureanhydrid gepfropfte Polypropylen (MAgPP) entspricht einem wie oben definierten Propylenpolymer, das mit MaleinsäureanhydridSeitengruppen gepfropft wurde.

Unter Nanokomposit wird ein Gemisch verstanden, das ein oder mehrere Polymere sowie Ton-Nanopartikel umfasst. Insbesondere handelt es sich um Sepiolith-Nanopartikel. Im Idealfall weisen diese Nanopartikel die folgenden Dimensionen auf: eine Länge zwischen 200 und 5000 nm und eine Breite zwischen 2 und 60 nm mit einer Dicke von 2 bis 20 nm.

Der Sepiolith ist ein Mineral der Gruppe der Tone mit faserartiger Struktur. Es handelt sich insbesondere um ein natürliches Magnesiumsilicathydrat, das zur Gruppe der Phyllosilicate gehört. Die allgemeine Formel des Sepioliths ist Mg4Si60i5(0H)2 · 6 H20. Die Struktur des Sepioliths besteht in Doppelschichten des Glimmertyps. Ganz spezifisch wird die Basiseinheit des Sepioliths von zwei Schichten von tetraed rischen Siliciumdioxideinheiten gebildet, die durch Wasserstoffatome mit einer oktaedrischen Magnesiumschicht verbunden sind. Der Sepiolith umfasst daher eine Vielzahl von Kanälen oder Tunneln, die ihm eine sehr große spezifische Oberfläche (ungefähr 300 m2/g) verleihen. Überraschenderweise haben die Erfinder eine Nanokompositzusammensetzung auf Basis von Sepiolith-Nanopartikeln entwickelt, die verbesserte

Brandeigenschaften aufweist. Zudem zeigt diese Nanokompositzusammensetzung auf Basis von Sepiolith-Nanopartikeln unerwartete Vorteile im Vergleich zu den Nanokompositzusammensetzungen auf Basis von

Montmorillonit-Nanopartikeln. In der Tat beschreibt das Dokument von Tang et al. („Investigation on polypropylene and polyamide-6 alloys/montmorillonite nanocomposites“, Polymer 46, (2004) 5317 - 5326) die Eigenschaften eines Gemischs, das PP und Polyamid-6 (PA-6) umfasst und dem organophile

Montmorillonit-Nanopartikel zugegeben wird. Dieses Gemisch von thermoplastischen Polymeren und Montmorillonit wird mit MAgPP kompatibel gemacht. Dieses Dokument beurteilt insbesondere die Brandeigenschaften dieses Gemischs. Insbesondere wurde die Charakterisierung von Brennbarkeitseigenschaften von Gemischen unter Verwendung eines Konuskalorimeters durchgeführt. Dieses Dokument lehrt, dass die Zugabe von organophilem Montmorillonit ermöglicht, die PHRR (peak heat release rate, maximale Wärmefreisetzungsrate) im Vergleich zu Gemischen, die kein Montmorillonit umfassen, wesentlich zu verringern.

Erstaunlicherweise und im Gegensatz zu dem, was man angesichts der Lehre des Standes der Technik erwartet hätte, hat die vorliegende Erfindung ans Licht gebracht, dass die Nanokompositzusammensetzung, die ein Gemisch umfasst, das mindestens ein Polypropylen, mindestens ein Polyamid, mindestens ein mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polypropylen und Sepiolith-Nanopartikel enthält, wesentliche und überraschende Vorteile aufweist.

In der Tat lehrt der Stand der Technik im Allgemeinen, dass die Nanokompositzusammensetzungen auf Basis von Sepiolith weniger vorteilhafte Brandeigenschaften als diejenigen, die Montmorillonit umfassen, aufweisen. Nichtsdestotrotz wurde im Laufe der Entwicklung der vorliegenden Erfindung herausgestellt, dass die Verwendung von Sepiolith-Nanopartikeln in einer Zusammensetzung, die PP, PA und MAgPP umfasst, ermöglicht, im Vergleich zu einer Zusammensetzung, die modifizierte Montmorillonit-Nanopartikel umfasst, wesentlich bessere Ergebnisse in Bezug auf die Bildung des Chars der Zusammensetzung und die PHRR der Zusammensetzung zu erzielen.

Der Char entspricht dem Rückstand, der von der Nanokompositzusammensetzung nach der Aussetzung gegenüber einem Feuer gebildet wird. Es wurde während der Entwicklung der Erfindung (siehe den Abschnitt zu den Versuchstests) demonstriert, dass im Laufe der Entflammung der Nanokompositzusammensetzung die kombinierte Aktion des Sepioliths, des PA und des MAgPP die Bildung eines Chars ermöglicht, deren Wärmebeständigkeit und mechanische Festigkeit verstärkt sind. In der Tat scheint es, ohne sich auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wollen, dass der Sepiolith sich in die PA-Knoten einnistet. Außerdem stellt das MAgPP die gute Dispersion dieser PA-Knoten sicher.

Deswegen werden die mit Sepiolith-Nanopartikeln beladenen PA-Knoten gleichmäßig verteilt. Die Gegenwart des Sepioliths in den PA-Knoten führt zur Erhöhung der Geschwindigkeit und der Menge des gebildeten Chars. Die Bildung dieser verkohlten Schicht auf der Materialoberfläche isoliert die PP-Phase vom Sauerstoff und führt zur Senkung der PHRR.

Die HRR (heat release rate, Wärmefreisetzungsrate) stellt den Grad der Wärmeabgabe während der Verbrennung eines Materials dar. Der Höchstwert der maximalen HRR (PHRR) ist ein sehr wichtiger Parameter bei der Messung, wobei die Fähigkeit des Materials, das Feuer während seiner Verbrennung auf andere nahe gelegene Gegenstände auszubreiten, charakterisiert wird. Dieser Parameter wird gewöhnlich in kWatt gemessen. Die HRR ist repräsentativ für die Stärke eines ausgelösten Feuers. Um gute Brandeigenschaften aufzuweisen, muss ein Material im Idealfall eine niedrige PHRR aufweisen.

Vorzugsweise sind die Sepiolith-Nanopartikel Nanopartikel des natürlichen Sepiolith-Typs.

Die Sepiolith-Nanopartikel können die folgenden Dimensionen aufweisen: zwischen 200 und 5000 nm und eine Breite zwischen 2 und 60 nm mit einer Dicke von 2 bis 20 nm.

Das in der Nanokompositzusammensetzung verwendete PP ist vorzugsweise aus der Gruppe umfassend die verzweigten Propylen-Homopolymere und die Propylen-Ethylen-Copolymere (statistische, Block-, segmentierte Block-, heterophasische Copolymere) und/oder deren Gemischen ausgewählt.

Vorzugsweise umfasst die Nanokompositzusammensetzung eine überwiegende PP-Phase, d. h. ihre Menge ist in der Zusammensetzung die größte Menge.

Vorzugsweise ist das PA Polyamid-6 (PA-6).

Vorteilhafterweise umfasst die erfindungsgemäße Zusammensetzung eine PP-Menge zwischen ungefähr 40 und 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.

Gemäß einer Ausführungsform liegt die PA-Menge in der Nanokompositzusammensetzung zwischen ungefähr 5 und 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.

Die Nanokompositzusammensetzung kann zwischen ungefähr 2 und ungefähr 15 Gew.-% Sepiolith-Nanopartikel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, und vorzugsweise zwischen 3 und 10 Gew.-% Sepiolith-Nanopartikel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, umfassen. Insbesondere umfasst die Nanokompositzusammensetzung mindestens 3 Gew.-% und vorzugsweise mindestens 5 Gew.-% Sepiolith-Nanopartikel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Nanokompositzusammensetzung.

Die Nanokompositzusammensetzung umfasst vorzugsweise zwischen 0,5 und 15 Gew.-% MAgPP, bezogen auf das Gesamtgewicht der Nanokompositzusammensetzung.

Vorteilhafterweise umfasst die Nanokompositzusammensetzung zwischen ungefähr 41 und ungefähr 61 Gew.-% PP, zwischen ungefähr 30 und ungefähr 40 % PA, zwischen ungefähr 5 und ungefähr 12 % MAgPP und zwischen ungefähr 4 und ungefähr 7 % Sepiolith-Nanopartikel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Nanokompositzusammensetzung ein Gemisch von: einem oder mehreren PP, einem oder mehreren PA, vorzugsweise PA-6, einem oder mehreren MAgPP und Sepiolith-Nanopartikeln, vorzugsweise des natürlichen Sepiolith-Typs.

Die Nanokompositzusammensetzung kann außerdem eine oder mehrere Flammschutzverbindungen umfassen. Diese Flammschutzverbindungen können aus der Gruppe bestehend aus Phosphaten, Polyphosphaten, Phosphinaten, Phosphiten oder deren Derivaten ausgewählt sein.

Insbesondere ist die Flammschutzverbindung Ammoniumpolyphosphat.

Die Menge der Flammschutzverbindung liegt zwischen ungefähr 0,01 und ungefähr 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, vorzugsweise zwischen ungefähr 5 und ungefähr 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.

Die Nanokompositzusammensetzung kann außerdem ein oder mehrere Additive umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die folgende Additive umfasst: Antioxidationsmittel, UV-Schutzmittel, Antistatika, Kristallisationskeimbildner,

Gleitmittel, Infrarotabsorptions- und/oder -reflexionsmittel, Farben, Verstärkungsfüllstoffe, Sauerstoffabbaumittel usw.

Des Weiteren liegt die Menge dieses oder dieser Additive vorzugsweise zwischen ungefähr 0,01 und ungefähr 52,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.

Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Nanokomposit-zusammensetzung umfasst im Allgemeinen die folgenden Schritte: - Herstellen eines Vorgemischs (Masterbatch), das MAgPP und 30 % Sepiolith-Nanopartikel umfasst, - Mischen des zuvor erhaltenen Vorgemischs (Masterbatchs) mit dem PP und dem PA.

Die vorherige Herstellung dieses Masterbatchs ermöglicht, eine große Sepiolithmenge schnell in den PA-Knoten zu lokalisieren, was eine bessere Verkohlung des PA während der Verbrennung mit sich bringt. Die Verwendung des MAgPP ermöglicht außerdem, die Dispersion von PA-Knoten zu verbessern, und die Verringerung ihrer Größe.

Ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Erzeugnis, das die erfindungsgemäße Nanokompositzusammensetzung umfasst, und die Verwendung von Nanokompositzusammensetzungen zur Herstellung von Erzeugnissen. Es kann sich dabei insbesondere um folgende Erzeugnisse handeln: Teppichbrücken, extrudierte oder gegossene Teile für den

Verkehrsmittelbereich (Auto, Eisenbahn, Schiff, Flugzeug usw.), in Gebäuden, Haushaltswaren oder Unterhaltungsartikel usw.

Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem die aus der erfindungsgemäßen Nanokompositzusammensetzung erhaltenen Schaumstoffe. Diese Schaumstoffe umfassen außerdem einen oder mehrere chemische und/oder physikalische Schaumbildner. Diese chemischen Schaumbildner können aus Azobisisobutyronitril, Azodicarbonamid, Dinitrosopentamethylentetramin, 4,4’-Oxybis(benzolsulfonylhydrazid), Diphenylsulfon-3,3’-disulfohydrazid, Benzol-1,3-disulfohydrazid, p-Toluolsulfonylsemicarbazid; Citronensäure, Natriumhydrogencarbonat und deren Gemischen ausgewählt sein. Vorzugsweise ist der physikalische Schaumbildner aus Isobutan, Stickstoff, C02, gegebenenfalls in superkritischer Form, und C2-Cs-Alkanen ausgewählt. Die Schaumstoffe können außerdem ein oder mehrere Additive umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus folgenden Additiven besteht: Mittel zur Regelung des

Gasaustauschs, Zellkeimbildner, Antioxidationsmittel, UV-Schutzmittel, Antistatika, Gleitmittel, Infrarotabsorptions- und/oder -reflexionsmittel, Farben, Verstärkungsfüllstoffe, Sauerstoffabbaumittel usw.

Die vorliegende Erfindung erstreckt sich außerdem auf Schaumstoffprofile, aus diesen Schaumstoffen erhaltene Artikel und Produkte, beispielsweise aus Schaumstoffen mit Wärmedämmungs-, Schutzverpackungs-, Unterfütterungs-, Unterhaltungs- oder Verzierungsfunktionen, die in Verkehrsmitteln, Gebäuden, Unterhaltungsartikeln, Dekorationsartikeln usw. verwendbar sind.

Insbesondere umfasst das Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen aus Polypropylen(en) und Polyamid(en) und mit Maleinsäureanhydrid gepfropftem Polypropylen(en) und Sepiolith-Nanopartikeln gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise die folgenden Schritte: - Dosieren des bzw. der Polypropylene, des bzw. der Polyamide, des bzw. der mit Maleinsäureanhydrid gepfropften Polypropylene und des bzw. der Sepiolithe, die eventuell vorgemischt oder einzeln dosiert werden, und gegebenenfalls eines chemischen Treibmittels zur Speisung eines Extruders (Einschnecken-, Doppelschnecken-, gleichläufigen oder gegenläufigen Extruders, ersten Extruders einer Tandemvorrichtung usw.); - Plastifizieren des erhaltenen Gemischs durch Erhitzung bei hoher Temperatur des Zylinders und vollständiges Mischen der Masse durch die Schnecken bzw. Schnecken und Homogenisieren, - gegebenenfalls Einspritzen eines Schäumgases in den Zylinder an der Stelle, an der die Viskosität am besten geeignet ist, - Homogenisieren der Masse der Polymere und des Gases, - Kühlen der Masse und Homogenisieren, - Extrudieren durch eine temperaturgeregelte Düse mit einem Abschnitt mit einer vordefinierten Form gemäß der Endanwendung des Schaumstoffs, wobei die Masse einen großen Druckabfall unterzogen wird, der die Bildung von Gasblasen nach dem Austritt aus der Düse mit sich bringt, die die Bildung von Schaumstoffan der freien Luft verursacht, - Kühlen, Abziehen und Führen des Schaumstoffs: - der extrudierte Schaumstoff wird praktisch spannungsfrei durch eine Abziehvorrichtung in einen Kühlabschnitt (Luft oder Wasser oder beides) geführt, um zur gewünschten Struktur zu erstarren.

Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren kann es sich bei dem verwendeten Treibmittel um ein oder mehrere physikalische oder chemische oder gleichzeitig physikalische und chemische Treibmittel handeln.

Alle zuvor beschriebenen Ausführungsformen können im Rahmen des Zumutbaren kombiniert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es wurden Versuchstests durchgeführt, um das Brandverhalten der erfindungsgemäßen Nanokompositzusammensetzung zu bestimmen. Des Weiteren wurden außerdem Vergleichstests mit den Nanokomposit-zusammensetzungen, die das modifizierte Montmorillonit mit einem quartären Ammoniumsalz umfassen (Cloisite® 30B), vorgenommen.

Die folgenden Figuren stellen die erhaltenen Ergebnisse dar und zeigen:

Fig. 1: stellt die HRR-Kurven dar, die für unterschiedliche Polymergemische erhalten wurden: - PP, - 48 % PP, 40 % PA-6 und 12 % MAgPP, - 57 % PP, 38 % PA-6 und 5 % Sepiolith-Nanopartikel, - 45 % PP, 38 % PA-6, 5 % Sepiolith-Nanopartikel und 12 % MAgPP.

Fig. 2: stellt die HRR-Kurven dar, die für unterschiedliche Mengen von Sepiolith-Nanopartikeln erhalten wurden: - PP, - 47,4 % PP, 12 % MAgPP, 39,6 % PA-6, 1% Sepiolith-Nanopartikel, - 46,2 % PP, 12 % MAgPP, 38,8 % PA-6, 3 % Sepiolith-Nanopartikel, - 45 % PP, 12 % MAgPP, 38 % PA-6, 5 % Sepiolith-Nanopartikel.

Fig. 3: ist ein Foto, das Platten von Nanokompositzusammensetzungen unmittelbar nach deren Entflammung darstellt, die eine zunehmende Menge von Sepiolith-Nanopartikeln enthalten: - 48 % PP, 12 % MAgPP, 40 % PA-6 und 0 % Sepiolith-Nanopartikel, - 47,7 % PP, 12 % MAgPP, 39,6 % PA-6 und 1 % Sepiolith-Nanopartikel, - 46,2 % PP, 12 % MAgPP, 38,8 % PA-6 und 3 % Sepiolith-Nanopartikel, - 45 % PP, 12 % MAgPP, 38 % PA-6 und 5 % Sepiolith-Nanopartikel.

Fig. 4: ist ein Foto, das dieselben Platten von Nanokompositzusammensetzungen zum Abschluss der Verbrennung darstellt.

Fig. 5: ist ein Foto, das mittels Mikroskopie erhalten wurde und die Bildung eines Chars während der Verbrennung eines Nanokompositzusammensetzung zeigt, die 48 % PP, 12 % MAgPP, 40 % PA und 5 % Sepiolith-Nanopartikel umfasst.

Fig. 6: stellt 2 Fotos von Rückständen einer Nanokompositzusammensetzung dar, die nach der Verbrennung erhalten wurden: - a) Nanokompositzusammensetzung, die 44 % PP, 38 % PA-6, 11 % MAgPP und 7 % modifizierte Montmorillonit-Nanopartikel mit einem quartären Ammoniumsalz umfasst (Cloisite® 30B); es wurden 7 % modifizierte Montmorillonit-Nanopartikel mit einem quartären Ammoniumsalz eingebunden, um einen Gehalt von anorganischen Stoffen von 5 % zu erhalten, der für die Zusammensetzungen a) und b) identisch ist, da der Sepiolith nicht oberflächenbehandelt wird, wenn der Montmorillonit das quartäre Ammoniumsalz enthält, - b) Nanokompositzusammensetzung, die 45 % PP, 38 % PA-6, 12 % MAgPP und 5 % natürliche Sepiolith-Nanopartikel umfasst.

Fig. 7: stellt die HRR-Kurven von Nanokompositzusammensetzungen dar, die Folgendes umfassen: - 42 % PP, 36 % PA-6, 12 % MAgPP, 5 % Sepiolith und 5 % Ammoniumpolyphosphat, - 41 % PP, 36 % PA-6,11 % MAgPP, 7 % modifizierter Montmorillonit mit einem quartären Ammoniumsalz (Cloisite® 30B) und 5 %

Ammoniumpolyphosphat.

Versuchstests 1) Brandverhalten der Nanokompositzusammensetzunq, die PP. PA-6, MAqPP und natürliche Sepiolith-Nanopartikel umfasst.

Alle Gemische wurden in einem Innenmischer des Typs Brabender® für 10 min bei 240 °C hergestellt. Ein Masterbatch, das 30 % natürlichen Sepiolith in MAgPP enthielt, wurde hergestellt und im Fall von Nanokompositzusammensetzungen, die den natürlichen Sepiolith umfassen, zum Mischen des Sepioliths mit dem PP und dem PA-6 verwendet.

Fig. 1 zeigt die HRR-Kurven, die mit unterschiedlichen Nanokompositzusammensetzungen erhalten wurden. Es kann beobachtet werden, dass im Fall der Nanokompositzusammensetzung, die gleichzeitig PP, PA-6, 5 % Sepiolith und 12 % MAgPP umfasst, eine wesentliche Verringerung der PHRR erzielt wird. In der Tat wird eine Senkung der PHRR von mehr als 50 % im Verhältnis zur PHRR, die im Fall der Zusammensetzung, die nur PP umfasst, beobachtet. Diese Verringerung der PHRR liegt in der Bildung eines Chars auf der Oberfläche des Materials begründet.

Es wurde außerdem der Unterschied bei der PHRR beurteilt, die gemäß der Menge von Sepiolith-Nanopartikeln erhalten wurden, die in der Nanokompositzusammensetzung enthalten waren. Die Ergebnisse, die in der Fig. 2 veranschaulicht sind, offenbaren, dass die Senkung der PHRR mit der Erhöhung der Menge von Sepiolith-Nanopartikeln korreliert. Es wird so eine wesentliche Verringerung ab einer Menge von Sepiolith-Nanopartikeln von 3 % beobachtet. Die Verringerung der PHRR erreicht ungefähr 50 %, wenn die Sepiolithmenge 5 Gew.-% erreicht, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.

Parallel zur Messung der PHRR wurden außerdem die nach der Verbrennung der Nanokompositzusammensetzungen gebildeten Chare beobachtet. Insbesondere in Fig. 3 scheint es, dass die Menge des gebildeten Chars sich mit der Menge von Sepiolith-Nanopartikeln, die in dem Gemisch vorliegen, erhöht. Die Fotos der Fig. 4 beziehen sich auf die am Ende der Verbrennung der Nanokompositzusammensetzungen erhaltenen Rückstände. Diese Fotos veranschaulichen die Tatsache, dass sich die Wärmestabilität der Nanokompositzusammensetzungen in

Abhängigkeit von der Menge von Sepiolith-Nanopartikeln, die in der Zusammensetzung vorliegen, erhöht. Die Bildung der Charschicht, die die PP-Phase vor der Luft schützt, ist somit proportional zur Menge von Sepiolith-Nanopartikeln.

Fig. 5 zeigt die Strukturierung des Chars, der sich während der Verbrennung einer Zusammensetzung, die 48 % PP, 12 % MAgPP, 40 % PA-6 und 5 % Sepiolith-Nanopartikel umfasst, bildet. Im Verlauf dieser Verbrennung führt das PA zur Bildung des Chars, dessen Wärmebeständigkeit und mechanische Festigkeit durch die Aktion von Sepiolith-Nanopartikeln verbessert sind. 2) Vergleich der Nanokompositzusammensetzung, die den natürlichen Sepiolith umfasst, mit der, die den modifizierten Montmorillonit mit einem quartären Ammoniumsalz umfasst.

Im Verlauf dieser Versuche wurden zwei Parameter gemessen. Die Kohäsivität von Charen, die nach der Verbrennung der zwei Nanokomposit-zusammensetzungen erhalten wurden, und die protokollierte PHRR.

Fig. 6 stellt die Chare dar, die nach der Verbrennung von Zusammensetzungen, die 45 % PP, 38 % PA-6, 12 % MAgPP und entweder natürliche Sepiolith-Nanopartikel (5 %) oder modifizierte Montmorillonit-Nanopartikel mit einem quartären Ammoniumsalz (Cloisite® 30B) (7 %) umfassten, erhalten wurden. Die präsentierten Fotos offenbaren, dass der nach Verbrennung der erfindungsgemäßen Nanokompositzusammensetzung erhaltene Char viel köhäsiver ist als der, der mit dem modifizierten Montmorillonit mit dem quartären Ammoniumsalz (Cloisite® 30B) erhalten wurde. Die Charschicht, die von der Nanokompositzusammensetzung gebildet wurde, die den natürlichen Sepiolith umfasst, ist somit dicker und dichter als die, die von der Zusammensetzung produziert wurde, die die modifizierten Montmorillonit-Nanopartikel mit dem quartären Ammoniumsalz umfasst. Die Kohäsionsfläche, die der Oberfläche des Materials entspricht, die nach der Verbrennung im Verhältnis zu ihrer anfänglichen Oberfläche vereinheitlicht bleibt, ist 80 % in Hinsicht auf die

Nanokompositzusammensetzung, die die natürlichen Sepiolith-Nanopartikel umfasst, während sie für die Nanokompositzusammensetzung, die die modifizierten Montmorillonit-Nanopartikel mit dem quartären Ammoniumsalz umfasst, auf 20 % verringert ist. Folglich ermöglicht die Charschicht, die von der

Zusammensetzung gebildet wird, die Sepiolith-Nanopartikel umfasst, die PP-Phase wirksamer vor der Luft zu schützen als die, die von der Zusammensetzung produziert wird, die die modifizierten Montmorillonit-Nanopartikel mit dem quartären Ammoniumsalz (Cloisite® 30B) umfasst.

Die PHRR der Nanokompositzusammensetzungen, die entweder den natürlichen Sepiolith oder den modifizierten Montmorillonit mit dem quartären Ammoniumsalz in Kombination mit einem phosphorierten Flammschutzmittel APP (AP750) umfassen, wurden gemessen. Fig. 7 stellt die HRR-Kurven dar, die in den zwei Fällen gemessen wurden. Während die PHRR, die mit der Zusammensetzung erhalten wurde, die den modifizierten Montmorillonit mit dem quartären Ammoniumsalz umfasst, 400 kW/m2 (zu ungefähr 125 Sekunden) erreicht, übersteigt der für die Zusammensetzung, die den natürlichen Sepiolith umfasst, protokollierte PHRR 300 kW/m2 (zu ungefähr 350 Sekunden) nicht. Nicht nur ist die im Fall der Zusammensetzung, die den natürlichen Sepiolith umfasst, protokollierte PHRR niedriger, sondern tritt auch später auf.

Angesichts dieser Ergebnisse scheint es, dass die erfindungsgemäße Zusammensetzung gute Brandeigenschaften aufweist.

Erstaunlicherweise wurde außerdem demonstriert, dass die mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung erhaltenen Ergebnisse denen überlegen sind, die mit einer Nanokompositzusammensetzung erhalten wurden, die die modifizierten Montmorillonit-Nanopartikel mit dem quartären Ammoniumsalz umfasst. In der Tat stehen diese Ergebnisse im Gegensatz zu der üblichen Lehre des Standes der Technik, die die Brandeigenschaften von Nanokompositzusammensetzungen bevorzugt, die Montmorillonit-Nanopartikel oder modifizierte Montmorillonit-Nanopartikel mit dem quartären Ammoniumsalz umfassen. Während der Stand der Technik beschreibt, dass die Verwendung von Sepiolith in Nanokompositzusammensetzungen keine zufrieden stellenden Brandeigenschaften zeigt, hat die vorliegende Erfindung ermöglicht, eine Nanokompositzusammensetzung herzustellen, die gleichzeitig PP, PA-6, MAgPP und Sepiolith-Nanopartikel umfasst und die ermöglichen kann, bessere Ergebnisse im Vergleich zu ihrem Gegenstück, das modifizierte Montmorillonit-Nanopartikel mit dem quartären Ammoniumsalz umfasst, zu erzielen.

Claims (16)

1. Ansprüche

   1. Nanokompositzusammensetzung, die ein Gemisch umfasst, das mindestens ein Polypropylen, mindestens ein Polyamid, mindestens ein mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polypropylen und Sepiolith-Nanopartikel enthält.
2. 2. Nanokompositzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Sepiolith-Nanopartikel vom natürlichen Sepiolith-Typ sind.
3. 3. Nanokompositzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Polyamid ein Polyamid-6 (PA-6) ist.
4. 4. Nanokompositzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Polypropylenmenge zwischen ungefähr 40 und ungefähr 80 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
5. 5. Nanokompositzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Polyamidmenge zwischen ungefähr 5 und ungefähr 40 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
6. 6. Nanokompositzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Menge des mit Maleinsäureanhydrid gepfropften Polypropylens zwischen ungefähr 0,5 Gew.-% und ungefähr 15 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
7. 7. Nanokompositzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Menge der Sepiolith-Nanopartikel zwischen ungefähr 2 und ungefähr 15 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
8. 8. Nanokompositzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die eine Flammschutzverbindung umfasst.
9. 9. Nanokompositzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Flammschutzverbindung Ammoniumpolyphosphat ist.
10. 10. Nanokompositzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Flammschutzmittelmenge zwischen ungefähr 0,01 und ungefähr 20 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
11. 11. Nanokompositzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die mindestens ein Additiv umfasst, das aus den folgenden Additiven ausgewählt ist: Antioxidationsmittel, UV-Schutzmittel, Antistatika, Kristallisationskeim- bildner, Gleitmittel, Infrarotabsorptions- und/oder -reflexionsmittel, Farben, Verstärkungsfüllstoffe, Sauerstoffabbaumittel.
12. 12. Schaumstoff, der die Nanokompositzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst.
13. 13. Erzeugnis, das die Nanokompositzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst.
14. 14. Erzeugnis nach Anspruch 13, das aus Teppichbrücken, extrudierten oder gegossenen Teilen für den Verkehrsmittelbereich oder in Gebäuden oder Haushaltswaren oder Unterhaltungsartikeln ausgewählt ist.
15. 15. Verfahren zur Herstellung der Nanokompositzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, das die folgenden Schritte umfasst: - Herstellen eines Vorgemischs, das MAgPP und 30 % Sepiolith-Nanopartikel umfasst, - Mischen des im vorherigen Schritt erhaltenen Vorgemischs mit dem PP und dem PA.
16. 16. Verwendung der Nanokompositzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung eines Erzeugnisses.