CZ2013758A3

CZ2013758A3 - Termoplastický materiál a způsob jeho přípravy

Info

Publication number: CZ2013758A3
Application number: CZ2013-758A
Authority: CZ
Inventors: Josef Jančář; Radka Bálková; Petr Poláček; František Kučera
Original assignee: Vysoké Učení Technické V Brně
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2015-04-29

Abstract

Řešení poskytuje termoplastický materiál, který obsahuje skelný termoplast a v něm rovnoměrně dispergované nanočástice o velikosti 1 až 50 nm, s výhodou 1 až 20 nm, v kombinaci s agregáty, aglomeráty či klastry těchto nanočástic, nebo kombinace nanočástic o rozdílných velikostech v rámci uvedeného rozmezí, v množství 0,1 až 15 obj. %, vztaženo na hmotnost skelného termoplastu. Dále řešení poskytuje způsob přípravy tohoto termoplastu a autodíly jej obsahující.

Description

Termoplastický materiál a způsob jeho přípravy

Oblast techniky

Předkládaný vynález se týká termoplastického materiálu, zejména vhodného pro exteriérové a interiérové díly automobilů, se zvýšenou odolností proti poškrábání. Rovněž se týká způsobu přípravy takového materiálu.

Dosavadní stav techniky

Dosavadní plastové materiály používané v automobilovém průmyslu pro samonosné exteriérové a interiérové díly automobilů vyšší střední třídy zahrnují především polymethylmetakrylát (PMMA) a polykarbonát (PC) v černé barvě s požadavkem vysokého lesku. Během mytí automobilu, případně při kontaktu s nehty, klíči a dalšími tvrdými předměty dochází ke vzniku vrypů a škrábanců, které snižují lesk těchto dílů a tím i vzhled automobilu či jeho interéru. Dlouhodobá odolnost plastových dílů proti poškrábání je vyžadována výrobci těchto automobilů při zachování hmotnosti dílů a jejich estetického vzhledu i technologie zpracování.

Byly dosud připraveny polymerní nanokompozity, které zlepšují některé mechanické vlastnosti plastů, obvykle však za cenu snížení jiné vlastnosti. Například i škrábatelnost nebo otěruodolnost mají mnoho aspektů, přičemž většina testů nezachytí všechny. Mechanismus vzniku škrábanců a vrypů v plastu je komplexní a na vlastnostech plastů závisí odolnost vůči vzniku škrábanců či otěrů, a viditelnost případných poškození.

Podstata vynálezu

Předmětem předkládaného vynálezu je termoplastický materiál, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje skelný termoplast a v něm rovnoměrně dispergované nanočástice o velikosti 1 až 50 nm, s výhodou 1 až 20 nm, v kombinaci s agregáty, aglomeráty či klastry těchto nanočástic, nebo kombinace nanočástic o rozdílných velikostech v rámci uvedeného rozmezí, v množství 0,1 až 15 obj. %, vztaženo na hmotnost skelného termoplastu.

• · ··· «··· · · · ··· · · · · ·· ·· ··· · «· · · ·· • · · · ·· · · ·<

• · ·· ·· · · ·····

Ve výhodném provedení vynálezu je skelný termoplast vybrán ze skupiny zahrnující polymethylmetakrylát (PMMA) a polykarbonát (PC).

S výhodou jsou nanočástice vybrány z pyrolytické siliky, koloidní siliky, POSS částic (polyhedrální silsesquioxan), laponitu, montmorrilonitu aluminy, whiskerů z AI2O3, celulózových whiskerů a nanokrystalů, částic ZrO2, grafenu, C60, uhlíkových nanotrubiček či kombinace výše uvedených částic. Je výhodné, jsou-li nanočástice povrchově modifikované oligomerem, který je kompatibilní s polymemí matricí, tj. se skelným termoplastem, v němž jsou nanočástice dispergovány. Kompatibilitou oligomeru je zde míněna fyzikálně-chemická podobnost oligomeru s polymemí matricí, například se může jednat o oligomer zmonomemích jednotek stejných jako jsou monomery polymemí matrice, nebo z funkcionalizovaných monomerů polymemí matrice.

Ve výhodném provedení jsou rozdílné velikosti nanočástic takové, že jedna skupina nanočástic má velikost alespoň 2x větší, s výhodou alespoň 5x větší, než druhá skupina nanočástic. Obě skupiny mohou být ze stejného materiálu nebo z rozdílného materiálu.

Dále je předmětem předkládaného vynálezu způsob přípravy termoplastického materiálu, jehož podstata spočívá v tom, že se smísí monomery skelného termoplastu s nanočásticemi a podrobí se míchání po dobu alespoň 1 hodiny a následně působení ultrazvuku po dobu alespoň 0,5 hodiny.

Byl nalezen způsob, jak v PMMA, PC a dalších skelných termoplastech dispergovat rovnoměrně nanočástice o velikosti 2 až 50 nm, jak dosáhnout řízení přitažlivých interakcí mezi povrchem nanočástic a polymemími řetězci tak, aby bylo možno dosáhnout zvýšení povrchové tvrdosti, snížení frikčního koeficientu, zvýšení tuhosti a meze kluzu bez významného snížení tažnosti. Tato kombinace vlastností řídí vznik a viditelnost vrypů. Podařilo se tedy dosáhnout zároveň zlepšení odolnosti a snížení viditelnosti případných poškození.

Pro přípravu autodílů z nanokompozitních materiálů podle vynálezu je možno modifikovat PMMA a PC nanočásticemi v průběhu výroby nebo je možno na plastové autodíly laminovat • · • · nebo injektovat vrstvu PMMA nebo PC modifikovaného nanočásticemi. Druhá možnost poskytuje možnosti barevné či designové úpravy.

Příklad provedení vynálezu

Polymemí nanokompozit na bázi PMMA (Plexiglas Formmase Transparent 8N) nebo PC (Makrolon) s objemovým podílem nanočástic siliky (silika bez povrchové úpravy Sigma'y

Aldrich - měrný povrch 390 m /g, velikost částic 7 nm; silika s povrchovou úpravou Cab-OSil TS-530 - měrný povrch 220 m²/g) 2, 4, 8 a 12 objemových % byl připraven podle následujícího postupu:

1) Granulát termoplastu byl vysušen při teplotě 90 °C.

2) Vysušený granulát byl rozpuštěn v různých organických rozpouštědlech (aceton, toluen, směs aceton/toluen 1:1, dichlormetan, metyletylketon).

3) Nanočástice byly vakuově sušeny při teplotě 120 °C po dobu 24 hodin.

4) Vysušené nanočástice byly rozdispergovány pomocí ultrazvuku a míchání ve stejném rozpouštědle při laboratorní teplotě po dobu 1 hodiny.

5) Směs nanočástic v rozpouštědle byla přidána k rozpuštěnému granulátu a míchána po dobu 3 hodin.

6) Organické rozpouštědlo bylo odpařeno postupným sušením a drcením vysušeného termoplastického nanokompozitu (sušení při 140 °C po dobu 2 hodin, drcení, sušení při 145 °C po dobu 3 hodin, drcení, vakuové sušení při 150 °C po dobu 3 hodin).

7) Vysušený termoplastický nanokompozit byl lisován při teplotě 200 °C do podoby desek o tloušťce 0,5 mm.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Termoplastický materiál, vyznačený tím, že obsahuje skelný termoplast a vněm rovnoměrně dispergované nanočástice o velikosti 1 až 50 nm, s výhodou 1 až 20 nm, v kombinaci s agregáty, aglomeráty či klastry těchto nanočástic, nebo kombinace nanočástic o rozdílných velikostech v rámci uvedeného rozmezí, v množství 0,1 až 15 obj. %, vztaženo na hmotnost skelného termoplastu.
2. Termoplastický materiál podle nároku 1, vyznačený tím, že skelný termoplast vybrán ze skupiny zahrnující polymethylmetakrylát a polykarbonát.
3. Termoplastický materiál podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že nanočástice jsou vybrány z pyrolytické siliky, koloidní siliky, POSS částic (polyhedrální silsesquioxan), laponitu, montmorrilonitu aluminy, whiskerů z AI2O3, celulózových whiskerů a nanokrystalů, částic ZrC>2, grafenu, C60, uhlíkových nanotrubiček či kombinace výše uvedených částic, s výhodou jsou nanočástice povrchově modifikované oligomerem kompatibilním s polymemí matricí.
4. Způsob přípravy termoplastického materiálu podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačený tím, že se smísí monomery skelného termoplastu s nanočásticemi a podrobí se míchání po dobu alespoň 1 hodiny a následně působení ultrazvuku po dobu alespoň 0,5 hodiny.
5. Autodíly, vyznačené tím, že jsou vyrobeny z termoplastického materiálu podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3 nebo obsahují alespoň jednu povrchovou vrstvu termoplastického materiálu podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3.