DD222890A1 - Kurzfaserverstaerkte polyolefinformmassen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft kurzfaserverstaerkte Polyolefinformmassen auf der Basis von Polyethylen und/oder dessen Copolymeren bzw. von Polypropylen und Cellulosekurzfasern, die durch Extrudieren und Spritzgiessen zur Herstellung von platten- und rohrfoermigen Halbzeugen, Profilen oder Formteilen verarbeitet werden koennen. Zur Erhoehung des Eigenschaftsniveaus und Verbesserung des Gebrauchswertes werden der Mischung von Polyolefinformmassen mit Cellulosekurzfasern Peroxide zugesetzt.

Description

263/5752/111

Kurzfaserverstärkte Polyolefinformmassen

Anwendirafisgebiet der Erfindang

Die Erfindung betrifft kurzfaserverstärkte Polyolefinformmassen auf der Basis von Polyethylen und/oder dessen Oopolymeren bzw· von Polypropylen und Oellulosekurzfasem, die durch Extrudieren und Spritzgießen zur Herstellung von platten- und rohrförmigen Halbzeugen, Profilen und Formteilen verarbeitet werden können·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, anorganische und/oder organische Stoffe als Füll- bzw« Verstärkungskomponenten für thermoplastische Polymere einzusetzen· Als Füll- und Verstärkungsstoffe werden z. B. Kreide, Talkum, Ruß, Kalk, Kaolin, Glas- und Asbestfasern, Natur- und Synthesefasern, Holzmehl und -späne, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Schiefermehl, Glimmer u_e a· genannt» Als thermoplastische Polymermatrix dominiert neben Polyolefinen, insbesondere Polyethylen, vor allem Polyvinylchlorid, da bei dessen Verarbeitung in den meisten Fällen zur-Einarbeitung von Stabilisatoren u. a. Hilfsmitteln ein nochmaliger Mischprozeß notwendig ist, der vorteilhaft für das Einmischen weiterer Füll- und Verstärkungskomponenten genutzt werden kann* Die Herstellung von Formmassen aus Thermoplasten und anorganischen und/oder organischen Füll- und Verstärkungsstoffen erfolgt sowohl aus stoff wirtschaft-

lichen Überlegungen zur Einsparung von Polymermaterial ale auch zur Modifizierung bestimmter Gebrauchseigenschaften bzw« zur Erschließung neuer Anwendungsgebiete· _;

Bekannt ist, daß die mechanischen Eigenschaften von gefüllten öder verstärkten Polymerwerkstoffen nicht nur durch die Eigenschaften der verwendeten Ausgangskomponenten bestimmt werden, sondern auch wesentlich von den Verhältnissen im Phasengrenzibereich (Plaste und Kautschuk 22 (1975) S. 626 ff). Zur Verbesserung dieser Wechselwirkung zwischen der verwendeten PoIymerkomponente und der Füll- bzw· Verstärkungskomponente werden Haftvermittler angewendet, um verbesserte mechanische Eigenschaften zu erzielen. Bei den Haftvermittlern handelt es sich vorzugsweise um siliziumorganische Verbindungen mit jeweils auf die Polymerkomponente abgestimmter organofunktioneller Gruppe sowie auch um kationaktive Chromkomplexverbindungen oder Tenside u. a.. So ist beispielsweise im DD-WP 116 050 ein Verfahren zur Herstellung von compound!erten Kunststoffsystemen mit Pigmenten oder Füllstoffen beschrieben, wobei das Vermischen der Komponenten in Anwesenheit eines bis zu 110 ⁰C wärmebeständigen Tensides erfolgt. In DE-OS 2 402 976, DE-OS 2 444 420, DE-OS 2 539 195 und in DD-WP 116 051 wird ein pastenförmiger Konstruktionswerkstoff aus thermoplastischem Matrixmaterial und mindestens einem Füllstoff mineralischer und/oder organischer Art beschrieben, der als Haftvermittler Polyethylen- bzw· Polypropylenwachse enthält bzw. die Umhüllung der Füllstoffe mit Natriumsilikat beschreibt· Zur Verbesserung der Wechselwirkung an der Phasengrenzfläphe zwischen der Polymermatrix und der artfremden Einlagerungskomponente wird ein trinäres Haftvermittlersystem, bestehend aus Silanen, flüssigem Polysulfidpolymer und Epoxidweichmacher, zur Vorbehandlung der organischen Füll- bzw. Verstärkungskomponenten mit dem Ziel einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Verbundwerkstoffe angewendet (DD-WP 126 292). Gemäß der DE-OS 2 511 257 wird die Faser mit begrenzte» Mengen an plastischem Polymerisat in Gegenwart eines Gleitmittels behandelt. Gleitmittel und geringe Anteile an plastischem Material in Kombination üben gegenseitig

nützliche Wechselwirkungen aus, die die Eigenschaften der Verbundwerkstoffe, die mit derart behandelten Fasern hergestellt wurden, verbessern gegenüber Verbundwerkstoffen aus nur mit Gleitmitteln behandelten Fasern· Aus der US-PS 3 513 067 ist eine Methode zur Herstellung eines orientierten faserverstärkten Gegenstandes bekannt, wobei als Fasermaterialien Naturfasern, Synthesefasern, Glas-, Metall- und Asbestfasern mit der Länge 0,5 "bis 50 mm eingesetzt werden· In den Prozeß der Verbundbildung werden bis zu 15 Gew.-% Ruß einbezogen* Durch Anwendung der Haftvermittler wird in allen beschriebenen Formmassen und Verfahren eine Verbesserung des mechanischen Eigenschaftsniveaus im Vergleich mit Verbunden ohne Haftvermittler erzielt· Da die verwendeten Haftvermittler bzw. Haftvermittlersysteme relativ teuer sind, ist deren Anwendung aus ökonomischen Gründen zu überdenken.

Die DD-PS 97 432 beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung von Polyolefin/Mineralformmassen, vorzugsweise durch Kombination von Polyethylen hoher oder niederer Dichte, Polypropylen, Polystyrol oder Copolymeren aus Olefinen mit anderen polymerisierbaren Verbindungen, wie z. B. Ethylen-Vinylacetat, mit mineralischen pulverförmigen Füllstoffen, wie Kaolin, Ton, Bentonit und/oder Kreide und/oder gemahlenem Quarzsand, mit verbesserten Einfärbevermögen und/oder verbesserter thermo« oxydativer Stabilität, verbesserter Lichtstabilität und ver- _T besserten mechanischen Eigenschaften, gegebenenfalls mit Zusatz von Häftvermittlern, Hetzmitteln und Peroxiden. Der Zusatz von Peroxiden ergibt keine Erhöhung der mechanischen Eigenschaften.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, cellulosefaserverstärkte Polyolefinformmassen mit höherem Eigenschaftsniveau und damit verbessertem Gebrauchswert herzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung Technische Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Polyolefinformmassen zur Erzielung höherer mechanischer Eigenschaften geeignetere Zusatzstoffe zuzusetzen·

Merkmale der Erfindung;

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine kurzfaserverstärkte Polyolefinformmasse 5 bis 60 Masse-%j vorzugsweise 10 bia 40 Masse-% Cellulosekurzfasern, bezogen auf den Polyolefingehalt und 0,1 bis 30 Masse-%, vorzugsweise 0,1 bis 15 Masse-% Peroxide, bezogen auf den Cellulosekurzfasergehalt, enthält· Dieser Verbundwerkstoff weist überraschend gute mechanische Eigenschaften auf♦ Die Cellulosefaserstoffe können bis zu 75 Masse-%, vorzugsweise bis zu 30 bis 60 Masse-%, faserförmige und/oder flächige PVC-W-Bestandteile enthalten· Die Formmasse kann bis zu 60 Masse-% aus pulverförmigen und/oder globularen Celluloseprodukten und/oder Celluloseabprodukten, beispielsweise mikrokristalliner Cellulose oder gemahlenen Papierabfällen, bestehen. Neben Polyethylen und/oder dessen Copolymeren oder Polypropylen ist auch bis zu 10 Masse-% Ethylen-Vinylacetat-Copolymerisat einsetzbar·

Ausführungsbeispiele

Nachstehend soll die Erfindung an mehreren Beispielen näher erläutert werden· Für die Ausführungsbeispiele wurde ein Niederdruckpolyethylen mit einer Dichte von 0,950 g/cnr und einem Schmelzindex von 19,5 g/10 min (50 N, 190 ⁰C) verwendet, welches folgende mechanische Eigenschaften besitzt:

Zugfestigkeit: 23,0 MPa

'. Biegespannung: 17,4 MPa

Elastizitätsmodul aus

dem Biegeversuch: 0,87 GPa Schlagbiegefestigkeit: 100 KJ/m² Kerbschlagbiegefestigkeit: 7,2 KJ/m²

Die Polyolefinformmassen werden wie folgt* hergestellt $ In einem Schnellmischer werden bei Raumtemperatur die Cellulosefasern mit 750 bis 1500 U/min aufgelockert« Den aufgelockerten Pasern wird das Peroxid und danach das pulverförmige Hiederdruckpolyethylen zugesetzt und mit den Pasern nochmals bei 1500 bis 3000 U/min intensiv vermischt· Die so erzeugte pulverförmige Vormischung wird einem Doppelschneckenextruder zugeführt, bei 473 K homogenisiert und granuliert und zu Prüfkörpern verspritzt·

VerRleichsbeispiel

Kurzfaseryerstärkte Polyolefinformmasse, bestehend aus 90 Masse-Teilen Mederdruckpolyethylen und 10 Masse-Teilen Cellulosekurzfasern der Dichte 1,50 g/cm*

Mechanische Eigenschaften: Zugfestigkeit: 28,0 MPa

Biegespannung: 22,8 MPa

Elastizitätsmodul aus dem Biegeversuch: 1,1 GPa Schlagbiegefestigkeit: 56,0 KJ/m² Kerbschlagbiegefestigkeit: 10,0 KJ/m²

Beispiel 1

Kurzfaserverstärkte Polyolefinformmasse, bestehend aus 89 Masse-Teilen Wiederdruckpolyethylen, 10 Masse-Teilen Cellulosekurzfasern der Dichte 1,50 g/cnr und 1 Masse-Teil tertiäres Butylperbenzoat.

Mechanische Eigenschaften: Zugfestigkeit: 42,9 MPa

Biegespannung: 24,0 MPa Elastizitätsmodul aus dem Biegeversuch: 1,07 GPa Schlagbiegefest^gkeit: 75,0 KJ/m² , Kerbschlagbiegefestigkeit: 14,1 KJ/m²

Beispiel 2

Kursfaserverstärkte Polyolefinfonamasse, bestehend aus 88,5 Masse-Teilen Uiederdruckpolyethylen_s 10 Masse-Teilen Cellü-

' 3

losekurafasern der Dichte 1,50 g/cnr und 1,5 Masse-Teilen Peroxid Typ "Perkadox 14/40"* Mechanische Eigenschaften; Zugfestigkeit:

Biegespannung: Elastizitätsmodul aus dem Biegeversuchs Schlagbiegefestigkeit: KerbBchlagbiegefestig-" ^; .' . ' ' ' keits

46	,1	MPa
28	,7	MPa
1	.4.	GPa
66	S9

13,4. KJ/m^c

Beispiel. 3

Kurzfaserverstärkte Polyolefinformmassej bestehend aus 88,5 Masse-Teilen Hiederdruckpolyethylen₉ 10 Masse-Teilen Gellulosekurzfasern aus Industrieabfällen und 1,5 Masse-Teilen Peroxid Typ "Perkadox 14/40"'«, Mechanische Eigenschaften? Zugfestigkeit?

Biegespannung; Elastizitätsmodul aus dem Biegeversuchs Schlagbiegefestigkeit: Kerbschlagbiegefestig« ' ' ^v. ' ' - keiti '

43.2 MPa

27.3 MPa

1,53 GPa _r 63,1 KJ/m²

9,6 KJ/m'

Beispiel 4 IHll IHIlIlIH Il ΙΝΙΙΙΓΪΙΙΙ H' ! ! llllld III I ill III

Kurzfaserverstärkte Polyolefinformmasse, bestehend aus 78₉5 Maese-Teilen Miederdruckpolyethylen, 20 Masse«Teilen CeXIulosekursifasern (Bw-Fasern)' aus Industrieabfällen und 1,5 _ Masse-Teilen Peroxid Typ "Perkadox 14/40"_e

Mechanische Eigenschaften; Zugfestigkeit? 53,5 MPa

Biegespannung: 38,7 MPa

Elastizitätsmodul aus

'../ dem Biegeversuch: 2,2 GPa Schlagbiegefestigkeits 33,2 KJ/m' Kerbschlagbiegefestigkeit: 8,6 KJ/m'

Die Polyolefinformmasse enthält Polyethylen und/oder dessen Copolymere oder Polypropylen und Celluloaekurzfasera. Die verwendete Polymerkomponente kann auch ein Regenerat sein sowie pulver- oder granulatförmig vorliegen· Es können auch bis zu 10 Masse-% Ethylen-Vinylacetat-Copolymerisat verwendet werden. Die Cellulosekurzfasern können natürliche Cellulosefasern und/oder Gellulose-Regeneratfasern und/oder Mischungen, auch Industrieabfälle, wobei es vorteilhaft ist, die Cellulosekurzfasern vor oder während der Herstellung der Formmasse durch Mischen mit organischen Peroxiden zu behandeln· Die Cellulosekurzfasern können faserföxrmige und/oder flächige PVC-W-Bestandteile enthalten sowie bis zu 60 Masse-% pulverförmige und/oder globulare Celluloseprodukte' -und/oder Celluloseabprodukte, beispielsweise mikrokristalline Cellulose oder gemahlene Papierabfälle enthalten.

Claims (4)

Pat ent ans pruch

1. Kurzfaeerverstärkte Polyolefinformmasse auf der Basis von Polyethylen und/oder dessen Gopolymeren oder Polypropylen und*Cellulosekurzfasern, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyolefinformmasse aus 5 bis 60 Masse-%, vorzugsweise 10 bis 40 Massel Cellulosekurzfasem, bezogen auf den Polyolefingehalt, und 0,1 bis 30 Masse-%, vorzugsweise 0,1 bis 1,5 Masse«% Peroxide, bezogen auf den Cellulosekurzfasergehalt, besteht·

2. kurzfaserverstärkte Polyolefinformmasse nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Cellulosekurzfasem bis zu 75 .lttasse-%, vorzugsweise bis zu 30 bis 60 Masse-% faserförmige und/oder flächige PVC-YZ-Bestandteile, ent-

3« Kurzfaserverstärkte Polyolefinformmasse nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Formmasse bis zu 10 Masse-% Ethylen-Vinylacetat-Copolymerisat, bezogen auf den PoIyolefingehalt, enthält·

4» Kurzfaserverstärkte Polyolefinformmasse nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Formmasse bis zu 60 Masse-% pulverförmige und/oder globulare Cellulose'-produkte und/oder Celluloseabprodukte, beispielsweise mikrokristalline Cellulose oder gemahlene Papierabfälle, enthält»