DD247459A1

DD247459A1 - Verfahren zur behandlung von fuellstoffen fuer die polymermodifizierung

Info

Publication number: DD247459A1
Application number: DD28853586A
Authority: DD
Inventors: Ulrich Wendt
Original assignee: Univ Magdeburg Tech
Priority date: 1986-03-31
Filing date: 1986-03-31
Publication date: 1987-07-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Fuellstoffen fuer die Polymermodifizierung, beispielsweise von partikel- oder faserfoermigen Fuellstoffen aus kuenstlichen und natuerlichen Stoffen, wobei die Fuellstoffoberflaeche zur Verbesserung der Hafteigenschaften zwischen Fuellstoff und Polymermatrix mit einer Loesung behandelt wird. Ziel ist es, eine hohe Qualitaet des gefuellten Polymers bei verringertem verfahrenstechnischem Aufwand sowie ohne Einschraenkung des Anwendungsbereiches des Verfahrens zu erreichen. Hierbei soll die Behandlung des Fuellstoffes auf einfache Weise und moeglichst in nur einem Verfahrensschritt erfolgen. Ausserdem soll die Auswahl der Fuellstoffe keiner Einschraenkung unterliegen. Erfindungsgemaess wird der fuer das Polymer vorgesehene Fuellstoff mit einer Loesung getraenkt, die ein aus dem gleichen Monomer wie das zu fuellende Polymer aufgebautes Polymer mit hoeherem Schmelzbereich, beispielsweise ein Polymer mit hoeherer Dichte enthaelt. Bei Polyethylen kann als Polymermatrix Polyethylen niederer Dichte und als Behandlungsloesung fuer den Fuellstoff Polyethylen hoeherer Dichte verwendet werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Füllstoffen für die Polymermodifizierung, beispielsweise von partikeloderfaserförmigen Füllstoffen aus künstlichen und natürlichen Stoffen, wobei die Füllstoffoberfläche zur Verbesserung der Hafteigenschaften zwischen Füllstoff und Polymermatrix mit einer Lösung behandelt wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Verbesserung von mechanischen Eigenschaften sowie zur Materialkostensenkung werden thermoplastischen Polymerwerkstoffen feinverteilte anorganische Füllstoffe mit partikelartiger oder faserförmiger äußerer Form zugesetzt. Als Füllstoffe werden künstliche oder natürliche mineralische Stoffe aber auch aus amorphem Material bestehende Stoffe, z. B. Glas, verwendet.

Für den Wirkmechanismus der Verbesserung von mechanischen Eigenschaften wie beispielsweise Zähigkeit und Zugfestigkeit ist die Haftung des Füllstoffes mit den Polymeren von ausschlaggebender Bedeutung. Wegen der unterschiedlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften von Füllstoff und Polymer ist die Wechselwirkung zwischen beiden Materialien und damit die Haftung nur sehr gering. Es wurden deshalb Verfahren entwickelt, bei denen die Füllstoffoberflächeso modifiziert wurde, so daß sich zwischen Füllstoff und Polymerem eine besondere Grenzschicht mit verbesserter Haftung zur Polymermatrix ausbildete.

So wird gemäß einer solchen Lösung (US-PS 4238316) Aluminiumhydroxid mit flüssigen.Fettsäuren behandelt, wobei eine chemische Reaktion an der Oberfläche des Füllstoffes stattfindet. Die so gebundene Fettsäure erzeugt eine ausgezeichnete Haftung gegenüber Polyethylen.

Bei einem anderen Verfahren (DE-OS 2823156) werden basische Füllstoffe mit gelösten säuregruppenhaltigen Polymeren, die geringes Molekulargewicht aufweisen, behandelt. Hierbei findet eine Reaktion an der Füllstoffoberfläche statt und das säuregruppenhaltige Polymer wird an den Füllstoff gebunden, wodurch eine intensivere Kupplung des Füllstoffes mit der Polymermatrix erreicht wird.

Beide Verfahren haben den Nachteil, daß die zur Behandlung des Füllstoffes eingesetzten Substanzen in einem separaten Verfahrensschritt speziell hergestellt werden müssen. Die gewünschte Haftyerbesserung kann außerdem nur dann erzielt werden, wenn der Füllstoff gegenüber diesen Behandlungsmittein reaktive chemische Gruppen aufweist, das 'Behandlungsmittel also chemisch an den Füllstoff gebunden wird. Daraus ergibt sich eine deutliche Einschränkung des Anwendungsbereiches auf solche Füllstoffe, die derartige mit den Säuregruppen reagierenden chemischen Gruppen an ihrer Oberfläche tragen.

Um diesen Nachteil zu umgehen, wurde in der US-PS 4 252 713 vorgeschlagen, den Füllstoff mit einem Monomeren zu behandeln und das Monomer auf dem Füllstoff zu polymerisieren, wodurch eine Füllstoffoberfläche mit guter Haftung zur Polymermatrix erhalten wird.

Dieses Verfahren ist nur mit solchen Monomeren erfolgversprechend, die im polymerisierten Zustand mit der Polymermatrix eine gute Haftung aufweisen.

Das setzt voraus, daß die zwischen der durch Polymerisation des Monomeren erhaltene Polymerschicht und der Matrix auftretenden Haftkräfte ähnlich gut sind wie die Haftkräfte zwischen Füllstoff und Polymerfilm. Außerdem darf dieses Polymere nicht oder nur gering mit dem Matrixpolymer im schmelzflüssigen Zustand mischbar sein, um ein Auflösen des Films in der Polymermatrix und damit die Ablösung vom Füllstoff zu verhindern. Diese Bedingungen sind nur bei einer eingeschränkten Zahl von Polymerpaarungen erfüllt. Daraus ergibt sich eine Begrenzung des Anwendungsbereiches bzw. in den Fällen, in denen auf eine derartige Auswahl der Paarung nicht geachtet wird, eine Minderung der erreichbaren Haftung zwischen Füllstoff und Polymermatrix.

Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß zur Behandlung mit dem Monomer und der anschließenden Polymerisation aufwendige verfahrenstechnische Prozeduren notwendig sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Behandlung von Füllstoffen für die Polymermodifizierung, mit dem die gute Qualität des gefüllten Polymers, wie sie in den Lösungen der US-PS 4238316 sowie DE-OS 2823156 beispielsweise erreicht wird, mit verringertem Aufwand erreicht wird und das darüber hinaus einen breiten Anwendungsbereich besitzt.

-2- 247 459 Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren der Behandlung von Füllstoffen derart zu verändern, daß unter Beibehaltung der guten Hafteigenschaften der Grenzschicht zwischen Polymer und Füllstoff diese Grenzschicht verfahrenstechnisch einfacher hergestellt und auf den Füllstoff aufgebracht werden kann. Außerdem soll keine Einschränkung hinsichtlich der verwendbaren Füllstoffe bestehen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß derfür das Polymere vorgesehene Füllstoff mit einer Lösung getränkt wird, die ein aus dem gleichen Monomer wie das zu füllende Polymer aufgebautes Polymer mit höherem Schmelzbereich, beispielsweise ein Polymer mit höherer Dichte, enthält.

Besonders vorteilhaft ist dieses Verfahren bei jenen aus dem gleichen Monomer aufgebauten Polymeren, bei denen durch ' unterschiedliche Verfahrensführungen zwei verschiedene Sorten des Polymers entstehen, beispielsweise bei Polyethylen, bei dem großtechnisch sowohl Polyethylen höherer Dichte als auch Polyethylen niederer Dichte hergestellt werden. Als Lösungsmittel für das Polyethylen mit der höheren Dichte kann beispielsweise Xylen verwendet werden. Das gelöste Polymer wird durch Verdampfung des Lösungsmittels oder durch Ausfällen mit einem mit dem Lösungsmittel mischbaren aber für das Polymere nicht als Lösungsmittel wirkenden Fällungsmittel auf dem Füllstoff niedergeschlagen. Dabei bedeckt das Polymere den Füllstoff als Film vollständig und dringt gleichzeitig in eventuell vorhandene Oberflächenvertiefungen und Poren ein. Zur Verbesserung des Kontakts zwischen Füllstoff und Polymerlösung kann das Lösungsmittel eines der bekannten Netzmittel enthalten.

Der so behandelte, mit einem Polymerfilm bedeckte Füllstoff wird dann mit einem der bekannten Verfahren mit dem Polymer des niedrigeren .Schmelzbereichs gemischt und die so entstandene Komposition geschmolzen und aus dem schmelzflüssigen Zustand verarbeitet. Dabei wird beim Abkühlen der Schmelze das am Füllstoff haftende Polymer mit der höheren Dichte wegen seines höheren Kristallitschmelzpunktes zuerst kristallisieren und bei der weiteren Abkühlung als flächiger Keimbildner für das Polymere mit dem niedrigeren Schmelzbereich wirken und ein als Transkristallisation bekanntes gerichtetes Kristallwachstum in diesem auslösen.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß gegenüber den bekannten Verfahren zur Füllstoffbehandlung keine Einschränkung hinsichtlich der zu modifizierenden Füllstoffe besteht, insbesondere keine reaktiven organischen Gruppen vorhanden sein müssen.

Ein anderer wesentlicher Vorteil der Lösung ist, daß sich durch die Auslösung derTranskristallisation eine Grenzschichtzwischen Polymermatrix und Füllstoff ausbildet, die besonders gute Hafteigenschaften besitzt, wodurch die mechanischen Eigenschaften des gefüllten Polymers verbessert werden

Außerdem ist keine Spezialherstellung des Mittels für den Füllstoff erforderlich.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend soll die Erfindung an zwei Beispielen näher erläutert werden.

In einem ersten Beispiel wird zur Behandlung des Füllstoffes Polyethylen hoher Dichte, d. h. bei niedrigem Reaktionsdruck unter Verwendung von metallorganischen Katalysatoren hergestelltes Polyethylen, in o-Xylen zu 0,5% bei 9O⁰C gelöst. Diese Lösung wird mit gemahlener Kreide beliebiger Korngröße versehen, so daß eine vollständige Benetzung der Kreidepartikel durch die Polyethylenlösung stattfindet. Überschüssige Lösung wird abgetrennt und die nocfi mit einem Lösungsfilm behaftete Kreide auf 2O⁰C abgekühlt. Dabei fällt das Polyethylen aus der Lösung aus und schlägt sich auf der Kreide nieder. Durch Vakuumbehandlung wird das Lösungsmittel restlos entfernt. Die so präparierte Kreide wird mit Polyethylen niederer Dichte, d. h. mit einem bei hohem Reaktionsdruck hergestellten weniger linearem Polyethylen, gemischt und homogenisiert. Dieses gefüllte Polyethylen niederer Dichte wird auf herkömmlichen Maschinen zu Spritzgußgegenständen verarbeitet.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird Polyethylen hoher Dichte zu 1 % in Xylen bei 100⁰C gelöst. Mit dieser Lösung wird Glasmehl übergössen und nach Abtrennung der überschüssigen Lösung das lösungsbehaftete heiße Glasmehl in einen Wirbelschichttrockner überführt, in dem mittels Luft das Lösungsmittel entfernt wird. Dadurch werden Glasmehlpartikel erhalten, die von einem dünnen Film aus Polyethylen hoher Dichte umschlossen sind. Dieses behandelte Glasmehl wird wie im ersten Ausführungsbeispiel als Füllstoff mit Polyethylen niederer Dichte gemischt und über den Schmelzzustand verarbeitet.

Claims

Patentansprüche:

-ι

1. Verfahren zur Behandlung von Füllstoffen für die Polymermbdifizierung, beispielsweise von partikel- oderfaserförmigen Füllstoffen aus künstlichen und natürlichen Stoffen, wobei die Füllstoffoberfläche zur Verbesserung der Hafteigenschaften zwischen Füllstoff und Polymermatrix mit einer Lösung behandelt wird, gekennzeichnet dadurch, daß die Lösung ein aus dem gleichen Monomer wie das zu füllende Polymer aufgebautes Polymer mit höherem Schmelzbereich, beispielsweise ein Polymer mit höherer Dichte, enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Lösungsmittel Xylen verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß dem Lösungsmittel ein Netzmittel zugesetzt wird.