DD301057A7

DD301057A7 - Thermoplastisch verarbeitbares polyurethan mit erhoehter waermeformbestaendigkeit

Info

Publication number: DD301057A7
Application number: DD32015988A
Authority: DD
Inventors: Guenther Trentsch; Eva Baum; Ruediger Krech; Siegbert Loeschau; Gottfried Haudel; Manfred Raetzsch; Ulrich Schulze
Original assignee: Basf Schwarzheide Gmbh; Inst Technologie Der Polymere
Priority date: 1988-09-27
Filing date: 1988-09-27
Publication date: 1992-10-01

Abstract

Die Erfindung betrifft thermoplastisch verarbeitbares Polyurethan mit erhöhter Wärmeformbeständigkeit, das dort Anwendung findet, wo eine erhöhte thermische Belastung gefordert wird, beispielsweise für Faltenbälge, Profile, Schläuche, Kabelummantelungen, für die Automobilindustrie, den Maschinen- und Gerätebau und für Beschichtungen textiler Gewebe. Erfindungsgemäß entsteht das thermoplastisch verarbeitbare Polyurethan durch Schmelzemischung aus 60 bis 99,7 Masseanteile in % eines thermoplastischen Polyester- und/oder Polyetherurethans und 0,3 bis 40 Masseanteile in % eines Copolymerisats, das aus mindestens 20 Masseanteile in %, bezogen auf das Copolymerisat, Methacrylsäurealkylester und/oder Acrylsäurealkylester und/oder Acrylsäure besteht.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf thermoplastisch verarbeitbare Polyurethanelastomere, die dort Anwendung finden, wo eine erhöhte thermische Belastung gefordert wird, beispielsweise für Faltenbälge, Profile, Schläuche, Kabelummantelungen sowie für die Automobilindustrie, den Maschinen- und Gerätebau und für Beschichtungen ν on textlien Geweben.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Thermoplastisch verarbeitbare Polyurethanelastomere werden von verschiedenen Firmen in großer Menge und in einer breiten Typenpalette hergestellt. Bedingt durch den molekularen und strukturellen Aufhau, sind ihrer Wärmeformbeständigkeit Grenzen gesetzt.

Es wurde mehrfach versucht, diese Grenzen durch die Auswahl geeigneter Ausgangsprodukte für die Synthese des Polyurethans zu erweitern. So ist z. B. in dem Patent DE-AS 1301121 eine solche Lösung beschrieben, die auch tatsächlich eine deutliche Verbesserung bringt, nachweisbar durch eine erhöhte Vicat-Temperatur. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß das verwendete Kettenverlängerungsmittel Phenylen-di(ß-oxiethylether) oberhalb 104"C schmilzt und dadurch eine erhöhte Temperatur der Hydroxylkomponente eingestellt werden muß. Dadurch wird aber die Reaktionszeit für die Polyurethanbildung drastisch verkürzt und demzufolge kann keine auszeichende Homogenität des Elastomers erzielt werden, Polymethylmethacrylat (PMMA) in Kombination mit thermoplastischem Polyurethan ist ebenfalls bekannt. In dem Patent DE-OS 2854386 wird es als eine Komponente beschrieben, mit welcher nach einem besonderen Verfahren ein Polyurethan mit hoher Haftfestigkeit und Kältefestigkeit herstellbar ist. Eine erhöhte Wärmeformbeständigkeit resultiert aus dem beschriebenen Verfahren jedoch nicht.

In der Literatur wurde dargestellt (H.W. Bonk, Antec 1985), daß mit der Kombination von thermoplastischem Polyurethan mit Acrylcopolymeren und PMMA keine Vorteile nachweisbar sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung sind thermoplastisch verarbeitbare Polyurethanelastomere, die sich durch eine erhöhte Wärmeformbeständigkeit bei gleichzeitig hohem Niveau der mechanischen Eigenschaften auszeichnen, eine gute Homogenität besitzen, beliebig gedeckt bzw. transluzent einfärbbar und nach allen dem gegenwärtigen Höchststand entsprechenden Verfahren verarbeitbar sind.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein thermoplastisches Polyurethan zu entwickeln das sich gegenüber dem Ausgangspolyurethan durch eine verbesserte Verarbeitbarfteit zu Formteilen und Halbzeugen mit erhöhter Wärmeformbeständigkeit nach dem Spritzguß- und Extrusionsverfahren auszeichnet.

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, daß das thermoplastisch verarbeitbare Polyurethan aus 60 bis 99,7, bevorzugt 80 bis 99" Masseanteilen in % eines thermoplastischen Polyester- und/oder Polyetherurethans und 0,3 bis 40, bevorzugt 1 bis 20 Masseanteilen in % eines Copolymerisates, welches aus mindestens 20 Masseanteilen in %, bezogen auf das

Copolymerisat, Methacrylsäurealkylester und/oder Acrylsäurealkylester und/oder Acrylsäure und/odor Styron und/oder a-Methylstyren besteht und durch Schmelzemischung entsteht. Für das erfindungsgemäße Polyurothan-CopolymercompouncJ werden für die Herstellung der Polyurethankomponente langkettige Hydroxyverbindungen wie Polyester und/oder Polyether mit einer mittleren molaren Masse von 500 bis 3000, kurzkettige aliphatische und/oder aromatische Diole mit einer molaren Masse von weniger als 600, aromatische und/oder aliphatische Diisocyanate, Stabilisatoren und Zusatzstoffe verwendet. Es wurde nun überraschungsweise gefunden, daß die erfindungsgemäßen thermoplastisch verarbeitbaren Polyurethane aus thermoplastischem Polyurethan und Copolymerisaten aus Methylmethacrylat und anderen Alkylacrylaten eine erhöhte V /ärmoiormbeständigkeit aufweisen, die deutlich über der der reinen Ausgangskomponenten liegt. Vorteilhaft ist, daß die Vicat-Temperatur um 10 bis 30°C erhöht werden kann. Dabei wird gegenüber dem reinen Polyurethan eine verbesserte Verarbeitbarkeit bei der Extrusion und dem Spritzguß erreicht, was in einem um 10% erhöhten Durchsatz und einer um 10% verringerten Zykluszeit gegenüber bekannter Verfahrensweise zum Ausdruck kommt.

Wesentlich für die Herausbildung des Eigenschaftsbildes der erhöhten Wärmeformbeständigkeit bei gleichzeitigem hohen Niveau der mechanischen Eigenschaften ist die homogene und feindisperse Verteilung der Copolymerisate aus Methylmethacrylat und anderen Alkylacrylaten mit mittleren Partikelgrößen von 0,05 bis 5μηι in dem erfindungsgemäßen thermoplastisch verarbeitbaren Polyurethan.

Dieses Polyurethan läßt sich in allen beliebigen Farben während des Compoundierprozesses einfärben, und zwar sowohl in gedeckten Farben als auch transluzent.

Die erfindungsgemäßen thermoplastisch verarbeitbaren Polyurethanelastomeren, die aus thermoplastischem Polyurethan, Copolymerisaten aus Methylmethacrylat und anderen Alkylacrylaten bestehen, werden bevorzugt für solche Formteile und Halbzeuge eingesetzt, wo eine erhöhte Wärmeformbeständigkeit gefordert wird, z. B. für Faltenbälge, Profile, Schläuche und Kabelummantelungen für die Automobilindustrie, Lagerbuchsen und Dämpfungselemente für den Maschinenbau sowie für Beschichtungen von textlien Geweben.

Anwendungsbeispiele Beispiel 1

99 Masseanteile in % eines thermoplastisch verarbeitbaren Polyurethanelastomers mit einer Härte von Shore D = 60 auf Basis eines langkettigen Polybutylenethylenadipats mit einer mittleren molaren Masse von 2000,1,4 Butandiol, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, Paraffinöl und 2,2',6,6'-Diisopropyldiphenylcarbodiimid als Stabilisator wurden mit 1 Masseanteil in % eines Copolymerisats aus 94 Teilen Methacrylsäuremethylester und 6 Teilen Arylsäureethylester mit einer mittleren molaren Masse von 100000 in einem Zweischneckenextruder ZSK30 in der Weise compoundiert, daß eine feindisperse Verteilung des Copolymerisates im Polyurethan erreicht, aber gleichzeitig eine thermische Schädigung des Polyurethans vermieden wurde. In dem Compound konnte durch elektronenmikroskopische Aufnahmen eine mittlere Partikelgröße des Copolymerisates von 0,1 bis 1,5μηΊ festgestellt werden.

Das obenbeschriebone Compoundgranulat wurde auf einer Spritzgießmaschine, ausgerüstet mit einer Polyurethanschnecke, zu verschiedenartigen Prüfkörpern verspritzt, an denen die in Tabelle 1 dargestellten Kennwerte ermittelt worden sind. Wesentlichstes Ergebnis war hierbei eine Vicat-Temperatur von 157°C.

Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel)

Das für die im Beispiel 1 beschriebene Compoundherstellung verwendete Polyurethan wurde direkt zu Prüfkörpern verspritzt und daran die in Tabelle I dargestellten Kennwerte ermittelt. Die gemessene Vicat-Temperatur von 126°C ist typisch für das verwendete thermoplastisch⁰ °">lyurethan.

Tabelle 1	Masseanteil in %	100	99	_
Polyurethan	Masseanteil in %	-	1	100
Copolymerisat	(MPA)	51,8	46,2	72,0
Zugfestigkeit	(%)	348	440	8
Reißdehnung	(GPa)	0,095	0,14	2,95
Biegemodul	(N/cm)	1219	1106	-
Weiterreißwiderstand		60	58	85
Härte Shore D	(kJm"²)	kein Bruch	kein Bruch	22,5
Schlagzähigkeit	(Um"²)	kein Bruch	kein Bruch	2,0
Kerbschlagzähigkeit -	(⁰C)	126	157	103,5
Vicat-Temperatur

Beispiel 3

Unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 wurde ein Compound aus 99 Masseanteilen in % Polyesterurethan mit einer Härte von Shore A = 90 und 1 Masseanteil in % des gleichen Copolymerisates wie in Beispiel 1 hergestellt, zu Prüfkörpern verspritzt und daran die Eigenschaften ermittelt (Tabelle 2). Wesentlichstes Ergebnis war eine Vicat-Temperatur von 99⁰C.

Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel) ,

Das für die in Beispiel 3 beschriebene Compoundherstciiung verwendete Polyesterurethan mit einer Härte von Shore A = wurde den gleichen thermischen Belastungen unterworfen wie der Compound und danach die in Tabelle 2 dargestellten Kennwerte ermittelt. Die Vicat-Temperatur von 85,9⁰C ist typisch für das verwendete Polyurethan.

Tabelle 2	Masseanteil in %	100	99	100
Polyurethan	Massoanteilin%	-	1	72,0
Copolymerisat	(MPa)	45,6	49,8	8
Zugfestigkeit	(%)	632	450	2,95
Reißdehnung	(GPa)	0,028	0,038	-
Biegemodul	(N/cm)	652	900	85 (Shore D)
Weiterreißwiderstand		93	92	22,5
Härte Shore A	(Um""²)	kein Bruch	kein Bruch	2,0
Schlagzähigkeit	(kJirT²)	kein Bruch	kein Bruch	103,5
Kerbschlagzähigkeit	(⁰C)	85,9	99,0
Vicat-Temperatur

Beispiel 5

Ein Poiyesterurethan entsprechend Beispiel 1, jedoch mit einer Härte von Shore D = 60, wurde mit einem Copolymerisat wie in Beispiel 1 zu einem Material mit erhöhter Wärmeformbeständigkeit compoundiert und danach auf einem Extrusiometer mit einem Schneckendurch.nesser von 25mm und einer Länge von 24D, ausgerüstet mit einer 3-Zonen-Schnecke mit einem Kompressionsverhältnis von 1:2,7 und einer Profildüse für ein Band einer Dimension von 10x1 mm auf Extrudierbarkeit geprüft. Bei einem Gehalt von nur 2 Masseanteilen in % Copolymerisat im Compound konnte bereits eine deutliche Reduzierung der für eine glatte Extrudatoberfläche notwendigen Masse- und Formwerkzeugtemperatur festgestellt werden (Tabelle 3). Das für die Extrusion erforderliche Drehmoment war gegenüber reinem Poiyesterurethan um ca. 10% niedriger, was ein Nachweis für die verbesserte Verarbeitbarkeit ist.

Tabelle 3

Poiyesterurethan mit der Härte Shore D = 60

TPU-Originalmaterial (Masseanteil in %) 100 98

Copolymerisat (Masseanteil in %) - 2

glatte Extrudatoberfläche ab

(Temperatur des

Formwerkzeuges) (⁰C) 210 195

Massetemperatur (⁰C) 215 202

Drehmoment (Nm) 160 140

Claims

1. Thermoplastisch verarbeitbares Polyurethan mit erhöhter Wärmeformbeständigkeit, guter Homogenität, verbesserter Verarbeitbarkeit nach dem Spritzgieß- und Extrusionsverfahren für Anwendungsgebiete, wo erhöhte thermische Belastungen gefordert sind, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastisch verarbeitbare Polyurethan aus 60 bis 99,7 Masseanteilen in'% eines thermoplastischen Polyester- und/oder Polyetherurethans und 0,3 bis 40 Masseanteilen in % eines Copolymerisates, das aus mindestens 20 Masseanteilen in %, bezogen auf das Copolymerisat, Methacrylsäurealkylester und/oder Acrylsäurealkylester und/oder Acrylsäure besteht, durch Schmelzemischung entsteht.

2. Thermoplastisch verarbeitbares Polyurethan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymerisat feindispers in dem Polyurethan mit durchschnittlichen Partikelgrößen von 0,05 bis 5Mm verteilt ist.

3. Thermoplastisch verarbeitbares Polyurethan nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Polyester- und/oder Polyetherurethan aus langkettigen Hydroxylverbindungen mit einer mittleren molaren Masse von 500 bis 3000, kurzkettigen aliphatischen und/oder aromatischen Diolen mit einer molaren Masse von weniger als 600, aromatischen und/oder aliphatischen Diisocyanaten, Stabilisatoren und Zusatzstoffen besteht.

4. Thermoplastisch verarbeitbares Polyurethan nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es beliebig gedeckt und transluzent einfärbbar ist. -