DE102006036539A1 - Thermoplastic processable molding material with improved transparency, useful to prepare e.g. molded articles, comprises a mixture of in situ compatible polyamide-thermoplastic polyurethane-blend comprising e.g. lactam and catalyst - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft thermoplastisch verarbeitbare Formmassen mit verbesserter Transparenz, bestehend aus einem Gemisch von in situ kompatibilisierten Polyamid-TPU(thermoplastisches Polyurethan)-Blends, die eine ausgezeichnete Kontakttransparenz aufweisen, ein Verfahren zur Herstellung der Blends sowie deren Verwendung. Mittels der kontinuierlichen anionischen Polymerisation von Lactamen in Gegenwart von thermoplastischem Polyurethan auf einer Schmelzmischvorrichtung, insbesondere einem Extruder, sind kompatible Polyamid-TPU-Blends zugänglich. Diese erfindungsgemäßen Blends eignen sich insbesondere zur Herstellung von transparenten bzw. kontakttransparenten Folien, Hohlprofilen und Spritzgussformteilen.The The present invention relates to thermoplastically processable molding compositions with improved transparency, consisting of a mixture of in situ compatibilized polyamide TPU (thermoplastic Polyurethane) blends that provide excellent contact transparency have a method for producing the blends and their Use. By means of continuous anionic polymerization of lactams in the presence of thermoplastic polyurethane a melt mixing device, in particular an extruder, are Compatible polyamide TPU blends accessible. These blends according to the invention are particularly suitable for the production of transparent or contact-transparent films, hollow profiles and injection molded parts.
Die primäre Motivation zum Mischen (Blenden) von nichtmischbaren bzw. unverträglichen Polymeren ist die Erschaffung von neuen Materialien mit einer maßgeschneiderten Kombination von physikalischen Eigenschaften, die den Eigenschaften der jeweiligen einzelnen Komponenten überlegen sind. Im Stand der Technik ist es bekannt, dass die gewünschten Eigenschaften von derartigen Mehrphasenmaterialien sehr stark von der Morphologie der Systeme und der Grenzflächen-Adhäsion zwischen den Phasen abhängen. Nichtmischbare Polymerblends sind thermodynamisch instabil, und zeigen daher eine schlechte Dispersion und schlechte Grenzflächen-Adhäsion, welche wiederum in nicht zufriedenstellenden mechanischen Eigenschaften resultieren. Daher besteht der Wunsch nach Verbesserung der Kompatibilität durch Verwendung von (reaktiven) Verträglichkeitsvermittlern, um die Grenzflächen-Adhäsion zu verbessern und um die Morphologie der Polymerblends zu steuern.The primary Motivation for mixing (blending) of immiscible or incompatible Polymers is the creation of new materials with a tailor made Combination of physical properties that the properties are superior to the respective individual components. In the prior art it is known that the desired Properties of such multiphase materials very strong depend on the morphology of the systems and the interfacial adhesion between the phases. immiscible Polymer blends are thermodynamically unstable, and therefore show a poor dispersion and poor interfacial adhesion, which in turn is not satisfactory mechanical properties result. Therefore there is a desire to improve compatibility through Use of (reactive) compatibilizers, about the interface adhesion too improve and control the morphology of the polymer blends.
Eine wirksame Strategie zum Kompatibilisieren von unverträglichen Polymeren sind daher in situ gebildete Block- oder Pfropf-Copolymere an der Grenzfläche, welche als Emulgatoren wirken, um die gebildete Morphologie zu stabilisieren und um die Grenzflächenadhäsion zwischen den Phasen zu verstärken. In situ Polymerisation ist ein anderer effektiver Weg, um die Morphologie der Polymerblends zu steuern und um die Dispersion der Phasen zu verbessern. Bezüglich des letztgenannten Verfahrens wurde in der Vergangenheit Kautschuk oder thermoplastisch modifizierten Polymeren, z.B. Epoxyharze/thermoplastisches System viel Aufmerksamkeit gewidmet.A effective strategy for compatibilizing incompatible Polymers are therefore in situ formed block or graft copolymers at the interface, which act as emulsifiers to stabilize the morphology formed and about the interfacial adhesion between to strengthen the phases. In situ polymerization is another effective way to change the morphology control the polymer blends and to the dispersion of the phases improve. In terms of of the latter method has been in the past rubber or thermoplastic modified polymers, e.g. Epoxy / thermoplastic System much attention.
Polyamid
6 hat verschiedene Nachteile im Bezug auf seine mechanischen Eigenschaften.
Daher wurde schon lange versucht, diese Nachteile durch Schmelzemischen
mit anderen Kunststoffen oder durch in situ Polymerisation zu überwinden.
Bezüglich
des letztgenannten Verfahrens wurden viele Anstrengungen unternommen,
auch unter Verwendung von Präpolymeren
oder kleineren Molekülen
mit funktionellen Gruppen, die mit ε-Caprolactam reagieren, gefolgt
von der Polymerisation, um ein Copolymer und Kompatibilisierung
der unverträglichen
Blendkomponenten mit dem Copolymer zu erzielen. Es wurden z.B. amin-
oder hydroxyterminierte Präpolymere
(z.B.
Thermoplastische Polyurethanelastomere (TPU) stellen eine sehr wichtige Klasse von Materialien dar und sie wurden auch sehr weitläufig für verschiedene Applikationen verwendet. Die Eigenschaften der TPU können durch Variation der Verhältnisse der harten und weichen Segmente maßgeschneidert werden.thermoplastic Polyurethane elastomers (TPU) represent a very important class of Materials and they were also very widely used for various applications used. The properties of the TPU can be changed by varying the ratios be tailored to the hard and soft segments.
Auch bei der Mischung von Polyamiden mit Polyurethanen spielt die Auswahl der Diisocyanat- und Diolkomponenten hinsichtlich Art und Segmentlänge eine entscheidende Rolle für die erreichbaren Eigenschaften. So kann z.B. durch Kombination eines geeigneten TPU auf Polyetherbasis die Zähigkeit von Polyamiden deutlich verbessert werden. Ebenso tragen die Polyethergruppen dazu bei, Wasserstoffbrückenbindungen zu den Amidgruppen auszubilden. Im Stand der Technik wird zudem berichtet, dass Blends aus Polyamid 6 und TPU mit Diblockcopolyurethanamiden kompatibilisiert wurden. Diese Blends wurden durch Schmelzemischen in einem Brabender-Mixer hergestellt, so dass Multiphasensysteme erzielt werden konnten.Also in the mixture of polyamides with polyurethanes plays the selection the diisocyanate and Diol components in terms of type and segment length a crucial role for the achievable properties. Thus, e.g. by combination of a suitable polyether-based TPUs clearly demonstrate the toughness of polyamides be improved. Likewise, the polyether groups contribute to Hydrogen bonds to train to the amide groups. In addition, in the prior art reported blends of polyamide 6 and TPU with diblockcopolyurethane amides have been compatibilized. These blends were made by melt blending in a Brabender mixer made so that multi-phase systems achieved could become.
In Polymer International 55, 643–649, (2006) wird ein Verfahren zur Herstellung von TPU-PA6-Blends durch in situ Polymerisation von Caprolactam beschrieben. Dabei werden Blends mit 2,5 bis 10 Gew.-% Polyether-basierten Polyurethanelastomer in einem Brabender Mischer hergestellt. Dazu wird eine homogene Lösung aus TPU und Caprolactam bei 160°C hergestellt und durch Zugabe von Natriumcaprolactamat die anionische Polymerisation ausgelöst. Unmittelbar nach Zugabe des basischen Katalysators wird die Mischung in ein auf 180°C vorgeheiztes Gefäß überführt und im Ofen bei gleicher Temperatur für 60 Minuten polymerisiert. Die Autoren charakterisieren die so hergestellten Blends als verträglich und einphasig.In Polymer International 55, 643-649, (2006) describes a method for producing TPU-PA6 blends by in situ Polymerization of caprolactam described. These are blends with 2.5 to 10 wt .-% polyether-based polyurethane elastomer in a Brabender mixer made. This is a homogeneous solution TPU and caprolactam at 160 ° C prepared and by adding sodium caprolactamate the anionic Polymerization triggered. Immediately after addition of the basic catalyst, the mixture becomes in one at 180 ° C transferred preheated vessel and polymerized in the oven at the same temperature for 60 minutes. The Authors characterize the blends thus produced as compatible and single phase.
Voraussetzung ist aber auch hier, dass sich das TPU vollständig in der Lactamschmelze löst und keine Entmischung während der Polymerisation stattfindet.requirement But here too, the TPU is completely in the lactam melt triggers and no segregation during the polymerization takes place.
Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, thermoplastisch verarbeitbare Formmassen aus einem Gemisch aus Polyamid und TPU (thermoplastisches Polyurethan) bereitzustellen, die eine sehr gute Transparenz bzw. Kontakttransparenz besitzen und auch einen geringen Restlactam-Gehalt aufweisen. Hierbei sollen der Aufbau der Polyamidkomponente aus den Monomeren, die Generierung des Verträglichkeitsvermittlers und die Mischung dieser Komponenten mit TPU in einem einfachen, kontinuierlichen Extrusionsprozess durchgeführt werden. Damit ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, das kurze Polymerisationszeiten ermöglicht und unabhängig vom Lösungsverhalten der TPU-Komponente in Lactam durchführbar ist.The The present invention therefore has the object, thermoplastic Processable molding compositions of a mixture of polyamide and TPU (thermoplastic polyurethane), which is a very good Have transparency or contact transparency and also a low Have residual lactam content. Here are the structure of the polyamide component from the monomers, the generation of the compatibilizer and the Blend these components with TPU in a simple, continuous Extrusion process performed become. Thus, another object of this invention is a method to provide short polymerization times and independently from the solution behavior the TPU component in lactam is feasible.
Die Formmassen aus Polyamid-TPU-Blends sollen zur Herstellung von transparenten Folien und Hohlprofilen eingesetzt werden können.The Molding compounds of polyamide-TPU blends are intended for the production of transparent Films and hollow sections can be used.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die thermoplastisch verarbeitbaren Formmassen mit verbesserter Transparenz, bestehend aus einem Gemisch von in situ kompatibilisierten Polyamid-TPU(thermoplastische Polyurethan)-Blends gemäß Anspruch 1 erzielt. Die erfindungsgemäßen Blends enthalten:
- A1) 50 bis 95 Gew.-% eines C4-C12 Lactams oder C4-C12 Lactam Gemisches,
- A2) 5 bis 50 Gew.-% TPU(thermoplastisches Polyurethan),
- A3) 0,05 bis 5 Gew.-% wenigstens eines basischen Katalysators,
- A4) 0 bis 3 Gew.-% Aktivatoren und/oder Co-Katalysatoren,
- A5) 0 bis 40 Gew.-% weitere übliche Additive, Farbstoffe und/oder Blendpartner,
- A1) from 50 to 95% by weight of a C 4 -C 12 lactam or C 4 -C 12 lactam mixture,
- A2) 5 to 50 wt.% TPU (thermoplastic polyurethane),
- A3) from 0.05 to 5% by weight of at least one basic catalyst,
- A4) 0 to 3 wt .-% activators and / or co-catalysts,
- A5) 0 to 40% by weight of further customary additives, dyes and / or blend partners,
Die Erfindung betrifft aber auch ein Verfahren zur Herstellung der oben genannten Formmassen mit verbesserter Transparenz, wobei die anionische Lactampolymerisation entweder vor der Mischung mit TPU (A2) abläuft oder wobei die Komponenten Lactam (A1) und TPU (A2) entweder getrennt oder gemeinsam in den Einzugsbereich einer Schmelzmischvorrichtung, insbesondere einen Extruder, gegeben werden, die anionische Lactampolymerisation ausgelöst wird und das Gemisch geschmolzen und das erzeugte Gemisch ausgetragen wird. Die Temperatur der Schmelze während des Mischverfahrens wird im Bereich von 180 und 260°C, bevorzugt im Bereich von 200 bis 240°C, insbesondere zwischen 220° und 240°C, eingestellt (vgl. Anspruch 19 und 20).The However, the invention also relates to a process for the preparation of the above mentioned molding compositions with improved transparency, wherein the anionic Lactam polymerization either before mixing with TPU (A2) expires or wherein the components lactam (A1) and TPU (A2) are either separated or together in the catchment area of a melt mixing device, in particular an extruder, anionic lactam polymerization triggered and the mixture is melted and the mixture produced discharged becomes. The temperature of the melt during the mixing process is in the range of 180 and 260 ° C, preferably in the range of 200 to 240 ° C, in particular between 220 ° and 240 ° C, set (see claims 19 and 20).
Die erfindungsgemäße Formmasse wird zur Herstellung von Flächengebilden und Formkörpern, insbesondere von transparenten Folien, Schutzschichten, Oberbelägen von Sportgeräten sowie zur Herstellung von Hohlprofilen, insbesondere von Rohren eingesetzt (vgl. Ansprüche 23 und 24).The molding composition according to the invention is used for the production of fabrics and moldings, in particular of transparent films, protective layers, top coverings of sports equipment and for the production of hollow profiles, in particular of pipes used (see claims 23 and 24).
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung enthalten.In the dependent claims are advantageous embodiments of the invention.
Bevorzugt werden erfindungsgemäß Blends eingesetzt, die 10 bis 40 Gew.-% TPU enthalten. Insbesondere werden Mischungen, die 10 bis 30 Gew.-% TPU enthalten, eingesetzt.Prefers According to the invention blends used, containing 10 to 40 wt .-% TPU. In particular, be Mixtures containing 10 to 30 wt .-% TPU used.
Als Lactam (C4 bis C12) werden bevorzugt Caprolactam und Laurinlactam eingesetzt. Kommen Lactam-Mischungen zum Einsatz, so werden mindestens 20 mol-%, bevorzugt mindestens 50 mol-%, insbesondere mindestens 70 mol-% Laurinlactam in der Mischung mit anderen Lactamen verwendet. Lactam kann bis zu 50 mol-% auch durch ein Lacton, insbesondere Caprolacton ersetzt werden. In einer bevorzugten Variante wird ausschließlich Lactam-12 eingesetzt.As lactam (C 4 to C 12 ) are preferably used caprolactam and laurolactam. If lactam mixtures are used, at least 20 mol%, preferably at least 50 mol%, in particular at least 70 mol%, of laurolactam are used in the mixture with other lactams. Lactam can also be replaced by a lactone, in particular caprolactone, up to 50 mol%. In a preferred variant, only lactam-12 is used.
Die in Frage kommenden TPU basieren auf Polyether-, Polycarbonat- oder Polyestersegmenten. Bei den Polyester-basierten TPU werden solche bevorzugt eingesetzt, deren Weichsegmente Polycaprolactonblöcke sind. Bei den Polyethersegmenten werden solche bevorzugt, die auf den Monomeren Ethylenoxid und/oder Propylenoxid und/oder Tetrahydrofuran basieren. Die Polyestersegmente beruhen bevorzugt auf Adipinsäure und Glykolen, wie z.B. Ethylenglykol oder Butandiol. Die bevorzugten Polycarbonatsegmente werden durch Polykondensation von Diethyl- oder Dimethylcarbonat mit Diolen, wie z.B. Hexandiol, hergestellt. Die Hartsegmente können sowohl aromatischer als auch aliphatischer Natur sein. Bevorzugt basieren die eingesetzten TPU auf den Diisocyanaten MDI (Diphenylmethandiisocyanat), TDI (Toluendiisocyanat), PPDI (para-Phenylendiisocyanat), NDI (Naphthalindiisocyanat), HDI (Hexamethylendiisocyanat), IPDI (Isophorondiisocyanat), H12MDI (Dicyclohexylmethandiisocyanat), TMXDI (m-Tetramethylxylylendiisocyanat und CHDI (trans-Cyclohexandiisocyanat) sowie Gemischen davon. Insbesondere beruhen die Hartsegmente der TPU auf den Diisocyanaten MDI und TDI. Bevorzugt werden TPU auf Basis von Polycaprolactonweichsegmenten und TDI und/oder MDI-Hartsegmenten eingesetzt. Die TPU, die erfindungsgemäß eingesetzt werden, haben eine OH-Endgruppenkonzentration von < 50 mmol/kg, bevorzugt < 20 mmol/kg, insbesondere kleiner 5 mmol/kg. Eine höhere OH-Endgruppenkonzentration stört die anionische Lactampolymerisation und führt so zu einer höheren Lactamkonzentration in der Polymermischung. Damit dennoch TPU mit höherer OH-Konzentration eingesetzt werden können, müssen diese vorgängig zu oder gleichzeitig mit dem Aufschmelzen der Komponenten im Extruder verkappt werden, wie z.B. mit Carbonylbiscaprolactam. Die Shore-Härte der erfindungsgemäß eingesetzten TPU liegt im Bereich von A70 bis D75, bevorzugt im Bereich A80 bis D65, insbesondere zwischen A85 und D55.The candidate TPUs are based on polyether, polycarbonate or polyester segments. In the case of the polyester-based TPU, preference is given to those whose soft segments are polycaprolactone blocks. In the case of the polyether segments, preference is given to those based on the monomers ethylene oxide and / or propylene oxide and / or tetrahydrofuran. The polyester segments are preferably based on adipic acid and glycols, such as ethylene glycol or butanediol. The preferred polycarbonate segments are prepared by polycondensation of diethyl or dimethyl carbonate with diols, such as hexanediol. The hard segments can be both aromatic and aliphatic in nature. Preferably, the TPU used are based on the diisocyanates MDI (diphenylmethane diisocyanate), TDI (toluene diisocyanate), PPDI (para-phenylene diisocyanate), NDI (naphthalene diisocyanate), HDI (hexamethylene diisocyanate), IPDI (isophorone diisocyanate), H 12 MDI (dicyclohexylmethane diisocyanate), TMXDI (m In particular, the hard segments of the TPU are based on the diisocyanates MDI and TDI, TPUs based on polycaprolactone soft segments and TDI and / or MDI hard segments are preferably used The TPUs used according to the invention , have an OH end group concentration of <50 mmol / kg, preferably <20 mmol / kg, in particular less than 5 mmol / kg A higher OH end group concentration disturbs the anionic lactam polymerization and thus leads to a higher lactam concentration in the polymer mixture can be used with higher OH concentration, they must be previously z u or concealed simultaneously with the melting of the components in the extruder, such as with carbonylbiscaprolactam. The Shore hardness of the TPU used in the invention is in the range of A70 to D75, preferably in the range A80 to D65, in particular between A85 and D55.
Als
basischer Katalysator zur Bildung des für die anionische Lactampolymerisation
erforderlichen Lactamat-Anions kommen die bekannten Initatorsysteme
zum Einsatz, wie z.B. Alkalimetalle und Metallhydride, Alkali- und
Erdalkalilactamate oder Grignard-Agenzien. In einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung wird das Flüssigkatalysatorsystem,
bestehend aus Natriumacetanilid und Tetrabutylharnstoff, wie es
in der
Der Begriff transparente Formmassen, bestehend aus Polyamid-TPU-Blends, wie er erfindungsgemäß verwendet wird, soll Blends respektive daraus gebildete Formmassen bezeichnen, deren Lichttransmission wenigstens 80%, bevorzugt wenigstens 85% und insbesondere wenigstens 87% betragt, wenn die Formmasse aus dem Blend in Form einer Folie von 800 μm Dicke vorliegt. Der Wert der Lichttransmission ist dabei im Rahmen dieses Textes stets als bestimmt nach der Methode ASTM D1003 (Lichtart CIE-C) zu verstehen. Die Messung der Lichttransmission wurde dabei in den unten angeführten Experimenten auf einem Gerät mit dem Namen Haze Guard Plus der Firma BYK Gardner (DE) an 800 (100) μm dicken Folien durchgeführt. Der Transmissionswert wird für den sichtbaren Wellenlängenbereich definiert nach CE-C d.h. mit wesentlichen Intensitäten ca. zwischen 400 und 770 nm, angegeben. Die Folien werden dafür z.B. auf einer Collin Flachfolienanlage hergestellt, wobei die Zylindertemperatur zwischen 190 und 240°C und die Walzentemperatur zwischen 10 und 50°C liegt. Anhand der 100 μm dicken Folien wird auch der Haze bestimmt. Der Haze ist für die erfindungsgemäßen Formmassen höchstens 10%, bevorzugt höchstens 6%, insbesondere höchstens 3%.Of the Term transparent molding compounds, consisting of polyamide-TPU blends, as used in the invention blends, or the molding compounds formed therefrom, whose light transmission is at least 80%, preferably at least 85% and in particular at least 87% is when the molding material the blend is in the form of a film of 800 microns thickness. The value of Light transmission is always defined as part of this text according to the method ASTM D1003 (illuminant CIE-C). The measurement The light transmission was in the experiments below on a device with the name Haze Guard Plus of BYK Gardner (DE) at 800 (100) μm thick foils performed. The transmission value is for the visible wavelength range defined according to CE-C i. with significant intensities approx. between 400 and 770 nm. The films are for this purpose e.g. on a Collin flat film system produced, the cylinder temperature between 190 and 240 ° C and the roll temperature is between 10 and 50 ° C. Based on the 100 μm thick Slides are also determined by the Haze. The haze is for the molding compositions according to the invention at the most 10%, preferably at most 6%, in particular at most 3%.
Abhängig von der Blendzusammensetzung und von den Verfahrensbedingungen lassen sich die mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen PA-TPU-Blends in weiten Bereichen einstellen. Im Vergleich zu konventionell hergestellten PA-TPU-Blends ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Generierung von flexiblen und hochflexiblen Formmassen. So weisen die erfindungsgemäßen Formmassen einen E-Modul von bevorzugt kleiner 1000 MPa, insbesondere kleiner 600 MPa auf. Speziell weiche Formulierungen besitzen E-Moduli kleiner 300 MPa. Eine im Zweiwellenextruder (ZSK-25) generierte Polymermischung, bestehend aus 75 Gew.-% hydrolytisch hergestelltem Polyamid-12 (Vergleichsbeispiel VB2) und 25 Gew.-% Pearlthane 11T98 (Merquinsa, Spanien) hat einen E-Modul von 1160 MPa. Dagegen hat ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestelltes Blend der gleichen Zusammensetzung (Beispiel B8) einen deutlich niedrigeren E-Modul von lediglich 300 MPa. Auch die nach dem Zweischrittverfahren hergestellten PA-TPU-Blends sind deutlich flexibler als die analogen Polymermischungen auf Basis der hydrolytischen Polyamide. So weist die Formmasse aus Vergleichsbeispiel VB4 einen E-Modul von 1260 MPa und diejenige aus dem Beispiel B18 einen deutlich tieferen E-Modul von 760 MPa auf. Dieser deutliche Unterschied in den mechanischen Eigenschaften zeigt klar auf, dass die erfindungsgemäßen Formmassen nicht durch einfaches Schmelzemischen der Komponenten hydrolytisch hergestelltes Polyamid und TPU hergestellt werden können.Depending on the blend composition and the process conditions the mechanical properties of the PA-TPU blends according to the invention set in a wide range. Compared to conventionally produced PA-TPU blends enabled the inventive method the generation of flexible and highly flexible molding compounds. So wise the molding compositions according to the invention an E-modulus of preferably less than 1000 MPa, in particular smaller 600 MPa. Especially soft formulations have smaller moduli of elasticity 300 MPa. A polymer mixture generated in the twin-screw extruder (ZSK-25), consisting of 75 wt .-% hydrolytically produced polyamide-12 (Comparative Example VB2) and 25% by weight of Pearlthane 11T98 (Merquinsa, Spain) has one Modulus of elasticity of 1160 MPa. In contrast, by means of the method according to the invention prepared blend of the same composition (Example B8) one significantly lower modulus of elasticity of only 300 MPa. Also after The two-step process produced PA-TPU blends are clear more flexible than the analogous polymer mixtures based on the hydrolytic Polyamides. Thus, the molding composition of Comparative Example VB4 has a E modulus of 1260 MPa and that of Example B18 a clear lower modulus of 760 MPa. This clear difference in The mechanical properties clearly show that the molding compositions of the invention not by simple melt mixing of the components hydrolytically produced polyamide and TPU can be produced.
Der Unterschied im Aufbau und der Morphologie der PA-TPU-Blends auf Basis von anionischem und hydrolytisch hergestelltem Polyamid offenbart sich ebenfalls klar beim thermischen Verhalten der Blends. Während bei allen Polymermischungen (VB1–VB4) auf Basis von hydrolytisch hergestelltem Polyamid der ursprüngliche Schmelzpunkt des Polyamids im PA-TPU-Blend mittels DSC gemessen werden kann, besitzen die Polymermischungen mit anionisch hergestelltem Polyamid stets tiefere Schmelzpunkte als die zugrundeliegenden, hochmolekularen Polyamide. Bei den erfindungsgemäßen PA12-TPU-Blends liegen beispielsweise die mittels DSC bestimmten Schmelztemperaturen um 5 (Beispiel B17) bis 38°C (Beispiel B9) unter der Schmelztemperatur des zugrundeliegenden Polyamid-12.Of the Difference in structure and morphology of PA-TPU blends Base of anionic and hydrolytically produced polyamide disclosed also clear on the thermal behavior of the blends. While at all polymer blends (VB1-VB4) Based on hydrolytically produced polyamide the original Melting point of the polyamide in PA-TPU blend measured by DSC The polymer blends possess anionic-derived Polyamide always lower melting points than the underlying, high molecular weight polyamides. In the case of the PA12-TPU blends according to the invention for example, the melting temperatures determined by DSC 5 (Example B17) to 38 ° C (Example B9) below the melting temperature of the underlying Polyamide 12th
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Formmassen und der daraus gefertigten Formteile ist die gute Transparenz, insbesondere bei kleinen Schichtdicken. Die Transparenz der Formmassen, charakterisiert als Funktion der Transmission gemessen an Folien mit einer Dicke von 100 μm ist wenigstens 92%, bevorzugt wenigstens 93% und insbesondere wenigstens 94%. Der Haze (Trübung) ist für die erfindungsgemäßen Formmassen höchstens 10%, bevorzugt höchstens 6%, insbesondere höchstens 3%, wenn die Trübung an Folien mit einer Dicke von 100 μm bestimmt wird. Damit ermöglichen diese Formmassen die Herstellung von optisch ansprechenden, transparenten Formteilen oder Flächengebilden. Dickere Formteile oder Folien weisen eine gute Kontakttransparenz auf. So ist die Transmission gemessen an Folien mit einer Dicke von 800 μm wenigstens 80%, bevorzugt wenigstens 85% und insbesondere wenigstens 87%. Eine mittels Spritzguss aus der in Beispiel B6 beschriebenen Formmasse gefertigten Rundplatte der Dimension 2 × 70 mm besitzt immer noch eine ausgezeichnete Transparenz, wobei die Transmission bei 84% und der Haze bei lediglich 2,0% liegt.One Another advantage of the molding compositions of the invention and the resulting finished molded parts is the good transparency, especially at small layer thicknesses. The transparency of the molding compounds, characterized as Function of the transmission measured on foils with a thickness of 100 μm at least 92%, preferably at least 93% and especially at least 94%. Haze (haze) is for the molding compositions according to the invention at the most 10%, preferably at most 6%, in particular at most 3% if the cloudiness is determined on films with a thickness of 100 microns. Enable it these molding compounds the production of visually appealing, transparent Moldings or fabrics. Thicker moldings or films have good contact transparency on. So the transmission is measured on films with a thickness of 800 μm at least 80%, preferably at least 85% and especially at least 87%. One by injection molding from that described in Example B6 Molded round plate of dimension 2 × 70 mm still has excellent transparency, the transmission 84% and Haze is only 2.0%.
Auch hinsichtlich der Transparenz zeigen die Blends auf Basis von hydrolytischem Polyamid ein anderes Verhalten, das wohl von einer gewissen Unverträglichkeit der PA- und TPU-Komponenten herrührt. Die Transparenz (Transmission) nimmt bei den erfindungsgemäßen Blend-Zusammensetzungen mit steigender TPU-Konzentration zu, während die Blends auf Basis von hydrolytischem Polyamid ein umgekehrtes Verhalten zeigen.Also in terms of transparency, the blends are based on hydrolytic Polyamide has a different behavior, probably from some intolerance the PA and TPU components arises. The transparency (transmission) increases in the blend compositions according to the invention with increasing TPU concentration too, while based on the blends of hydrolytic polyamide show a reverse behavior.
Die Polyamid-TPU-Blends weisen einen Restlactamgehalt von kleiner 7%, bevorzugt kleiner 3% und besonders bevorzugt von kleiner 1% auf. Auch PA-TPU-Blends auf Basis von Mischungen von Laurin- und Caprolactam weisen in der Regel einen Lactamrestgehalt von kleiner 5% auf. Aufgrund des geringen Lactamrestgehaltes kann auf eine dem Herstellprozess nachgelagerte Extraktion verzichtet werden. Die Formmassen verursachen bei der thermoplastischen Umformung keine oder nur geringe Feststoffablagerungen.The polyamide TPU blends have a residual lactam content of less than 7%, preferably less than 3% and more preferably less than 1%. Also PA-TPU blends based on mixtures of lauric and caprolactam generally have a Lactamrestgehalt of less than 5%. Due to the low Lactamrestgehaltes can be dispensed with a subsequent production process extraction. The molding compounds cause no or only small solid deposits in the thermoplastic forming.
Die erfindungsgemäßen Formmassen weisen einen MVR (Melt Volume Rate), gemessen bei 220°C und einer Belastung von 5 kg von < 500, < 200, < 100 cm3/10 min. sowie eine Lösungsviskosität (m-Kresol, 0,5 Gew.-%) von ηrel > 1,4, bevorzugt > 1,5, insbesondere > 1,6 auf. Die Schmelz- und Lösungsviskosität lässt sich abhängig von der Zusammensetzung und dem Herstellverfahren in einem weiten Bereich variieren. So lassen sich auch höherviskose Formmassen herstellen, deren Lösungsviskosität ηrel deutlich über 2 liegt. Somit sind Formmassen zugänglich, deren Lösungsviskosität ηrel, im Bereich von 1,4 bis 3,0 liegt. Bevorzugt wird eine Lösungsviskosität ηrel im Bereich zwischen 1,6 und 2,5 und insbesondere zwischen 1,7 und 2,2.The molding compositions of the invention have an MVR (melt volume rate) measured at 220 ° C and a 5 kg load of <500, <200, <100 cm 3/10 min. and a solution viscosity (m-cresol, 0.5 wt .-%) of η rel > 1.4, preferably> 1.5, in particular> 1.6. The melt and solution viscosity can be varied within a wide range depending on the composition and the production process. Thus, it is also possible to produce higher-viscosity molding compositions whose solution viscosity η rel is significantly above 2. Thus, molding compounds are available whose solution viscosity η rel , in the range of 1.4 to 3.0. A solution viscosity η rel in the range between 1.6 and 2.5 and in particular between 1.7 and 2.2 is preferred.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Polyamid-TPU-Blends erfolgt durch kontinuierliche Extrusion auf einem Doppelwellenextruder, wobei die Polyamidkomponente in situ durch anionische Polymerisation aufgebaut wird. Da in diesem Prozess mehrere Schritte gleichzeitig und/oder nacheinander durchgeführt werden, werden insbesondere lange Extruder mit einem hohen L/D-Verhältnis eingesetzt. Die verfahrenstechnischen Ausführungsformen unterscheiden sich im wesentlichen durch die Anordnung der Dosierungen für die Rohstoffe (Lactam, Katalysator, Aktivator, TPU), die Art der Aktivierung der anionischen Polymerisation und der Zugabe weiterer Zusatzstoffe und Blendkomponenten. Des weiteren kann die Herstellung der erfindungsgemäßen Polyamid-TPU-Blends einstufig oder zweistufig erfolgen. Im Zweistufenverfahren wird zunächst die Polyamidkomponente anionisch polymerisiert und nachfolgend in einem zweiten Schritt mit der TPU-Komponente gemischt. Beim Einstufenverfahren findet die Lactampolymerisation und die Mischung der Komponenten zumindest teilweise gleichzeitig statt.The Preparation of the polyamide-TPU blends according to the invention carried out by continuous extrusion on a twin-screw extruder, wherein the polyamide component in situ by anionic polymerization is built. Because in this process several steps at the same time and / or carried out in succession In particular, long extruders with a high L / D ratio are used. The procedural embodiments differ essentially by the arrangement of dosages for the Raw materials (lactam, catalyst, activator, TPU), the type of activation the anionic polymerization and the addition of other additives and blend components. Furthermore, the preparation of the polyamide TPU blends according to the invention in one or two stages. In the two-stage process is first the polyamide component anionically polymerized and subsequently in a second step mixed with the TPU component. In the single-step process finds the lactam polymerization and the mixture of the components at least partially simultaneously.
Nachgelagert
zur eigentlichen Lactampolymerisation können gegebenenfalls im gleichen
oder in einem nachgelagerten Extrusionsdurchgang weitere Blendkomponenten
als Blendpartner, ausgewählt
aus der Gruppe der Polyamide und/oder der Polyester und/oder der
Polycarbonate und/oder der modifizierten Polyolefine, insbesondere
der säurefunktionalisierten
Polyolefine neben TPU bis zu 40 Gew.-% zugegeben werden. Hierbei
werden bevorzugt Polyamide, wie teilkristalline Polyamide, wie z.B.
PA 6, PA 46, PA 66, PA 610, PA 69, PA MXD6, PA11, PA12, PA612, PA6/12,
PA 6T/6I, PA 6T/66, PA 6T12, oder amorphe Polyamide, wie z.B. PA
MACM9-18, PA PACM9-18, PA 6I/6T, PA MACMI/12, PA PACMI/12, PA 6I/6T/MACMI/MACMT/12,
PA 3-6T, PA TMDT, PA 6I/MACMI/MACMT, PA 6I/PACMI/PACMT, PA 6I, PA
6/IPDT, PA 6I/PACMT eingesetzt. Eine weitere Klasse von Blendkomponenten
schließen
Polymere ein, die als Protonendonatoren wirken. Diese können allein
oder in Kombination mit niedermolekularen bis oligomeren Protonenspender
zum Zwecke der Stabilisierung der anionischen Polymerschmelze eingesetzt
werden. In diesem Zusammenhang sei auf die in den Patentdokumenten
Die Aktivierung der anionischen Polymerisation erfolgt entweder thermisch oder durch zugesetzte Aktivatoren, wie z.B. Isocyanate, Carbodiimide oder Carbonylbiscaprolactam. Werden die TPU zusammen mit dem Lactam in den Extruder dosiert, wirken die im TPU enthaltenen bzw. die durch die Reaktionsbedingungen aus den Urethangruppen zurückgebildeten Isocyanatgruppen als Aktivatoren. Im Gegensatz zu den niedermolekularen Aktivatoren kann im vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren bei der Aktivierung durch die TPU-Komponente kein direkter Zusammenhang zwischen der TPU-Konzentration und der mittleren Molmasse der gebildeten Polymere festgestellt werden.The Activation of the anionic polymerization takes place either thermally or by added activators, e.g. Isocyanates, carbodiimides or carbonyl biscaprolactam. Be the TPU together with the lactam metered into the extruder, the TPU contained in the or regressed from the urethane groups by the reaction conditions Isocyanate groups as activators. In contrast to the low molecular weight Activators can in the present process according to the invention in the activation through the TPU component no direct relationship between the TPU concentration and the average molecular weight of the polymers formed be determined.
Die durch die anionische Polymerisation von Lactamen in Gegenwart von TPU oder durch Schmelzemischen von anionisch hergestelltem Polyamid mit TPU u.a. gebildeten Polyamid-TPU-Copolymere wirken als Verträglichkeitsvermittler für Polyamid und TPU.The by the anionic polymerization of lactams in the presence of TPU or by melt mixing of anionically produced polyamide with TPU and others formed polyamide TPU copolymers act as compatibilizers for polyamide and TPU.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Blends mit Hilfe des Einstufenverfahrens wird Lactam und TPU über zwei getrennte Dosiervorrichtungen entweder gemeinsam in den Einzugsbereich eines Doppelwellenextruder (Zone 1) dosiert oder das Lactam in Zone 1 und das TPU in eine nachgelagerten Zone (Zone 3 bis 10) gefeedet. Dabei kann das Lactam oder die Lactammischung in festem Zustand, z.B. in Form von Schuppen, oder in geschmolzenem Zustand dem Extruder zugeführt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei der Flüssigdosierung das geschmolzene Lactam vor dem Eintritt in den Extruder auf Temperaturen im Bereich von 160 bis 200°C vorgewärmt. Damit besitzt das Lactam bereits beim Eintritt in den Extruder eine ausreichend hohe Temperatur, so dass die Polymerisation unmittelbar nach Zugabe des Katalysators startet. Dieses Vorgehen beschleunigt den Polymerisationsprozess und reduziert den Lactamrestgehalt in der fertigen Polymerlegierung bei vorgegebener Verweilzeit im Extruder oder ermöglicht eine Reduktion der Verfahrenslänge. Der die anionische Lactampolymerisation auslösende Katalysator wird in Zone 1 oder bevorzugt in Zone 2 des Extruders kontinuierlich zugeführt. Die Gehäuse des Extruders werden für das erfindungsgemäße Verfahren auf Temperaturen zwischen 180 und 260°C eingestellt. Bevorzugt wird ein Temperaturbereich von 190 bis 250°C, insbesondere zwischen 210 und 240°C gewählt. Höhere Temperaturen sind zu vermeiden, um einen Abbau des TPU weitgehend zu unterbinden. Gegebenenfalls wird zusätzlich in Zone 1 bzw. Zone 2 ein weiterer Aktivator für die anionische Lactampolymerisation zugegeben. Eine bessere Ausführungsform betreffend der Aktivatorzuführung besteht darin, dass zur Auslösung der anionischen Lactampolymerisation ein so genannter Flüssiginitiator, der gelöst in einem geeigneten Solvens gleichzeitig Aktivator und Katalysator enthält, eingesetzt wird.For the preparation of the blends according to the invention by means of the single-stage process, lactam and TPU are either metered together into the feed zone of a twin-screw extruder (zone 1) via two separate metering devices or the lactam in zone 1 and the TPU are fed into a downstream zone (zones 3 to 10). In this case, the lactam or lactam mixture can be supplied to the extruder in the solid state, for example in the form of flakes, or in the molten state. In a preferred embodiment of the invention, the molten lactam is preheated to temperatures in the range of 160 to 200 ° C before entering the extruder in the liquid metering. Thus, the lactam already has a sufficiently high temperature when it enters the extruder, so that the polymerization starts immediately after the addition of the catalyst. This procedure accelerates the polymerization process and reduces the Lactamrestgehalt in the finished polymer alloy for a given residence time in the extruder or allows a reduction in the process length. The anionic lactam polymerization initiating catalyst is fed continuously in zone 1 or preferably in zone 2 of the extruder. The housings of the extruder are set for the process according to the invention to temperatures between 180 and 260 ° C. Preferably, a temperature range of 190 to 250 ° C, in particular selected between 210 and 240 ° C. Higher temperatures should be avoided in order to prevent degradation of the TPU to a large extent. Optionally, a further activator for the anionic lactam polymerization is additionally added in zone 1 or zone 2. A better embodiment concerning the activator feed consists in that, to initiate the anionic lactam polymerization, a so-called liquid initiator, which simultaneously contains activator and catalyst dissolved in a suitable solvent, is used.
Charakteristisch für diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass in einem einzigen Prozessschritt sowohl die Lactampolymerisation, die Copolymerbildung als auch die Mischung aller im System vorhandenen Komponenten, einschließlich einer optionalen Katalysatorneutralisation stattfindet, und dies bei kurzen Verweilzeiten im Verfahrensteil. Die mittlere Verweilzeit für den gesamten Prozess beträgt lediglich 2 bis 10 Minuten, bevorzugt 2 bis 7 Minuten, insbesondere 3 bis 5 Minuten.Characteristic for this Variant of the method according to the invention is that in a single process step both the lactam polymerization, the copolymer formation as well as the mixture of all present in the system Components, including an optional catalyst neutralization takes place, and this for short residence times in the process section. The mean residence time for the entire process amounts to only 2 to 10 minutes, preferably 2 to 7 minutes, in particular 3 to 5 minutes.
Wird
die Polymerschmelze vor Austritt aus dem Extruder, wie in
In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der TPU-Feed (Zuführung) gesplittet, so dass ein Anteil des TPU über eine separate Dosierwaage zusammen mit dem Lactam in Zone 1 und der andere Teil in einer bezüglich der Förderrichtung nachgelagerten Zone, z.B. Zone 7 oder 9 dosiert wird. Durch diese Aufteilung des TPU-Feeds lässt sich die Morphologie des generierten Blends in weiten Grenzen variieren. Hierbei wird bevorzugt 20 bis 80%, insbesondere 20 bis 50% des gesamten TPU gemeinsam mit dem Lactam in Zone 1 dosiert. Mit diesem Verfahren lassen sich bevorzugt hohe TPU-Konzentrationen, insbesondere größer 25 Gew.-%, in den Mischungen realisieren, ohne die gleichzeitig ablaufende Lactampolymerisation zu stören. Infolgedessen ergeben sich hierbei Polyamid-TPU-Blends mit hohem TPU-Gehalt und niedriger Lactamrestkonzentration. Dies ist Voraussetzung, dass auf eine nachfolgende Extraktion verzichtet werden kann und bei der Verarbeitung der Blends kein Ausschwitzen des Lactams stattfindet.In a preferred embodiment of the invention will the TPU feed (feeder) split, leaving a portion of the TPU via a separate dosing weigher together with the lactam in zone 1 and the other part in one concerning the conveying direction downstream zone, e.g. Zone 7 or 9 is metered. Through this Splits the TPU feed vary the morphology of the generated blend within wide limits. In this case, preferably 20 to 80%, in particular 20 to 50% of the total TPU dosed together with the lactam in zone 1. With this procedure can preferably be high TPU concentrations, in particular greater than 25 wt .-%, realize in the mixtures without the simultaneously occurring Disrupt lactate polymerization. As a result, this results in polyamide TPU blends with high TPU content and low lactam residual concentration. This is a requirement that can be dispensed with a subsequent extraction and during processing of the blends no sweating of the lactam takes place.
In Bezug auf das eingesetzte Lactam wird ein Umsatz von mindestens 93%, bevorzugt von mindestens 97% und besonders bevorzugt von mindestens 99% angestrebt.In With respect to the lactam used, a turnover of at least 93%, preferably of at least 97% and more preferably of at least 99% aspired.
Beim Zweistufenverfahren wird zunächst das Polyamid anionisch mit Hilfe der oben genannten Katalysatoren und/oder Aktivatoren hergestellt. Die Temperatur liegt für diese Polymerisation im Bereich zwischen 180 und 350°C und bevorzugt im Bereich zwischen 200 und 330°C. Die Polymerschmelze kann dann granuliert und zeitlich später oder direkt in einem zweiten Extruder mit dem TPU gemischt werden. Damit die erfindungsgemäßen Blends mit ihrer typischen Morphologie hergestellt werden können, darf die Polylactamschmelze nicht mit den oben genannten Stabilisatoren (Protonendonatoren) neutralisiert werden, bevor die vollständige Mischung der Polyamid- und TPU-Komponenten abgeschlossen wurde. Ansonsten herrschen ähnliche Verhältnisse wie beim hydrolytischen Polyamid, wo verträglichkeitsvermittelnde Strukturen während des reinen Mischvorgangs nur in ungenügendem Maße gebildet werden (vgl. Anspruch 20). Das Zweistufenverfahren erfüllt ebenfalls die hohen Forderungen bezüglich eines möglichst niedrigen Lactamrestgehaltes. Aufgrund der ungestörten Durchführung der anionischen Lactampolymerisation resultiert bei dieser Verfahrensvariante im Vergleich zum Einstufenverfahren ein tendenziell niedrigerer Lactamrestgehalt.At the Two-stage procedure is first the polyamide anionic with the aid of the above-mentioned catalysts and / or activators. The temperature is for this Polymerization in the range between 180 and 350 ° C and preferably in the range between 200 and 330 ° C. The polymer melt can then be granulated and later or later be mixed directly in a second extruder with the TPU. In order to the blends of the invention may be produced with their typical morphology the Polylactamschmelze not with the above stabilizers (Proton donors) are neutralized before the complete mixture the polyamide and TPU components have been completed. Otherwise prevail similar conditions as in hydrolytic polyamide, where compatibilizing structures during the pure mixing process are formed only to an insufficient extent (see claim 20). The two-stage process is fulfilled also the high demands regarding one possible low Lactamrestgehaltes. Due to the undisturbed implementation of anionic lactam polymerization results in this process variant compared to the single-step process tends to be lower Lactamrestgehalt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch charakterisiert, dass es sich bei den Zusatzstoffen um einen oder mehrere der Zusatzstoffe, ausgewählt aus der Gruppe: Kettenregler, Katalysatoren, Gleitmittel, Antiblockmittel, Stabilisatoren, insbesondere Hitzestabilisatoren, UV-Stabilisatoren, Protonendonatoren zur Neutralisation der Katalysatoren, Pigmente, Farbstoffe und/oder Schlagzähigkeitsverbesserer handelt. Ebenfalls ist es möglich, einem solchen Blend Nanofüllstoffe beizumischen. Als Nanofüllstoffe eignen sich solche Stoffe, welche im Nanometerbereich fein verteilt sind und somit eine ausreichende Transparenz erhalten bleibt. Die erfindungsgemäß eingesetzten nanoskaligen Füllstoffe sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe der Oxide, Oxidhydrate von Bor, Aluminium, Calcium, Gallium, Indium, Silizium, Germanium, Zinn, Titan, Zirkon, Zink, Yttrium oder Eisen.A further preferred embodiment The present invention is characterized in that it the additives are one or more of the additives, selected from the group: chain regulators, catalysts, lubricants, anti-blocking agents, Stabilizers, in particular heat stabilizers, UV stabilizers, Proton donors for the neutralization of the catalysts, pigments, Dyes and / or impact modifier is. It is also possible Such a blend nanofillers to mix. As nanofillers Such substances are suitable which are finely distributed in the nanometer range and thus maintain sufficient transparency. The used according to the invention nanoscale fillers are preferably selected from the group of oxides, oxide hydrates of boron, aluminum, calcium, Gallium, indium, silicon, germanium, tin, titanium, zirconium, zinc, Yttrium or iron.
Eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Formmassen aus den Polyamid-TPU-Blends betrifft einen Oberbelag, welcher als Schutzschicht und/oder als Druckträger z.B. für Sportgeräte wie Skier, Snowboards, Stöcke, Schläger etc. oder für Gehäuse von Geräten wie Haushaltsgeräte, Elektrogeräte, Möbel, Maschinen verwendet werden kann. Der Oberbelag besteht aus einer Einschichtfolie auf Basis von Polyamid-TPU-Blends oder aus einer Mehrschichtfolie mit wenigstens einer Schicht auf Basis von Polyamid-TPU-Blends. Insbesondere bei Verwendung der weichen Polyamid-TPU-Blends lässt sich eine besondere Haptik, z.B. im Bereich von Halteflächen oder Schaltern der Gebrauchsgegenstände, erzeugen.A preferred application of the molding compositions according to the invention of the polyamide-TPU blends relates to an upper covering, which serves as a protective layer and / or as a print carrier, for example for sports equipment such as skis, Snowboards, poles, rackets etc. or for housings can be used by appliances such as household appliances, electrical appliances, furniture, machinery. The top layer consists of a monolayer film based on polyamide TPU blends or of a multilayer film with at least one layer based on polyamide TPU blends. In particular, when using the soft polyamide TPU blends, a special feel, for example in the range of holding surfaces or switches of the utility objects, produce.
Zum oberflächlichen Schutz von Objekten wie beispielsweise Dekorartikeln, Skipässen, Displayabdeckungen aber auch von Oberseiten von Skiern und Snowboards werden als Oberbeläge Schutzfolien eingesetzt. Diese Schutzfolien, welche auf die zu schützende Fläche auflaminiert werden, bestehen in der Regel aus einem Kunststoffmaterial, welches spezielle Anforderungen erfüllen muss. Es muss ausreichende mechanische Werte besitzen so z.B. hinsichtlich Kratzfestigkeit, Schlagzähigkeit und E-Modul. Darüber hinaus muss während des gesamten Verarbeitungsprozesses eine ausreichende Formstabilität erhalten bleiben und das Material darf während der Lagerung der kalandrierten und geschnittenen Folien in Stapeln nicht blocken. Das Material soll zudem für eine rückseitige Bedruckung geeignet und transparent sein, und es sollte farbneutral sein. Das Kunststoffmaterial kann dabei aus einer einzigen Schicht bestehen, es kann aber auch eine Mehrschichtstruktur aufweisen. Weiterhin sollte eine gute Hitzebeständigkeit bei der Verarbeitung, die Eignung für Sublimierdruck, eine gute Tiefziehbarkeit oder Thermoformbarkeit und eine gute UV-Beständigkeit gegeben sein.To the superficial Protection of objects such as decorative items, ski passes, display covers but also from the tops of skis and snowboards are as toppings protective films used. These protective films, which are laminated on the surface to be protected are usually made of a plastic material which meet special requirements got to. It must have sufficient mechanical values, e.g. regarding Scratch resistance, impact resistance and modulus of elasticity. About that in addition, during obtained a sufficient dimensional stability of the entire processing process stay and the material allowed during the storage of the calendered and cut films in stacks do not block. The material should also be suitable for back printing and be transparent, and it should be neutral in color. The plastic material can consist of a single layer, but it can also have a multi-layer structure. Furthermore, should have good heat resistance in the processing, the suitability for sublimation printing, a good Thermoformability or thermoformability and good UV resistance be given.
Bevorzugtermaßen handelt es sich erfindungsgemäß bei der Struktur des Oberbelages um eine Einschichtfolie. Möglich ist aber auch eine Mehrschichtfolie, wobei dann wenigstens eine der Schichten dieser Mehrschichtfolie, beispielsweise eine Zweischichtfolie, die oben dargestellte Mischung bzw. Legierung aus PA und TPU bildet, und weitere Schichten beispielsweise auf Basis von TPU, ABS/TPU, PA 6, PA 66, PA 610, PA 6/12, PA 612, PA 11, PA 12, PA 11/12, PA 6I/6T, PA MACM9-18, PA PACM9-18 oder Mischungen davon vorhanden sein können. Es kann sich beim Material der zusätzlichen Schichten um thermoplastische Materialien, wie bevorzugt thermoplastisches Polyurethan (TPU) und dessen Mischungen (Blends) mit ABS oder um Polyamid 11 oder Polyamid 12 und dessen Mischungen respektive Copolymere handeln.Preferred measures is it is according to the invention in the Structure of the topcoat around a monolayer film. Is possible but also a multilayer film, in which case at least one of Layers of this multilayer film, for example a two-layer film, forms the mixture or alloy of PA and TPU shown above, and further layers, for example based on TPU, ABS / TPU, PA 6, PA 66, PA 610, PA 6/12, PA 612, PA 11, PA 12, PA 11/12, PA 6I / 6T, PA MACM9-18, PA PACM9-18 or mixtures thereof could be. It may be the material of the additional layers to thermoplastic Materials such as preferably thermoplastic polyurethane (TPU) and mixtures thereof (blends) with ABS or polyamide 11 or polyamide 12 and its mixtures or copolymers act.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Oberbelages, wie er oben beschrieben wurde. Dabei wird die Schicht durch Extrusion der Polyamid-TPU-Blends, sowie gegebenenfalls vorhandener Zusatzstoffe, bei einer Temperatur oberhalb von 180°C erzeugt. Im Falle einer Mehrschichtfolie kann diese Schicht zusammen mit einer oder mehreren weiteren Folienschichten coextrudiert werden. Nach dem Schritt der (Co)Extrusion folgt bevorzugtermaßen ein Kalandrieren der Folie. Das Kalandrieren kann dabei zwischen geheizten Walzen erfolgen.Farther The present invention relates to a process for the preparation a topping, as described above. Here is the Layer by extrusion of the polyamide TPU blends, and optionally existing Additives, produced at a temperature above 180 ° C. In the case of a multilayer film, this layer may be used together with one or more further film layers are coextruded. Following the step of (co) extrusion preferably follows Calendering the foil. The calendering can be heated between Rolling done.
Es kann dabei auch noch eine (oder auch mehrere) weitere, insbesondere bevorzugt mit Pigmenten versetzte Schicht, vorgesehen werden. Beispielsweise ist es möglich, als Pigment Titandioxid zu verwenden und so eine weiße Hintergrundsschicht zu bewirken. Beispielsweise kann eine derartige Schicht auf Basis von funktionellen gepfropften Polyolefinen ausgebildet sein, um die Haftung zu gewährleisten. Diese weitere Schicht kann zwischen der Schicht auf Basis von Polyamid-TPU-Blends und einem Druck (beispielsweise digitaler Druck, Ink-Jet, Sublimationsdruck, Tampondruck, etc.) angeordnet sein, oder aber bevorzugtermaßen ist der Druck zwischen der Schicht auf Basis von Polyamid-TPU-Blends und dieser mit Pigmenten versetzten Schicht angeordnet. Eine solche Folie kann anschließend auf das zu schützende Substrat in einem vom Fachmann den Bedingungen angepassten Laminationsprozess unter Anwendung von Druck und/oder erhöhter Temperatur aufgebracht werden. Auch ein Verkleben des Oberbelages mit dem Substrat ist denkbar, oder ein Hinterspritzen wie z.B. in einem IMD (In-Mould Decoration) oder einem IML(In-Mould Labelling)-Verfahren.It can also have one more (or more), in particular preferably pigmented layer can be provided. For example Is it possible, to use as pigment titanium dioxide and so a white background layer to effect. For example, such a layer based on of functional grafted polyolefins to be to guarantee the liability. This further layer can be between the layer based on polyamide-TPU blends and printing (eg, digital printing, ink-jet, sublimation printing, Pad printing, etc.), or is preferred the pressure between the layer based on polyamide-TPU blends and this pigmented layer is disposed. Such Slide can then to be protected Substrate in a lamination process adapted by the skilled person to the conditions applied using pressure and / or elevated temperature become. Also a gluing of the top covering with the substrate is conceivable, or a back injection such. in an IMD (in-mold Decoration) or an IML (in-mold labeling) method.
Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung eines Oberbelages, wie er oben beschrieben wurde, als oberflächlicher Schutz und/oder Druckträger für Sportgeräte wie insbesondere Skier, Snowboards, Surfboards, Skateboards, Stöcke, Schläger etc. oder für Gehäuse von Geräten wie Haushaltsgeräte, Elektrogeräte, Möbel, Geschirr, Textilien, Schuhe, Schilder, Böden, im Automobilbereich, Maschinen, oder als oberflächliche Schutzschicht für Display-Abdeckungen, als oberflächliche Schutzschicht für Druckträger wie beispielsweise Skipässe, Dekorartikel etc.It also concerns the present invention, a use of a top cover, such as as described above, as superficial protection and / or printing support for sports equipment, in particular Skis, snowboards, surfboards, skateboards, poles, rackets etc. or for cases of devices like household appliances, Electrical appliances, Furniture, Tableware, textiles, shoes, signs, floors, in the automotive sector, machinery, or as superficial Protective layer for Display covers, as superficial Protective layer for print carrier such as ski passes, Decorative items etc.
Des weiteren können die Polyamid-TPU-Blends zur Herstellung von Hohlprofilen, insbesondere von Rohren, eingesetzt werden. Die Hohlprofile sind bevorzugt einschichtig, können aber auch mehrschichtig aufgebaut sein, wobei die transparente Schicht aus Polyamid-TPU-Blend bevorzugt die Außenschicht bildet. Diese Hohlprofile haben die Aufgabe, Gase und/oder Flüssigkeiten zu leiten oder zu speichern. Einsatzgebiete sind z.B. pneumatische oder hydraulische Leitungen, Brems- oder Kühlflüssigkeitsleitungen, Hohlprofile mit Füllstandsanzeigefunktion sowie Leitungen im Lebensmittelbereich, wie z.B. Getränkeleitungen. Die Rohre und Leitungen können glatt, gewellt oder in Teilbereichen gewellt vorliegen.Furthermore, the polyamide TPU blends can be used for the production of hollow profiles, in particular of tubes. The hollow profiles are preferably single-layered, but may also be of multilayer construction, the transparent layer of polyamide-TPU blend preferably forming the outer layer. These hollow profiles have the task of conducting or storing gases and / or liquids. Fields of application are eg pneumatic or hydraulic lines, brake or coolant lines, hollow sections with fill level indicator function as well as lines in the food sector, such as beverage lines. The pipes and pipes may be smooth, corrugated or wavy in some areas.
Darüber hinaus eignen sich die Polyamid-TPU-Blends auch zur Herstellung von Hohlkörpern, insbesondere Flaschen und Kanister, die ein- oder mehrschichtig aufgebaut sind.Furthermore The polyamide-TPU blends are also suitable for the production of hollow bodies, in particular Bottles and canisters, which are single or multi-layered.
Ein weiteres Einsatzgebiet finden die erfindungsgemäßen Blends im 2-Komponenten-Spritzguss, wobei die Polyamid-TPU-Blends dekorativen und/oder funktionellen Zwecken dienen. Hierbei eignen sich insbesondere die weichen Polyamid-TPU-Blends zur Generierung von Hart-Weich-Verbunden, wobei die Weichkomponente klar transparent oder transparent eingefärbt vorliegen kann.One Another field of application is the blends according to the invention in 2-component injection molding, the polyamide-TPU blends being decorative and / or functional Serve purposes. In particular, the soft polyamide TPU blends are suitable here for the generation of hard-soft composites, wherein the soft component is clearly transparent or transparent colored can.
Die erfindungsgemäßen Blends werden in einer anderen Ausführungsform als transparente Kabelummantelung verwendet. Bei Mehrschichtummantelungen werden die Polyamid-TPU-Blends bevorzugt als Außenschicht verwendet.The Blends of the invention be in another embodiment used as a transparent cable sheath. For multi-layer jackets become the polyamide TPU blends preferably as outer layer used.
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert, ohne sie zu beschränken.The Invention is illustrated by the following examples, without restricting it.
BeispieleExamples
Die erfindungsgemäße Blendherstellung und in situ Lactampolymerisation erfolgte auf einem Doppelwellen-Extruder ZSK 25 (d = 25 mm, L/D = 49, 12 Gehäuse) von W&P-Coperion. In den Beispielen B1 bis B10 sowie in den Beispielen B15 und B16 wurden Lactam und TPU über zwei separate Dosierwaagen in den Einzug (Zone 1) und der Katalysator FE5312 in Zone 2 dosiert. In den Beispielen B11 bis B14 wurde der TPU-Feed gesplittet und ein Anteil in Zone 1 und der andere Teil in Zone 9 eingetragen. Vor der Weiterverarbeitung wurde das Granulat bei 80°C getrocknet.The Inventive blend production and in situ lactam polymerization was carried out on a twin-screw extruder ZSK 25 (d = 25 mm, L / D = 49, 12 housings) from W & P-Coperion. In Examples B1 to B10 and in Examples B15 and B16, lactam and TPU were over two separate dosing scales in the feeder (zone 1) and the catalyst FE5312 dosed in zone 2. In examples B11 to B14, the TPU feed was used split and share in zone 1 and the other part in zone 9 registered. Before further processing, the granules were added 80 ° C dried.
Anschließend wurden diese Mischungen auf einer Arburg Allrounder 320-210-750 (Hydronica) Spritzgussmaschine zu den benötigten Probekörpern verarbeitet, wobei die Zylindertemperaturen zwischen 220 bis 280°C und die Formtemperatur zwischen 20 und 60°C lagen. Die Schneckendrehzahl betrug 150 bis 400 Upm.Subsequently were these blends on an Arburg Allrounder 320-210-750 (Hydronica) Injection molding machine to the required specimens processed, with the cylinder temperatures between 220 to 280 ° C and the Mold temperature between 20 and 60 ° C lay. The screw speed was 150 to 400 rpm.
In den Beispielen B17 bis B19 wurden die PA-TPU-Blends in einem Zweistufenprozess hergestellt. Hierzu wurden im ersten Schritt Lactam-12 und der Katalysator FE5312 ohne Zugabe von TPU bei Gehäusetemperaturen im Bereich von 180 bis 330°C mittels der ZSK-25 zu einem anionischen Polyamid-12 umgesetzt (FE7353). Nach Trocknung des Granulates wurde FE7353 in einem zweiten Schritt mit der TPU-Komponente unter den in Tabelle 4 angegebenen Bedingungen im Extruder gemischt.In In Examples B17 to B19, the PA-TPU blends were in a two-step process produced. For this purpose, in the first step, lactam-12 and the catalyst FE5312 without added TPU at housing temperatures in the range from 180 to 330 ° C reacted with the ZSK-25 to an anionic polyamide-12 (FE7353). After drying the granules FE7353 was in a second step with the TPU component under the conditions given in Table 4 mixed in the extruder.
In den Vergleichsbeispielen VB1 bis VB4 wurde hydrolytisch hergestelltes Polyamid-12 mit verschiedenen TPU unter den in Tabelle 4 angegebenen Bedingungen und Mischungsverhältnissen extrudiert.In Comparative Examples VB1 to VB4 was hydrolytically produced Polyamide-12 with various TPU's below those listed in Table 4 Conditions and mixing ratios extruded.
Die Folien wurden auf einer Collin Flachfolienanlage (D = 30 mm, L/D = 25), ausgestattet mit einer kernprogressiven 3-Zonen-Schnecke und einer 300 mm Breitschlitzdüse, hergestellt. Bei der Flachfolienherstellung wurden folgende Bedingungen gewählt:
- • Zylindertemperaturen: 190 bis 240°C
- • Schneckendrehzahl: 40 bis 75 Upm
- • Walzentemperatur: 16 bis 50°C
- • Abzugsgeschwindigkeit: ca. 2,2 m/min
- • Lippenöffnung der Breitschlitzdüse: 0,7 mm
- • Foliendicke: 25 bis 1100 μm
- • Cylinder temperatures: 190 to 240 ° C
- • Screw speed: 40 to 75 rpm
- • Rolling temperature: 16 to 50 ° C
- • Take-off speed: approx. 2.2 m / min
- • Lip opening of the slot die: 0.7 mm
- • Film thickness: 25 to 1100 μm
Die Zusammensetzungen und die Eigenschaften der in den einzelnen Beispielen und Vergleichsbeispielen zum Einsatz kommenden Polyamidformmassen sowie daraus gefertigter Formteile sind in den Tabelle 1–4 zusammengefasst.The Compositions and the properties of the individual examples and Comparative Examples used for coming polyamide molding compounds as well as molded parts made of them are summarized in Table 1-4.
Die hergestellten Formmassen und Formteile wurden wie folgt geprüft:
- MVR:
- (Melt volume rate) bei 220°C und einer Belastung von 5 kg nach ISO 1133
- SZ:
- Schlagzähigkeit nach ISO 179/1eU (Charpy)
- KSZ:
- Kerbschlagzähigkeit nach ISO 179/1eA (Charpy)
- MVR:
- (Melt volume rate) at 220 ° C and a load of 5 kg to ISO 1133
- SZ:
- Impact strength according to ISO 179 / 1eU (Charpy)
- CSC:
- Notched impact strength according to ISO 179 / 1eA (Charpy)
Zug-E-Modul, Reißfestigkeit und Reißdehnung wurden nach ISO 527 an ISO-Zugstäben, Norm ISO/CD 3167, Typ A1, 170 × 20/10 × 4 mm bei einer Temperatur von 23°C ermittelt. Die mechanischen Werte wurden in trockenem Zustand bestimmt.Tensile modulus, ultimate tensile strength and elongation at break were determined according to ISO 527 on ISO tensile specimens, standard ISO / CD 3167, type A1, 170 × 20/10 × 4 mm at a temperature of 23 ° C. The mechanical values were determined in a dry state.
Die Streckspannung und -dehnung sowie Reißspannung und -dehnung der Folien wurden mittels des Zugversuches nach ISO 527 (Prüfgeschwindigkeit 100 mm/min) ermittelt. Die Folien hatten eine Dicke von 100 μm und waren 15 mm breit.The Yield stress and elongation, as well as tensile stress and strain of the Films were tested by means of the tensile test according to ISO 527 (test speed 100 mm / min). The films had a thickness of 100 microns and were 15 mm wide.
Der Durchschlagsversuch wurde gemäß ISO 6603-2 an 100 μm dicken Folien durchgeführt.Of the Puncture test was made according to ISO 6603-2 at 100 microns thick foils performed.
Die relative Viskosität (ηrel) wurde bei 20°C an einer 0,5%-igen m-Kresollösung nach der DIN EN ISO-Nom 307 bestimmt.The relative viscosity (η rel ) was determined at 20 ° C. on a 0.5% strength m-cresol solution according to DIN EN ISO-Nom 307.
Die Schmelztemperatur wurde mittels Differential Scanning Calorimetry (DSC) bei einer Aufheizrate von 20°C/min nach der ISO-Norm 11357-1/-2 bestimmt. Angegeben wird die Temperatur für das Peakmaximum.The Melting temperature was determined by differential scanning calorimetry (DSC) at a heating rate of 20 ° C / min according to ISO standard 11357-1 / -2 certainly. The temperature is given for the peak maximum.
Transmission und Trübung (Haze) wurden bei 23°C mit einem Haze-Gard Plus der Firma Byk-Gardner nach ASTM D-1003 (CIE Lichtart C) an Folien der Dicke 100, 800 und 1100 μm sowie an Rundplatten der Dimension 70 × 2 mm bestimmt. Transmission und Haze werden in % der eingestrahlten Lichtmenge angegeben.transmission and cloudiness (Haze) were at 23 ° C with a Haze-Gard Plus from Byk-Gardner according to ASTM D-1003 (CIE Lichtart C) on films of thickness 100, 800 and 1100 μm as well as round plates of dimension 70 × 2 mm determined. Transmission and Haze are irradiated in% of the Amount of light indicated.
Lactamgehalt:lactam:
Der Gehalt an Restlactam wird nach Extraktion mit Methanol gaschromatographisch nach der Methode des internen Standards (Oenantholactam) bestimmt. Dazu werden 2000 mg Probe und 19,8 mg Oenantholactam in einen 100 ml Rundkolben eingewogen und mit 60 ml Methanol für 8 h unter Rückfluss gekocht. Nach Filtration durch ein 0,2 μm Einmalfilter werden die Proben dem Gaschromatographen zugeführt (Injektions-Volumen: 1 μl).Of the Content of residual lactam is gas chromatographed after extraction with methanol determined by the method of the internal standard (Oenantholactam). For this purpose, 2000 mg of sample and 19.8 mg of oenantholactam in a 100 Weigh out a round bottomed flask and dissolve with 60 ml of methanol for 8 h backflow cooked. After filtration through a 0.2 μm disposable filter, the samples supplied to the gas chromatograph (Injection volume: 1 μl).
In den Beispielen wurden folgende Komponenten verwendet:In the examples, the following components used:
1. Thermoplastisches Polyurethan
2. Katalysator zur Auslösung der anionischen Lactampolymerisation:2. Catalyst for triggering the anionic lactam polymerization:
- – FE5312: Natriumacetanilid (19,0 Gew.-%) gelöst in Tetrabutylharnstoff- FE5312: Sodium acetanilide (19.0% by weight) dissolved in tetrabutylurea
3. Lactam und Polyamidkomponenten3. Lactam and polyamide components
- – Caprolactam und Laurinlactam; Wassergehalt kleiner 0,01 Gew.-%- caprolactam and laurolactam; Water content less than 0.01% by weight
- – Grilamid L20 ist ein mittelviskoses Polyamid-12 mit ηrel = 1,95.- Grilamid L20 is a medium-viscosity polyamide-12 with η rel = 1.95.
- – FE7353 ist ein durch anionische Polymerisation von Lactam-12 hergestelltes Polyamid-12, das eine Lösungsviskosität von ηrel = 2,05, einen MVR von 110 cm3/10 min. und einen Lactamrestgehalt von 0,36 Gew.-% aufweist. Bezogen auf Lactam-12 wurde der Katalysator FE5312 in einer Konzentration von 2,5 Gew.-% eingesetzt.- FE7353 is a polymer produced by anionic polymerization of lactam 12 polyamide 12, a solution viscosity of η rel = 2.05, a MVR of 110 cm 3/10 min. and a lactam residue content of 0.36 wt%. Based on lactam-12, the catalyst FE5312 was used in a concentration of 2.5% by weight.
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