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Querverweis(e) auf verwandte Anmeldungen
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Gemäß 35 U.S.C. § 119(a) beansprucht die Anmeldung die Priorität der
Koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2010-0009245 , die am 1. Februar 2010 eingereicht wurde und auf welche hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird.
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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Polypropylen-Polymilchsäure-Kompositmaterial, das eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit aufweist und in nützlicher Weise für Innenelemente/Außenelemente von Fahrzeugen, den Innenbereich von Bauwerken usw. verwendbar ist.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Fossile Brennstoffressourcen und insbesondere Erdölressourcen werden in vielen Industriebereichen eingesetzt. Da die Menge an Erdölressourcen begrenzt ist, hat sich die Forschung auf die Entwicklung alternativer Energiequellen fokussiert. Eine der alternativen Energiequellen, die vorgeschlagen wurde, ist ein Biomasse-Polymer, das aus einer Pflanzenquelle, wie beispielsweise Mais, Bohnen, Rohrzucker und Holz stammt. Von den Biomasse-Polymeren wurde Polymilchsäureharz als Material zum Herstellen industrieller Gegenstände, einschließlich Fahrzeugteilen, vorgeschlagen.
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Eines der Probleme von Polymilchsäureharz sind seine physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise eine geringe Wärmebeständigkeit und eine geringe Schlagfestigkeit, wodurch die Möglichkeiten der industriellen Anwendung eingeschränkt sind. Verfahren, die vorgeschlagen wurden, um die Wärmebeständigkeit und die Schlagfestigkeit von Polymilchsäureharz zu verbessern, beinhalten das Mischen von Polymilchsäureharz mit Polypropylenharz unter Verwenden eines Kompatibilisierungsmittels, wie es beispielsweise in den
Japanischen Patentanmeldungen mit den Veröffentlichungsnummern 2009-096892 ,
2008-081585 und
2008-111043 offenbart ist. Bei diesen Verfahren werden insbesondere ein Maleinsäureanhydrid-gepfropftes, amorphes Polypropylen, ein Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Ethylen-Propylen-Copolymer oder ein amino-modifiziertes Elastomer als Kompatibilisierungsmittel verwendet. Die resultierenden Kompositmaterialien weisen jedoch immer noch physikalischen Eigenschaften auf, die für eine Verwendung in Innenelementen und Außenelementen für Fahrzeuge, für den Innenbereich von Bauwerken, usw. unzureichend sind.
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Die in dem obigen Abschnitt „Hintergrund” offenbarten Informationen dienen lediglich zum besseren Verständnis des Hintergrunds der Erfindung und es können daher Informationen enthalten sein, die keinen Stand der Technik bilden, wie er einem Durchschnittsfachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Kompositmaterial-Zusammensetzung bereit, die ein Polypropylenharz, ein Polymilchsäureharz und ein Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Ethylen-Octen-Copolymer-Harz enthält. Die Polypropylen-Polymilchsäure-Kompositmaterial-Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in bestehenden Polypropylen-Spritzguss-Prozessen einsetzbar und kann für Innenelemente/Außenelemente von Fahrzeugen, den Innenbereich von Bauwerken usw. verwendet werden.
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Die vorstehend angegebenen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus den beigefügten Figuren, die in die Beschreibung integriert sind und einen Teil derselben bilden, und der folgenden ausführlichen Beschreibung, wobei diese gemeinsam dazu dienen, die Grundlagen der vorliegenden Erfindung beispielhaft zu erläutern, ersichtlich oder sind genauer in diesen beschrieben.
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Es wird verstanden, dass der Begriff „Fahrzeug” oder „Fahrzeug-” oder jeder ähnliche Begriff, wie er hierin verwendet wird, Motorfahrzeuge allgemein, wie beispielsweise Personenkraftwagen, einschließlich Geländewagen (sports utility vehicles, SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich verschiedener Boote und Schiffe, Flugzeuge und dergleichen und ebenso Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, umsteckbare Hybrid-Elektro-Fahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und Fahrzeuge mit anderen alternativen Brennstoffen (z. B. Brennstoffen, die aus anderen Ressourcen als Erdöl stammen) einschließt. Wie es hierin verwendet wird, bezeichnet ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, bei dem zwei oder mehr Antriebsquellen verwendet werden, wie zum Beispiel Fahrzeuge, die sowohl mit Benzin als auch elektrisch angetrieben werden.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen ersichtlich, welche in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben sind, in der:
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1 schematisch ein Prinzip zeigt, mittels welchem ein Polypropylenharz mit einem Polymilchsäureharz kompatibel gemacht wird.
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Ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen
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Die Vorteile, Merkmale und Aspekte der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ersichtlich, die im Folgenden angegeben ist.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Polypropylen-Polymilchsäure-Kompositmaterial-Zusammensetzung bereit, die ein Polypropylenharz, ein Polymilchsäureharz und ein Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Ethylen-Octen-Copolymer-Harz enthält.
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Das Polypropylenharz, das eines der herkömmlich verwendeten Kunststoffharze ist, ist leicht erhältlich, kostengünstig, einfach herzustellen, aufgrund seiner geringen spezifischen Dichte sehr leicht und fest, weist eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, absorbiert kein Wasser und weist eine ausgezeichnete Elastizität, eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit und eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit auf. Da es ein recyclebares thermoplastisches Harz ist, wird es zudem zunehmend häufiger verwendet.
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In der vorliegenden Erfindung kann eines, das ausgewählt ist aus einem Propylen-Homopolymer, einem statistischen Propylen-Copolymer und einem Propylen-Block-Copolymer, verwendet werden. Vorzugsweise wird eines mit einem Schmelzindex (melting index, MI) von 0,5 bis 30 g/10 min (ASTM D 1238, 230°C), besonders bevorzugt von 1,5 bis 20 g/10 min, verwendet. Wenn der Schmelzindex zu klein ist, kann die Verarbeitbarkeit des Kompositmaterials aufgrund der übermäßig hohen Schmelzviskosität verschlechtert sein. Wenn der Schmelzindex zu hoch ist, können indessen die mechanischen Eigenschaften nicht verbessert werden. Das Polypropylenharz wird bevorzugt in einer Menge von 65 bis 70 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-% der Kompositmaterial-Zusammensetzung, verwendet. Wenn weniger als 65 Gew.-% verwendet werden, können die mechanischen Eigenschaften aufgrund der Knappheit des Polypropylenharzes, das als Hauptmatrixmaterial verwendet wird, verschlechtert sein. Wenn mehr als 70 Gew.-% verwendet werden, ist indessen der Anteil des Polymilchsäure-Biomaterials relativ klein. Es ist daher bevorzugt, dass der vorstehend angegebene Bereich eingehalten wird.
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Das Polymilchsäureharz wird mittels Polymerisation eines Milchsäure-Monomers hergestellt. Milchsäure liegt entweder als L- oder D-Milchsäure vor, welche unterschiedlich optisch aktiv sind. Milchsäure kann aus fossilen Brennstoffen, wie beispielsweise Kohle, Erdöl, Erdgas, usw. chemisch synthetisiert werden oder mittels der Fermentation von Kohlenwasserstoffen aus von Pflanzen stammenden Quellen, wie beispielsweise Maisstärke, Kartoffelstärke und Zuckerrohrsaft, hergestellt werden. Während die aus fossilen Brennstoffen chemisch synthetisierte Milchsäure als razemische Mischung von L- und D-Milchsäure erhalten wird, weist das Fermentationsprodukt 99,5 Gew.-% oder mehr L-Milchsäure auf. Die Fermentation von aus Pflanzen stammenden Quellen ist daher bevorzugt. In der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise auch ein natürliches Material, das aus Biomasse synthetisiert wurde und bevorzugt ein Molekulargewicht von 80.000 bis 150.000 g/mol aufweist, verwendet. Wenn das Molekulargewicht kleiner als 80.000 g/mol ist, kann die mechanische Festigkeit unzureichend sein. Wenn das Molekulargewicht mehr als 150.000 g/mol beträgt, kann aufgrund des übermäßig hohen Schmelzpunkts indessen keine gleichmäßige Dispersion erreicht werden. Das Polymilchsäureharz wird bevorzugt in einer Menge von 15 von 25 Gew.-% verwendet. Wenn weniger als 15 Gew.-% verwendet werden, verblasst die Bedeutung der Verwendung des umweltfreundlichen Biomaterials im Vergleich zu den bekannten Erdöl-basierten Materialien und die mechanischen Eigenschaften können verschlechtert sein, da die Menge des Materials, das an das Maleinsäureanhydrid-gepfropfte Ethylen-Octen-Copolymer bindet, abnimmt. Wenn mehr als 25 Gew.-% verwendet werden, können sich die mechanischen Eigenschaften indessen aufgrund des relativ kleinen Anteils an Polypropylenharz verschlechtern.
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Das Maleinsäureanhydrid-gepfropfte Ethylen-Octen-Copolymer-Harz wird als Kompatibilisierungsmittel für das Polypropylenharz und das Polymilchsäureharz verwendet, die aufgrund ihrer unterschiedlichen Polaritäten nicht kompatibel sind. Es dient als Dispersionsmittel, das die Partikel des Polymilchsäureharzes, in welchem ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen mittels in situ-Polymerisation dispergiert ist, gleichmäßig in dem Polypropylenharz auf Mikroebene verteilt, und als Vernetzungsmittel, das eine Adhäsion an den Grenzflächen zwischen dem Polypropylenharz und dem Polymilchsäureharz, in welchem ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen mittels in situ-Polymerisation dispergiert wurde, induziert und dadurch die mechanischen Eigenschaften verbessert. Das Maleinsäureanhydrid-gepfropfte Ethylen-Octen-Copolymer weist bevorzugt ein Pfropfverhältnis an Maleinsäureanhydrid von 0,5 bis 1,0 Gew.-% auf. Wenn das Pfropfverhältnis kleiner als 0,5 Gew.-% ist, kann das Polymilchsäureharz aufgrund seiner geringen Polarität nicht gleichmäßig verteilt sein. Wenn es mehr als 1,0 Gew.-% beträgt, kann aufgrund der übermäßig hohen Schmelzviskosität indessen die Dispergierbarkeit des Polymilchsäureharzes verschlechtert sein. Es ist daher bevorzugt, dass der vorstehend angegebene Bereich eingehalten wird. Das Maleinsäureanhydrid-gepfropfte Ethylen-Octen-Copolymer wird bevorzugt in einer Menge von 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-% der Zusammensetzung, verwendet. Wenn weniger als 5 Gew.-% verwendet werden, kann die Kerbschlagzähigkeit der Zusammensetzung verschlechtert sein, da das Polymilchsäureharz nicht gleichmäßig verteilt ist. Und wenn mehr als 20 Gew.-% verwendet werden, kann die mechanische Festigkeit nicht verbessert werden. Es ist daher bevorzugt, den vorstehend angegebenen Bereich einzuhalten.
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Die Polypropylen-Polymilchsäure-Kompositmaterial-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann wie folgt zu Innenelementen/Außenelementen von Fahrzeugen oder zu Elementen für den Innenbereich von Bauwerken ausgestaltet werden.
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Zunächst werden 65 bis 70 Gew.-% eines Polypropylenharzes, 15 bis 25 Gew.-% eines Polymilchsäureharzes und 5 bis 20 Gew.-% eines Maleinsäureanhydrid-gepfropften Ethylen-Octen-Copolymers unter Verwenden einer Mischvorrichtung, wie beispielsweise eines Mischers oder eines Trichters, vollständig gemischt. Dann wird das gemischte Material unter Verwenden eines Extruders zu einem Pellet schmelzextrudiert. Das extrudierte Pellet wird auf 200 bis 220°C erwärmt und dann in eine Form mit einer Temperatur von 30 bis 50°C spritzgegossen, um ein Produkt mit einer gewünschten Form zu erhalten.
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Die Polypropylen-Polymilchsäure-Kompositmaterial-Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung, die das Polymilchsäure-Biomaterial mit bis zu 25 Gew.-% enthält, kann nach ihrer Verwendung wieder aufbereitet werden und ist aufgrund ihrer ausgezeichneten Wärmebeständigkeit und ihrer ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften, einschließlich der Kerbschlagzähigkeit, in nützlicher Weise für Innenelemente/Außenelemente von Fahrzeugen, wie beispielsweise Außendämpfer am Armaturenbrett, Innendämpfer am Armaturenbrett, Kofferraumdämpfer, Türfüllungen, Türverkleidungen, Dachverkleidungen, Hutablagen, Kofferraummatten, sowie Elemente für den Innenbereich von Bauwerken usw. verwendbar.
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Beispiele
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Im Folgenden werden Beispiele und Versuche beschrieben. Die folgenden Beispiele dienen lediglich zu Veranschaulichungszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken.
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Beispiele 1 und 2
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Ein Polypropylenharz, ein Polymilchsäureharz und ein Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Ethylen-Octen-Copolymer-Harz wurden in trockenem Zustand gemischt und nach Zufügen eines Doppelschraubenextruders bei 210°C, d. h. oberhalb des Schmelzpunkts, schmelzgemischt, um Kompositmaterial-Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen. Das Polymilchsäureharz wurde in der Schmelze aus Polypropylenharz und Maleinsäureanhydrid-gepfropftem Ethylen-Octen-Copolymer dispergiert. Die Zusammensetzung ist in Tabelle 1 angegeben.
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Vergleichsbeispiele 1 bis 4
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Zum Vergleich mit den Kompositmaterial-Zusammensetzungen gemäß den Beispielen 1 und 2 wurden Kompositmaterial-Zusammensetzungen auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, außer dass entsprechend ein Maleinsäureanhydrid-gepfropftes, amorphes Polypropylenharz (Vergleichsbeispiel 1), ein Maleinsäureanhydrid-gepfropftes, kristallines Polypropylenharz (Vergleichsbeispiel 2), ein Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Ethylen-Propylen-Copolymer-Harz (Vergleichsbeispiel 3) und ein amino-modifiziertes Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol-Block-Copolymer-Harz (Vergleichsbeispiel 4) anstelle des Maleinsäureanhydrid-gepfropften Ethylen-Octen-Copolymers verwendet wurden. Die Zusammensetzung ist in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1
| | Beispiele
(Gew.-%) | Vergleichsbeispiele
(Gew.-%) |
| | 1 | 2 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| A | 65 | 70 | 70 | 70 | 70 | 70 |
| B | 15 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 |
| C-1 | 20 | 5 | - | - | - | - |
| C-2 | - | - | 5 | - | - | - |
| C-3 | - | - | - | 5 | - | - |
| C-4 | - | - | - | - | 5 | - |
| C-5 | - | - | - | - | - | 5 |
| A: statistisches Polypropylen-Copolymer-Harz (R724, LG-Caltex)
B: Polymilchsäureharz (Nature Works)
C-1: Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Ethylen-Octen-Copolymer-Harz (Aldrich)
C-2: Maleinsäureanhydrid-gepfropftes, amorphes Polypropylenharz (Tuf-selen T4535MA, Sumitomo Chemical)
C-3: Maleinsäureanhydrid-gepfropftes, kristallines Polypropylenharz (Umex 1010, Sanyo Chemical Industries)
C-4: Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Ethylen-Propylen-Copolymer-Harz (MP0620, Mitsui Chemical)
C-5: Amino-modifiziertes Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol-Block-Copolymer-Harz (Dynaron 8630P, JSR) |
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Versuchsbeispiel: Messung der physikalischen Eigenschaften
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Um die mechanischen Eigenschaften der Kompositmaterial-Zusammensetzungen, die in den Beispielen 1 und 2 und in den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 hergestellt wurden, zu messen, wurden mittels Spritzgießen Versuchsproben hergestellt und die physikalischen Eigenschaften wurden gemäß ASTM D 638, ASTM D 256, ASTM D 790 und ASTM D 648 gemessen. Das Ergebnis ist in Tabelle 2 angegeben. Die Proben für die Messung der Zugeigenschaften waren hantelförmig und auf denjenigen für die Messung der Kerbschlagzähigkeit wurden Kerben gebildet.
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1) Zugeigenschaften
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Gemäß ASTM D 638 (Standardprüfverfahren für die Zugeigenschaften von Kunststoffen) wurde eine Versuchsprobe hergestellt und die Zugfestigkeit, die Dehnung und das Zugmodul wurden unter Verwenden einer Universalprüfmaschine gemessen.
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2) Kerbschlagzähigkeit
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Gemäß ASTM D 256 (Standardprüfverfahren zum Bestimmen der Schlagfestigkeit von Kunststoffen mittels Izod-Pendel) wurde eine Versuchsprobe hergestellt und die Kerbschlagzähigkeit wurde unter Verwenden eines Izod-Fallwerks gemessen.
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3) Elastizitätsmodul
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Gemäß ASTM D 790 (Standardprüfverfahren für die Elastizitätseigenschaften von nicht verstärkten und verstärkten Kunststoffen und elektrisch isolierenden Materialien) wurde eine Versuchsprobe hergestellt und das Elastizitätsmodul wurde unter Verwenden einer Universalprüfmaschine gemessen.
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4) Wärmebeständigkeit
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Gemäß
ASTM D 648 (Standardprüfverfahren für die Formbeständigkeit von Kunststoffen bei einer Biegebelastung im Randbereich) wurde eine Versuchsprobe hergestellt und die Wärmebeständigkeit wurde unter Verwenden einer Universalprüfmaschine gemessen. Tabelle 2
| | Beispiele | Vergleichsbeispiele |
| 1 | 2 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Zugfestigkeit (MPa) | 281 | 280 | 150 | 130 | 120 | 130 |
| Dehnung (%) | 490 | 450 | 150 | 183 | 190 | 170 |
| Zugmodul (MPa) | 1500 | 1450 | 560 | 580 | 570 | 550 |
| Kerbschlagzähigkeit (kJ/m2) | 18 | 19 | 17 | 6 | 5 | 4 |
| Elastizitätsmodul (MPa) | 12000 | 12100 | 8000 | 8200 | 11900 | 9100 |
| Wärmebeständigkeit (°C) | 119 | 118 | 90 | 92 | 115 | 90 |
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Wie in Tabelle 2 gezeigt ist, zeigte Vergleichsbeispiel 1, bei dem ein Maleinsäureanhydrid-gepfropftes, amorphes Polypropylenharz als Kompatibilisierungsmittel verwendet wurde, eine gute Kerbschlagzähigkeit, jedoch nur geringe Zugeigenschaften. Vergleichsbeispiel 3, bei dem ein Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Ethylen-Propylen-Copolymer-Harz verwendet wurde, zeigte eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und ein ausgezeichnetes Elastizitätsmodul, jedoch sind die Kerbschlagzähigkeit und die Zugeigenschaften nicht ausreichend, um es für Innen- und Außenelemente von Fahrzeugen verwenden zu können. Im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 4, bei dem ein amino-modifiziertes Elastomer verwendet wurde, zeigte die Polypropylen-Polymilchsäure-Kompositmaterial-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung, in der ein Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Ethylen-Octen-Copolymer-Harz verwendet wurde, eine bessere mechanische Festigkeit und eine bessere Wärmebeständigkeit.
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Schließlich weisen die Polypropylen-Polymilchsäure-Kompositmaterial-Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete Kerbschlagzähigkeit (> 18 kJ/m2) und eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit (> 110°C), so dass die Anforderungen für Innen- und Außenelemente von Fahrzeugen erfüllt werden, sowie bessere Zugeigenschaften als die bekannten Polymilchsäure-Kompositmaterial-Zusammensetzungen auf. Daher kann sie in nützlicher Weise für Innenelemente/Außenelemente von Fahrzeugen, wie beispielsweise Außendämpfer am Armaturenbrett, Innendämpfer am Armaturenbrett, Kofferraumdämpfer, Türfüllungen, Türverkleidungen, Dachverkleidungen, Hutablagen, Kofferraummatten, sowie für Elemente im Innenbereich von Bauwerken usw., verwendet werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute erkennen, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem eigentlichen Sinn und dem Umfang der Erfindung, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2010-0009245 [0001]
- JP 2009-096892 [0004]
- JP 2008-081585 [0004]
- JP 2008-111043 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ASTM D 1238 [0014]
- ASTM D 638 [0023]
- ASTM D 256 [0023]
- ASTM D 790 [0023]
- ASTM D 648 [0023]
- ASTM D 638 [0024]
- ASTM D 256 [0025]
- ASTM D 790 [0026]
- ASTM D 648 [0027]
