DE102010038627A1 - Umweltfreundliche Polypropylen-Polymilchsäurekomposit-Zusammensetzung - Google Patents

Umweltfreundliche Polypropylen-Polymilchsäurekomposit-Zusammensetzung Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polypropylen-Polymilchsäure-Komposit-Zusammensetzung, die eine Mischung von Polypropylenharz und Polymilchsäureharz enthält, der mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Ethylen-Octen-Copolymer, mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Polymilchsäureharz, Polyethylenglycidylmethacrylatharz und Talkpartikel zugesetzt sind. Die Zusammensetzung reduziert die Emission von CO2 und verbessert die mechanische Festigkeit und Wärmebeständigkeit, wodurch sie als Material für Innen- und Außenteile von Fahrzeugen sowie Gebäuden geeignet ist.

Description

  • Hintergrund
  • (a) Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Polypropylen-Polymilchsäure-Komposit-Zusammensetzung. Genauer gesagt betrifft sie eine Polypropylen-Polymilchsäure-Komposit-Zusammensetzung mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit und ausgezeichneter mechanischer Festigkeit, wodurch sie in der Herstellung von Materialien für Fahrzeugteile sowie Baumaterialien von Nutzen ist.
  • (b) Stand der Technik
  • Die schnelle globale Industrialisierung seit dem späten 20. Jahrhundert scheint vorwiegend auf fossilen Brennstoffressourcen, insbesondere Erdölressourcen, zu basieren. Die Bestrebungen hin zu einer vollständig ausgereiften Industrialisierung gleichzeitig mit einer weltweiten Bevölkerungszunahme haben den Einsatz von Erdöl stark erhöht. Erdöl ist jedoch keine erneuerbare Ressource und sein weltweites Vorkommen scheint sehr begrenzt zu sein. Da Erdöl Kohlenstoffdioxid erzeugt, das als Hauptursache der globalen Erwärmung gilt, untersuchen viele Forschungsgruppen ferner, wie sich die Emission von Kohlenstoffdioxid reduzieren und der Einsatz von Erdöl vermeiden lässt.
  • Von Pflanzen stammende Biomassepolymere können mit Hilfe chemischer oder biologischer Mittel aus erneuerbaren Pflanzenressourcen, wie beispielsweise Mais, Bohnen, Zuckerrohr, Holz oder dergleichen gewonnen werden. Bezüglich ihrer Verträglichkeit mit der Umwelt, einschließlich der Verringerung von Kohlenstoffdioxid, scheinen sie effektiver als bioabbaubare Materialien zu sein. Von den Biomassepolymeren ist Polymilchsäure ein linearer aliphatischer Polyester, der aus der Fermentation von Stärke von Mais oder Kartoffeln oder durch Polymerisation von Zuckermonomeren, die durch Fermentation verzuckerter Pflanzenzellulose gewonnen werden, erzeugt wird. Er ist ein kohlenstoffneutrales, umweltfreundliches thermoplastisches Polymer.
  • Im Vergleich zu herkömmlichen Polymermaterialien weist Polymilchsäureharz jedoch schlechte physikalische Eigenschaften auf und seine gewerbliche Anwendbarkeit ist daher stark eingeschränkt. Genauer gesagt ist es, um Polymilchsäure als Material für Fahrzeuge einzusetzen, wesentlich, seine Wärmebeständigkeit und seine Kerbschlagzähigkeit zu verbessern. Daher wurden viele Versuche unternommen, um Kompositmaterialien zu entwickeln, bei denen Polypropylenharz, ein herkömmliches Erdöl-basiertes Harz dem Polymilchsäureharz beigemischt wird.
  • Polypropylenharz ist aufgrund der unterschiedlichen Polarität der beiden Materialien nicht mit Polymilchsäureharz kompatibel, so dass verschiedene Verfahren des Zugebens eines Kompatibilisierungsmittels untersucht wurden. Zum Beispiel offenbaren die Japanischen Patentanmeldungen mit den Veröffentlichungs-Nr. 2009-096892 und 2009-256487 Verfahren, bei welchem ein mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes, nicht-kristallines Polypropylen als Kompatibilisierungsmittel zugesetzt wird, um die Kompatibilität zwischen dem Polymilchsäureharz und dem Polypropylenharz zu verbessern. Die in den Dokumenten angegebenen Zusammensetzungen zeigten eine ausgezeichnete Kerbschlagzähigkeit, jedoch schlechte Zugeigenschaften.
  • Die Japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 2008-111043 offenbart ein Verfahren, bei welchem ein mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Ethylen-Propylen-Copolymer als Kompatibilisierungsmittel verwendet wird. Das in dem Dokument genannte Kompositmaterial zeigt eine gute Wärmebeständigkeit, seine Kerbschlagzähigkeit reicht jedoch nicht aus, um zur Herstellung von Fahrzeugmaterialien verwendet zu werden. Das Dokument offenbart auch ein Verfahren, bei welchem ein amino-modifiziertes Elastomer als Kompatibilisierungsmittel verwendet wird, um eine Zusammensetzung mit ausgezeichneten Eigenschaften sowohl hinsichtlich der Wärmebeständigkeit als auch hinsichtlich der Kerbschlagzähigkeit zu erhalten. Die Eigenschaften der resultierenden Zusammensetzung reichen jedoch nicht aus, um diese als Material für Innen- und Außenteile von Fahrzeugen verwendet werden zu können.
  • Die in dem vorstehenden Abschnitt Hintergrund angegebenen Informationen dienen lediglich dazu, das Verständnis des Hintergrunds der Erfindung zu verbessern und können daher Informationen enthalten, die keinen Stand der Technik bilden, wie er einem Durchschnittsfachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
  • Zusammenfassung der Offenbarung
  • In dem Versuch, die vorstehend beschriebenen, mit dem Stand der Technik verbundenen Probleme zu lösen, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung eine Komposit-Zusammensetzung entwickelt, in der ein mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Ethylen-Octen-Copolymer und ein mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Polymilchsäureharz als Kompatibilisierungsmittel zugegeben werden, um die Kompatibilität zwischen dem Polypropylenharz und dem Polymilchsäureharz zu verbessern, wobei Polyethylenglycidylmethacrylat (EGMA) zugegeben wird, um die mechanischen Eigenschaften, einschließlich der Wärmebeständigkeit und der Kerbschlagzähigkeit des Polymilchsäurematerials, zu verbessern, und Talkpartikel zugegeben werden, um letztere ebenso zu verbessern.
  • In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Zusammensetzung bereit, die durch Mischen eines Polymilchsäureharzes, einem Biomaterial, das die Kohlenstoffdioxidemission reduzieren kann, mit einem Polypropylenharz, einem Material, das weit verbreitet für die Herstellung von Innen- und Außenteilen von Fahrzeugen verwendet wird, hergestellt wird, wodurch der Zusammensetzung eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit verliehen werden und gleichzeitig zu einer Verringerung der Verwendung Benzin-basierter Materialien beigetragen wird.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine umweltfreundliche Polypropylen-Polymilchsäure-Komposit-Zusammensetzung zur Herstellung eines Materials für Innen- und Außenteile eines Fahrzeugs, welche Polypropylenharz, Polymilchsäureharz, mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Ethylen-Octen-Copolymerharz, mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Polymilchsäureharz, Talkpartikel und Polyethylenglycidylmethacrylat (EGMA) enthält.
  • Da die erfindungsgemäße Polypropylen-Polymilchsäure-Komposit-Zusammensetzung bis zu 30 Gew.-% Polymilchsäure als Biomaterial enthält, kann sie nach ihrer Verwendung wiederaufbereitet werden und genügt so in geeigneter Weise einem „grünem Wachstum bei geringem Kohlenstoffanteil”. Aufgrund ihrer ausgezeichneten Wärmebeständigkeit und mechanischen Festigkeit, wie beispielsweise ihrer ausgezeichneten Kerbschlagzähigkeit, kann sie ferner als Material für die Herstellung von Innen- und Außenteilen von Fahrzeugen sowie von Gebäuden verwendet werden.
  • Die vorstehend angegebenen und weitere 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.
  • 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.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Die obigen und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen derselben, welche in den beigefügten Figuren veranschaulicht sind, die im Folgenden lediglich zu Veranschaulichungszwecken angegeben sind und die vorliegende Erfindung daher nicht einschränken sollen, nachfolgend ausführlich beschrieben, wobei in den Figuren gilt:
  • 1 ist ein Diagramm, das das Grundprinzip der Kompatibilisierung zwischen dem Polypropylenharz und dem Polymilchsäureharz veranschaulicht.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben, die beispielhaft in den beigefügten Figuren veranschaulicht und im Folgenden beschrieben sind. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, soll verstanden werden, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen einschränken soll. Es soll im Gegenteil verstanden werden, dass die Erfindung nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und weitere Ausführungsformen abdeckt, die im eigentlichen Sinn und Umfang der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, enthalten sind.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polypropylen-Polymilchsäure-Komposit-Zusammensetzung, die Polypropylenharz, Polymilchsäureharz, mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Ethylen-Octen-Copolymerharz, mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Polymilchsäureharz, Polyethylenglycidylmethacrylat (EGMA) und Talkpartikel enthält.
  • Das Polypropylenharz ist ein weit verbreitet eingesetztes Kunststoffharz, das aus günstigen und im Überfluss vorhandenen Rohmaterialien mittels eines einfachen Prozesses hergestellt wird. Durch seine geringe spezifische Dichte ist es leicht, fest, weist eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, absorbiert kein Wasser und weist eine ausgezeichnete Elastizität, eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Medikamente, eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit oder dergleichen auf. Da es ein wiederaufbereitbares thermoplastisches Harz ist, nimmt seine Verwendung ferner stetig zu.
  • Das in der vorliegenden Erfindung zu verwendende Polypropylenharz kann ausgewählt sein aus der Gruppe, bestehend aus einem Propylen-Homopolymer, einem statistischen Propylen-Copolymer und einem Propylen-Block-Copolymer. Das Polypropylenharz weist bevorzugt einen Schmelzindex (melt index, MI) von 0,5–30 g/10 min (ASTM D 1238, 230°C), besonders bevorzugt von 1,5–20 g/10 min, auf. Wenn der Schmelzindex zu niedrig ist, kann dies die Verarbeitbarkeit des Kompositmaterials aufgrund einer zu hohen Schmelzviskosität verschlechtern. Wenn der Schmelzindex zu hoch ist, kann dies zum anderen zu einer schlechten mechanischen Festigkeit führen.
  • Das Polypropylenharz wird bevorzugt in einer Menge von 55–60 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-% der gesamten Komposit-Zusammensetzung, eingesetzt. Wenn weniger als 55 Gew.-% verwendet werden, reicht der Gehalt des zu verwendenden Polypropylenharzes als Hauptmaterial für die Matrix nicht aus und so kann die mechanische Festigkeit abnehmen. Wenn mehr als 60 Gew.-% verwendet werden, kann dies indessen den Gehalt der zu verwendenden Polymilchsäure verringern, was der in der vorliegenden Erfindung angestrebten Maximierung an Biomasse widerspricht. Es ist daher bevorzugt, dass der vorstehend angegebene Bereich eingehalten wird.
  • Das vorstehend angegebene Polymilchsäureharz kann durch Polymerisation von monomerer Milchsäure hergestellt werden. Je nach der optischen Aktivität liegt Milchsäure als L- oder D-Milchsäure vor. Allgemein kann Milchsäure mittels eines chemischen Verfahrens unter Verwenden einer fossilen Ressource, wie beispielsweise Kohle, Benzin, Erdgas, oder durch Fermentation von Kohlenwasserstoffen aus Pflanzen, wie beispielsweise Maisstärke, Kartoffelstärke, Molasse, synthetisiert werden. Bei der chemischen Synthese von Milchsäure wird die Milchsäure in Form einer razemischen Mischung, die 50 Gew.-% L- und 50 Gew.-% D-Milchsäure aufweist, erzeugt. Im Gegensatz dazu wird bei der Synthese von Milchsäure mittels Fermentation mehr als 99,5 Gew.-% L-Milchsäure erzeugt. Die Synthese von Milchsäure mittels Fermentation von Pflanzenressourcen ist daher bevorzugt.
  • Es ist bevorzugt, fass 100% natürliche Ressourcen, die aus Biomasse synthetisiert wurden, verwendet werden, die ein Molekulargewicht in einem Bereich von 100.000–150.000 g/mol besitzen. Wenn das Molekulargewicht weniger als 100.000 g/mol beträgt, kann dies zu einer Verschlechterung der mechanischen Festigkeit der erzeugten Milchsäure führen. Wenn das Molekulargewicht hingegen mehr als 150.000 g/mol beträgt, kann dies zu einer übermäßigen Zunahme der Schmelzviskosität führen, wodurch es ist schwierig wird, eine gleichmäßige Dispersion der Polymilchsäure in der Polypropylenmatrix zu erhalten.
  • Die Menge der zuzugebenden Milchsäure liegt bevorzugt in einem Bereich von 25–30 Gew.-%. Wenn die zu verwendende Menge kleiner als 25 Gew.-% ist, kann dies die Bedeutung eines umweltfreundlichen Biomassematerials gegenüber den herkömmlichen Erdöl-basierten Materialien verblassen lassen und aufgrund einer Abnahme der Menge, die an das mit wasserfreier Maleinsäure gepfropfte Ethylen-Octen-Copolymer als Kompatibilisierungsmittel binden soll, kann dies auch die mechanische Festigkeit der Milchsäure verschlechtern. Wenn mehr als 30 Gew.-% verwendet werden, kann dies indessen zu einer relativen Abnahme des Gehalts an Polypropylenharz führen, wodurch die mechanische Festigkeit der Polymilchsäure verschlechtert wird.
  • Das vorstehend angegebene mit wasserfreier Maleinsäure gepfropfte Ethylen-Octen-Copolymerharz und das mit wasserfreier Maleinsäure gepfropfte Polymilchsäureharz unterscheiden sich wesentlich hinsichtlich ihrer Polarität und können daher als Kompatibilisierungsmittel zwischen dem Polypropylenharz und dem Polymilchsäureharz, die nicht miteinander kompatibel sind, verwendet werden, wobei sie eine doppelte Funktion als Dispersionsmittel, das eine gleichmäßige Dispersion der Polymilchsäureharzpartikel in dem Polypropylenharz bewirkt, sowie als Vernetzungsmittel, das eine Wechselwirkung an der Grenzfläche zwischen dem Polypropylenharz und dem Polymilchsäureharz bewirkt, um die mechanische Festigkeit zu verbessern, erfüllen.
  • Das mit wasserfrier Maleinsäure gepfropfte Ethylen-Octen-Copolymer weist bevorzugt einen Pfropfungsanteil von wasserfreier Maleinsäure in einem Bereich von 0,5–1,0 Gew.-% auf. Wenn der Pfropfungsanteil weniger als 0,5 Gew.-% beträgt, kann dies zu einer geringen Polarität führen, wodurch es schwierig wird, eine gleichmäßige Dispersion des Polymilchsäureharzes zu erhalten. Wenn er 1,0 Gew.-% übersteigt, kann dies zum anderen zu einer übermäßigen Zunahme der Schmelzviskosität führen, wodurch die Dispersion des Polymilchsäureharzes abnimmt. Es ist daher bevorzugt, dass der vorstehend angegebene Bereich eingehalten wird.
  • Das mit wasserfreier Maleinsäure gepfropfte Ethylen-Octen-Copolymer wird bevorzugt in einem Bereich von 1–5 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung, verwendet. Wenn weniger als 1 Gew.-% verwendet werden, kann keine gleichmäßige Dispersion des Polymilchsäureharzes erhalten werden, wodurch die Kerbschlagzähigkeit der Zusammensetzung abnimmt und eine gewerbliche Anwendbarkeit schwierig wird. Wenn mehr als 5 Gew.-% verwendet werden, kann die mechanische Festigkeit der finalen gesamten Komposit-Zusammensetzung hingegen nicht verbessert werden. Es ist daher bevorzugt, dass der vorstehend angegebene Bereich eingehalten wird.
  • Das mit wasserfreiem Maleinsäurepolymer gepfropfte Polymilchsäureharz weist bevorzugt einen Pfropfungsanteil von wasserfreier Maleinsäure in einem Bereich von 0,3–0,7 Gew.-% auf. Wenn der Pfropfungsanteil weniger als 0,3 Gew.-% beträgt, kann dies zu einer geringen Polarität führen, wodurch es schwierig wird, eine gleichmäßige Dispersion des Polymilchsäureharzes zu erhalten. Wenn er mehr als 0,7 Gew.-% beträgt, kann dies zum anderen zu einer übermäßigen Zunahme der Schmelzviskosität führen, wodurch die Dispersion des Polymilchsäureharzes abnimmt. Es ist daher bevorzugt, dass der vorstehend angegebene Bereich eingehalten wird.
  • Das mit dem wasserfreien Maleinsäurepolymer gepfropfte Polymilchsäureharz wird bevorzugt in einem Bereich von 1–5 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung, eingesetzt. Wenn der Pfropfungsanteil weniger als 1 Gew.-% beträgt, kann dies zu einer geringen Polarität führen, wodurch es schwierig wird, eine gleichmäßige Dispersion des Polymilchsäureharzes zu erhalten. Wenn er 5 Gew.-% übersteigt, kann dies zu einer übermäßigen Zunahme der Schmelzviskosität führen, wodurch die Dispersion des Polymilchsäureharzes abnimmt. Es ist daher bevorzugt, dass der vorstehend angegebene Bereich eingehalten wird.
  • Das mit dem wasserfreien Maleinsäurepolymer gepfropfte Polymilchsäureharz wird bevorzugt in einem Bereich von 1–5 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung, eingesetzt. Wenn weniger als 1 Gew.-% verwendet werden, kann keine gleichmäßige Dispersion des Polymilchsäureharzes erhalten werden, wodurch die Kerbschlagzähigkeit der Zusammensetzung verschlechtert wird und eine gewerbliche Anwendbarkeit schwierig wird. Wenn hingegen mehr als 5 Gew.-% verwendet werden, kann die mechanische Festigkeit der gesamten Komposit-Zusammensetzung nicht verbessert werden. Es ist daher bevorzugt, dass der vorstehend angegebene Bereich eingehalten wird.
  • Das Polyethylenglycidylmethacrylatharz wird bevorzugt in einem Bereich von 1–5 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung, verwendet. Wenn weniger als 1 Gew.-% verwendet werden, kann die chemische Reaktivität der gesamten Komposit-Zusammensetzung mit der Polymilchsäure abnehmen und daher kann keine gleichmäßige Dispersion des Polymilchsäureharzes erhalten werden, wodurch die Kerbschlagzähigkeit der Zusammensetzung verschlechtert wird und eine gewerbliche Anwendbarkeit schwierig ist. Wenn mehr als 5 Gew.-% verwendet werden, kann dies hingegen zu einer übermäßigen chemischen Bindung mit der Polymilchsäure führen, wodurch die mechanische Festigkeit der gesamten Komposit-Zusammensetzung nicht verbessert werden kann. Es ist daher bevorzugt, dass der vorstehend angegebene Bereich eingehalten wird.
  • Ferner enthält das Polyethylenglycidylmethacrylatharz bevorzugt Glycidylmethacrylat in einem Bereich von 5–8 Gew.-% im Polyethylenglycidylmethacrylat. Wenn der Gehalt kleiner als 5 Gew.-% ist, kann dies zu einer Abnahme der chemischen Reaktivität der gesamten Komposit-Zusammensetzung mit der Polymilchsäure führen und daher kann keine gleichmäßige Dispersion des Polymilchsäureharzes erhalten werden. Wenn der Gehalt hingegen 8 Gew.-% übersteigt, kann dies zum anderen zu einer übermäßigen chemischen Bindung mit der Polymilchsäure führen, wodurch die mechanische Festigkeit der gesamten Komposit-Zusammensetzung nicht verbessert werden kann. Es ist daher bevorzugt, dass der vorstehend angegebene Bereich eingehalten wird.
  • Die Talkpartikel sind ein flaches anorganisches Mineral, das chemisch gesehen zu Magnesiumsilikathydrat gehört. Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Talkpartikel sind bevorzugt solche, die als Mittel zum Erhöhen der Festigkeit eines thermoplastischen Materials verwendet werden. Die Menge der verwendeten Talkpartikel liegt bevorzugt in einem Bereich von 5–10 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung. Wenn weniger als 5 Gew.-% verwendet werden, kann dies nicht ausreichen, um die Festigkeit der finalen Zusammensetzung zu verbessern und eine gewerbliche Anwendbarkeit kann daher schwierig sein. Wenn hingegen mehr als 10 Gew.-% verwendet werden, kann dies zu einer übermäßigen Zunahme der mechanischen Festigkeit führen, was zu einer Verschlechterung der Kerbschlagzähigkeit führt. Es ist daher bevorzugt, dass der vorstehend angegebene Bereich eingehalten wird.
  • Die Polypropylen-Polymilchsäure-Komposit-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann mittels der folgenden Verfahren zu einem Material für Innen-/Außenteile von Fahrzeugen oder Gebäuden geformt werden.
  • Zunächst werden 55–60 Gew.-% Polypropylenharz, 25–30 Gew.-% Polymilchsäureharz, 1–5 Gew.-% mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Ethylen-Octen-Copolymer, 1–5 Gew.-% mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Polymilchsäureharz, 1–5 Gew.-% Polyethylenglycidylmethacrylatharz, 5–10 Gew.-% Talkpartikel, jeweils bezogen auf die Gesamtzusammensetzung, unter Verwenden einer Mischeinrichtung, wie beispielsweise eines Mischers oder eines Trichters, vollständig miteinander gemischt. Die vorstehend angegebene Mischung wird dann unter Verwenden eines Extruders schmelzextrudiert und anschließend zu einem Pellt geformt. Das schmelzextrudierte Pellet wird auf 200–220°C erwärmt. Hier wird das Polymilchsäureharz in dem geschmolzenen Polypropylenharz und dem mit wasserfreier Maleinsäure gepfropften Ethylen-Octen-Copolymer dispergiert. Die resultierende Mischung wird dann mittels Spritzguss in einer Form, die bei 30–50°C gehalten wird, zum gewünschten Produkt geformt.
  • Die Polypropylen-Polymilchsäure-Komposit-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthält bis zu 30 Gew.-% Polymilchsäure als Biomasse und ist nach ihrer Verwendung wiederaufbereitbar. Sie weist auch eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit, einschließlich einer ausgezeichneten Kerbschlagzähigkeit, auf und kann daher in geeigneter Weise als Material zur Herstellung von Innen- und Außenteilen für Fahrzeuge, wie beispielsweise Außendämpfer, Innendämpfer, Fußdämpfer, Kofferraumdämpfer, Türfüllungen, Türverkleidungen, Dachverkleidungen, Hutablagen, Kofferraummatten, sowie von Gebäuden usw. verwendet werden.
  • Beispiele
  • Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung und sollen diese nicht einschränken.
  • Beispiele 1–2
  • Statistisches Polypropylen-Copolymerharz [R724J, GS-Caltex Corporation], Polymilchsäureharz [Nature Works LLC], mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Ethylen-Octen-Copolymerharz [Aldrich Chemical Company], mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Polymilchsäureharz und Polyethylenglycidylmethacrylatharz [Aldrich Chemical Company], Talkpartikel [KC-3000, KOCH, Co., Ltd.] wurden durch Mahlen mit einer Walzenmischeinrichtung im trockenen Zustand entsprechend der in der nachstehenden Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzung gemischt, in einen Doppelschneckenextruder eingebracht und bei 210°C, was höher als der Schmelzpunkt des statistischen Polypropylen-Copolymers und der anderen hierin offenbarten Harze ist, schmelzgemischt und ergaben zuletzt die Komposit-Zusammensetzungen. Die physikalischen Eigenschaften und die Wärmebeständigkeit der auf diese Weise hergestellten Komposit-Zusammensetzungen wurden gemäß Testbeispielen gemessen und die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 angegeben.
  • Vergleichsbeispiele 1–4
  • Die Versuche wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 durchgeführt, außer dass das mit wasserfreier Maleinsäure gepfropfte Ethylen-Octen-Copolymer entsprechend durch nicht-kristallines, mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Polypropylenharz (Vergleichsbeispiel 1); durch kristallines, mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Polypropylenharz (Vergleichsbeispiel 2); durch mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Ethylen-Propylen-Copolymerharz (Vergleichsbeispiel 3); und durch amino-modifiziertes Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol-Block-Copolymerharz (Vergleichsbeispiel 4) ersetzt wurde, deren jeweilige Gew.-% in Tabelle 1 angegeben sind. Die physikalischen Eigenschaften und die Wärmebeständigkeit der auf diese Weise hergestellten Komposit-Zusammensetzungen wurden gemäß Testbeispielen gemessen und die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 angegeben. [Tabelle 1]
    Bezeichnung Beispiele (Gew.-%) Vergleichsbeispiele (Gew.-%)
    1 2 1 2 3 4
    A 55 60 70 70 70 70
    B 25 25 25 25 25 25
    C-1 5 5 - - - -
    C-2 - - 5 - - -
    C-3 - - - 5 - -
    C-4 - - - - 5 -
    C-5 - - - - - 5
    D 5 4 - - - -
    E 5 1 - - - -
    F 5 5 - - - -
    • A:
    statistisches Polypropylen-Copolymerharz [R724J, GS-Caltex Corporation]
    B:
    Polymilchsäureharz [Nature Works LLC]
    C-1:
    mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Ethylen-Octen-Copolymerharz (Aldrich Chemical Company, Inc.)
    C-2:
    nicht-kristallines, mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Polypropylenharz [T4535MA, Sumitomo Chem]
    C-3:
    kristallines, mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Polypropylenharz [Umex 1010, Sanyo Chem]
    C-4:
    mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Ethylen-Propylen-Copolymerharz [MP0620, Mitsui Chem]
    C-5:
    amino-modifiziertes Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol-Block-Copolymerharz [Dynaron 8630P, JSR Corporation]
    D:
    mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Polymilchsäureharz [eigene Synthese]
    E:
    Polyethylenglycidylmethacrylatharz [Aldrich Chemical Company, Inc.]
    F:
    Talk [KOCH Korea, KC-3000]
  • Testbeispiele
  • Testbeispiele-Messung der physikalischen Eigenschaften
  • Um die mechanische Festigkeit der in den vorstehend angegebenen Beispielen 1–2 und den Vergleichsbeispielen 1–4 hergestellten Komposit-Zusammensetzungen zu messen, wurden mittel Spritzguss Proben gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren (ASTM D 638, ASTM D 256, ASTM D 790, ASTM D 648) Proben erzeugt. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 angegeben. Die Proben für die Messung der Zugeigenschaften wurden in Form einer Hantel hergestellt und die Proben für die Messung der Izod-Kerbschlagzähigkeit wurden mit einer Kerbe an ihrer Oberfläche hergestellt.
  • 1. Messung der Zugfestigkeit
  • Die Proben wurden gemäß ASTM D 638 (Standardtestverfahren für die Zugeigenschaften von Kunststoffen) hergestellt und die Zugfestigkeit, die Dehnung und das Zugmodul wurden unter Verwenden einer Universalprüfmaschine (UTM) gemessen.
  • 2. Messung der Izod-Kerbschlagzähigkeit
  • Die Proben wurden gemäß ASTM D 256 (Standardprüfverfahren zum Bestimmen der Kerbschlagzähigkeit von Kunststoffen mittels Izod-Pendel) hergestellt und die Kerbschlagzähigkeit wurde unter Verwenden eines Izod-Fallwerks gemessen.
  • 3. Messung des Elastizitätsmoduls
  • Die Proben wurden gemäß ASTM D 790 ((Standardprüfverfahren für die Elastizitätseigenschaften von nicht verstärkten und verstärkten Kunststoffen und elektrisch isolierenden Materialien) hergestellt und das Elastizitätsmodul wurde unter Verwenden einer Universalprüfmaschine (UTM) gemessen.
  • 4. Messung der Wärmebeständigkeit
  • Die Proben wurden gemäß ASTM D 648 (Standardprüfverfahren für die Formbeständigkeit von Kunststoffen bei einer Biegebelastung im Randbereich) hergestellt und die Wärmebeständigkeit wurde unter Verwenden einer Universalprüfmaschine (UTM) gemessen. [Tabelle 2]
    Bezeichnung Beispiele Vergleichsbeispiele
    1 2 1 2
    Zugfestigkeit (kg/cm2) 291 290 150 130 120 130
    Dehnung (%) 590 550 150 183 190 170
    Zugmodul (MPa) 1600 1550 560 580 570 550
    Kerbschlagzähigkeit (kJ/m2) 19 20 17 6 5 4
    Elastizitätsmodul (kg/cm2) 13000 13100 8000 8200 11900 9100
    Wärmebeständigkeit (°C) 120 121 90 92 115 90
  • Wie in der obigen Tabelle 2 angegeben, zeigt die Komposit-Zusammensetzung im Vergleichsbeispiel 1, bei der nicht-kristallines, mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Polypropylenharz als Kompatibilisierungsmittel verwendet wurde, eine gute Kerbschlagzähigkeit, jedoch nur schlechte Zugeigenschaften. In Vergleichsbeispiel 3, in dem mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Ethylen-Propylen-Copolymerharz als Kompatibilisierungsmittel verwendet wurde, zeigte die Komposit-Zusammensetzung eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und ein ausgezeichnetes Elastizitätsmodul, die Kerbschlagzähigkeit und die Zugeigenschaften reichten jedoch für eine Verwendung zur Herstellung von Innen- und Außenteilen von Fahrzeugen nicht aus. Ferner zeigte die Komposit-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung, in der mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Ethylen-Octen-Copolymerharz als Kompatibilisierungsmittel verwendet wurde, insgesamt eine im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 4, in dem ein aminomodifiziertes Elastomer als Kompatibilisierungsmittel verwendet wurde, überlegene mechanische Festigkeit und Wärmebeständigkeit.
  • Insgesamt wurde bestätigt, dass die erfindungsgemäße Polypropylen-Polymilchsäure-Komposit-Zusammensetzung die Anforderungen an die Kerbschlagzähigkeit von mehr als 18 kJ/m2 und die Wärmebeständigkeit von mehr als 110°C erfüllt. Ferner wurde auch bestätigt, dass sie ausgezeichnete Zugeigenschaften besitzt, die denjenigen der unter Verwenden von herkömmlichen Kompatibilisierungsmitteln hergestellten Polymilchsäure-Komposit-Zusammensetzungen überlegen ist, so dass sie zur Herstellung von Innen- und Außenteilen von Fahrzeugen, einschließlich Außendämpfern, Innendämpfern, Türverkleidungen, Hutablagen, sowie für Gebäude verwendet werden können.
  • Die vorliegende Erfindung wurde ausführlich unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen derselben beschrieben. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass Änderungen an diesen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von den Prinzipien und dem eigentlichen Sinn der Erfindung, deren Umfang in den beigefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert ist, abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2009-096892 [0005]
    • JP 2009-256487 [0005]
    • JP 2008-111043 [0006]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • ASTM D 1238 [0019]
    • ASTM D 638 [0039]
    • ASTM D 256 [0039]
    • ASTM D 790 [0039]
    • ASTM D 648 [0039]
    • ASTM D 638 [0040]
    • ASTM D 256 [0041]
    • ASTM D 790 [0042]
    • ASTM D 648 [0043]

Claims (8)

  1. Polypropylen-Polymilchsäure-Komposit-Zusammensetzung, enthaltend Polypropylenharz, Polymilchsäureharz, mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Ethylen-Octen-Copolymer, mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Polymilchsäureharz, Polyethylenglycidylmethacrylatharz und Talkpartikel.
  2. Polypropylen-Polymilchsäure-Komposit-Zusammensetzung nach Anspruch 1, enthaltend: 55–60 Gew.-% Polypropylenharz; 25–30 Gew.-% Polymilchsäureharz; 1–5 Gew.-% mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Ethylen-Octen-Copolymerharz; 1–5 Gew.-% mit wasserfreier Maleinsäure gepfropftes Polymilchsäureharz; 1–5 Gew.-% Polyethylenglycidylmethacrylatharz; und 5–10 Gew.-% Talkpartikel.
  3. Polypropylen-Polymilchsäure-Komposit-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Polypropylenharz ausgewählt ist aus Propylen-Homopolymer, statistischem Propylen-Copolymer und Propylen-Blockcopolymer und einen Schmelzindex von 0,5–30 g/10 min (ASTM D 1238, 230°C) besitzt.
  4. Polypropylen-Polymilchsäure-Komposit-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Polymilchsäureharz ein natürliches Material ist, das aus Biomasse synthetisiert wurde und ein Molekulargewicht von 100.000–150.000 g/mol aufweist.
  5. Polypropylen-Polymilchsäure-Komposit-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das mit Maleinsäure gepfropfte Ethylen-Octen-Copolymerharz einen Pfropfungsanteil von wasserfreier Maleinsäure von 0,5–1,0 Gew.-% aufweist.
  6. Polypropylen-Polymilchsäure-Komposit-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das mit wasserfreier Maleinsäure gepfropfte Polymilchsäureharz einen Pfropfungsanteil von wasserfreier Maleinsäure von 0,3–0,5 Gew.-% aufweist.
  7. Polypropylen-Polymilchsäure-Komposit-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Polyethylenglycidylmethacrylatharz einen Glycidylmethacrylatanteil von 5–8 Gew.-% aufweist.
  8. Polypropylen-Polymilchsäure-Komposit-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Talkpartikel Partikel von wasserhaltigem Magnesiumsilikat sind.
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