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Hintergrund
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(a) Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polymilchsäurezusammensetzung mit verbesserter Wärmebeständigkeit und verbesserter Schlagzähigkeit. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung eine Polymilchsäurezusammensetzung, in der sowohl die Schlagfestigkeit als auch die Wärmebeständigkeit durch eine Mischung eines Polyketon und eines modifizierten Kautschuks verbessert sind.
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(b) Stand der Technik
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Polymilchsäure ist ein Polymer, das durch die Synthese von Milchsäure als Monomer hergestellt wird, wobei die Milchsäure durch die Fermentation von Stärke usw., welche aus Mais usw. extrahiert wurde, als erneuerbare Energiequelle erhalten wird. Wenn Polymilchsäure für Innen-/Außenteile eines Fahrzeugs verwendet wird, müssen die Wärmebeständigkeit, die Schlagzähigkeit und die Hydrolysebeständigkeit der Polymilchsäure verbessert werden.
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Polyketon ist ein Terpolymer, das durch eine Polymerisation von Kohlenstoffmonoxid, Ethylen und Propylen als Monomere erhalten wird, was – im Vergleich zu allgemeinen technisch hergestellten Kunststoffmaterialien wie beispielsweise Polyamid, Polyester und Polycarbonat – kostengünstigere Ausgangsmaterialien und die Durchführung eines kostengünstigeren Polymerisationsprozesses benötigt. Ebenfalls ist bekannt, dass Polyketon eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit, eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen das Eindringen von Kraftstoffen, einen ausgezeichneten Abrasionswiderstand usw. aufweist.
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Ein herkömmliches Polymermaterial, das Erdölressourcen als Ausgangsmaterialien benötigt, erhöht die Konzentration an Kohlenstoffdioxid in der Luft, wenn es nach seiner Verwendung verbrannt wird. Obwohl auch Polymilchsäure bei einer Verbrennung oder durch den Bioabbau Kohlenstoffdioxid emittiert, stammt das emittierte Kohlenstoffdioxid aus der Luft. Die Polymilchsäure ist daher ein wirklich wiederaufbereitbares Material, das die Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Luft nicht erhöht, da das emittierte Kohlenstoffdioxid ursprünglich aus der Luft stammte.
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Polymilchsäure weist jedoch eine schlechte Kerbschlagzähigkeit auf. Um die Polymilchsäure als Strukturmaterial wie zum Beispiel als Innen-/Außenmaterial eines Fahrzeugs zu verwenden, wurden entsprechend Studien durchgeführt, um die Schwächen des Materials durch Versteifungsmittel, wie beispielsweise natürliche Fasern, auszugleichen (T. Inho und Y. Kageyama, SAE 2004-01-0730). In manchen Automobilfirmen wurde ein Verbund aus Polymilchsäure und natürlichen Fasern für Teile, wie beispielsweise als Abdeckung für den Ersatzreifen, verwendet. Der Verbund weist jedoch den Nachteil auf, dass er durch die Absorption von Feuchtigkeit hydrolysiert wird, was zu einer Abnahme der physikalischen Eigenschaften führt.
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Um die Wärmebeständigkeit von Polymilchsäure zu verbessern, wurde auch vielfältig untersucht, die Polymilchsäure mit Polycarbonat, Acrylnitrilbutadienstyrol (ABS), Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen usw. zu mischen. Bislang wurden jedoch keine wesentlichen Effekte erzielt.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Polymilchsäurezusammensetzung bereit, die für Fahrzeugteile geeignet ist, wobei sowohl die Wärmebeständigkeit als auch die Schlagzähigkeit der Polymilchsäurezusammensetzung effektiv verbessert sind. In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Polymilchsäurezusammensetzung bereit, die 10 bis 50 Gew.-% Polymilchsäure, 30 bis 80 Gew.-% Polyketon und 10 bis 40 Gew.-% modifizierten Kautschuk umfasst.
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Die erfinderische Polymilchsäurezusammensetzung zeigt nicht nur eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit, eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen das Eindringen von Kraftstoffen, einen ausgezeichneten Abrasionswiderstand, usw., sondern weist auch eine verbesserte Schlagzähigkeit und eine verbesserte Wärmebeständigkeit auf. Es ist daher möglich, die Polymilchsäure als Biokunststoff in den Innen-/Außenteilen eines Fahrzeugs zu verwenden. Ferner wird erwartet, dass die Anwendung der Polymilchsäure auf das Gebiet umweltfreundlicher Materialien erweitert werden kann.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die vorstehend angegebenen und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden im Folgen unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen derselben im Detail beschrieben, die in den beigefügten Figuren gezeigt sind, welche lediglich zu Veranschaulichungszwecken angegeben sind und die vorliegende Erfindung in keiner Weise einschränken sollen, wobei:
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1 eine Abbildung ist, die – gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung – schematisch eine chemische Bindungsreaktion zwischen der Polymilchsäure und dem modifizierten Kautschuk zeigt.
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Es sollte verstanden werden, dass die beigefügten Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale zeigen, welche die Grundprinzipien der Erfindung veranschaulichen. Die speziellen Merkmale der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich von zum Beispiel bestimmten Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Farmen, werden zum Teil durch die konkret angestrebte Anwendung und Verwendungsumgebung bestimmt werden.
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Ausführliche Beschreibung
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Im Folgenden wird nun ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, die beispielhaft in den beigefügten Figuren veranschaulicht und nachfolgend beschrieben ist. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, soll verstanden werden, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung in keiner Weise auf diese beispielhaft angegebenen Ausführungsformen einschränken soll. Vielmehr soll die Erfindung nicht nur die beispielhaft angegebenen Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und weitere Ausführungsformen abdecken, die im Geiste und Umfang der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, enthalten sein können.
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Es soll verstanden werden, dass der Begriff „Fahrzeug” oder „Fahrzeug-” oder ein weiterer ähnlicher Begriff, wie er hierin verwendet wird, jegliche Antriebsfahrzeuge und Motorfahrzeuge, wie Personenfahrzeuge, einschließlich Geländewagen (sports utility vehicles, SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Industriefahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeuge und dergleichen, sowie Hybridfahrzeuge, elektrische Fahrzeuge, umsteckbare elektrische Hybridfahrzeuge, mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge und Fahrzeuge, die mit weiteren alternativen Kraftstoffen betrieben werden (z. B. Kraftstoffen, die aus anderen Quellen als Erdöl stammen), einschließt. Wie hierin verwendet ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen hat, beispielsweise Fahrzeuge, die sowohl mit Benzin als auch durch Strom betrieben werden.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung ausführlich beschrieben.
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Die vorliegende Erfindung wurde in dem Bestreben gemacht, die schwachen physikalischen Eigenschaften (wie beispielsweise die Wärmebeständigkeit, die Schlagzähigkeit, die Hydrolysebeständigkeit) von Polymilchsäure zu verbessern. Die erfinderische Zusammensetzung wird hergestellt, indem Polymilchsäure mit Polyketon und einem modifizierten Kautschuk verbunden wird, und genauer gesagt, indem 10 bis 50 Gew.-% Polymilchsäure mit 30 bis 80 Gew.-% Polyketon und 10 bis 40 Gew.-% modifiziertem Kautschuk gemischt und verbunden werden. Das Mischen mit dem Polyketon und dem modifizierten Kautschuk kann hier sowohl die Wärmebeständigkeit als auch die Schlagzähigkeit verbessern.
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In der vorliegenden Erfindung ist die Polymilchsäure bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 50 Gew.-% enthalten. Wenn die Polymilchsäure in einer Menge von weniger als 10 Gew.-% enthalten ist, ist die Zusammensetzung aufgrund ihres geringen Anteils an Polymilchsäure in der Zusammensetzung nicht als Biokunststoff verwendbar. Wenn andererseits die Polymilchsäure in einer Menge von mehr als 50 Gew.-% enthalten ist, ist die Erstarrungsgeschwindigkeit des Materials in einer Spritzgussform zu langsam, wodurch die Produktivität einer Produktionslinie vermindert wird.
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Ebenso ist in der vorliegenden Erfindung das Polyketon bevorzugt in einem Bereich von 30 bis 80 Gew.-% enthalten. Wenn das Polyketon in einer Menge von weniger als 30 Gew.-% enthalten ist, tritt ein nur unwesentlicher Effekt bezüglich der Wärmebeständigkeit auf und die Wärmebeständigkeit wird daher nicht verbessert. Wenn das Polyketon andererseits in einer Menge von mehr als 80 Gew.-% enthalten ist, ist die Zusammensetzung aufgrund ihres geringen Anteils an Polymilchsäure in der Zusammensetzung nicht als Biokunststoff verwendbar.
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Ebenso ist in der vorlegenden Erfindung der modifizierte Kautschuk bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 40 Gew.-% enthalten. Wenn der modifizierte Kautschuk in einer Menge von weniger als 10 Gew.-% enthalten ist, wird ein nur unzureichender Effekt bezüglich der Schlagzähigkeit erreicht. Wenn andererseits der modifizierte Kautschuk in einer Menge von mehr als 40 Gew.-% enthalten ist, nehmen die Bindungen zwischen den einzelnen modifizierten Kautschuken, anders als die Bindungen zwischen dem modifizierten Kautschuk und der Polymilchsäure, zu. In diesem Fall kann kein die Schlagzähigkeit verändernder Effekt je nach Anteil der Menge an zugesetztem modifiziertem Kautschuk erreicht werden, und auch das Biegemodul des Produkts verringert wird.
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Wie in 1 gezeigt ist, wird die Polymilchsäure chemisch an den modifizierten Kautschuk gebunden. Hierbei kann zum Teil eine chemische Bindung zwischen den modifizierten Kautschuken auftreten, diese Bindung hat jedoch keine Auswirkung auf eine Änderung der Schlagzähigkeit der Polymilchsäurezusammensetzung. In der vorliegenden Erfindung ist der modifizierte Kautschuk vorzugsweise ein mit Maleinsäureanhydrid modifizierter Kautschuk oder ein mit einer Glycidyl-Gruppe modifizierter Kautschuk. Beispiele für einen mit Maleinsäureanhydrid modifizierten Gummi können MA-g-EPR, MA-g-EOR, MA-g-EPDM, MA-g-SEBS, MA-g-SEPS, Ethylen-n-butylacrylatmaleinsäureanhydrid usw. einschließen, und Beispiele für einen mit einer Glycidyl-Gruppe modifizierten Kautschuk können Ethylen-n-butylacrylatglycidylmethacrylat, Ethylen/Glycidylmethacylat/Vinylacetat usw. einschließen. [MA: Maleinsäureanhydrid, EPR: Ethylenpropylenkautschuk, EOR: Ethylenoctenkautschuk, EPDM: Ethylenpropylendien-Monomer-Kautschuk (M-Klasse), SEBS: Styrolethylen/Butylenstyrol, SEPS: Styrolethylen/Propylenstyrol]
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Die Polymilchsäurezusammensetzung der vorliegenden Erfindung weist eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und eine ausgezeichnete Schlagzähigkeit sowie allgemein ausgezeichnete mechanische Eigenschaften auf und ist daher für Fahrzeugteile, wie beispielsweise ein Mittelarmaturenbrett, eine Abdeckung für eine Konsole, einen Türgriff oder die Verzierung einer Heckklappe, geeignet.
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Beispiele
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Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung und sollen diese nicht einschränken.
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Beispiele 1 bis 3 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4
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Gemäß den in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen wurden die Ausgangsmaterialien gemischt und mittels eines co-rotierenden Doppelschneckenextruders bei 230°C schmelzgemischt und pelletiert. Dann wurden die pelletierten Materialien bei 235°C spritzgegossen, um einen Prüfling bereitzustellen. Der wie vorstehend beschrieben vorbereitete Prüfling wurde dazu verwendet, die Eigenschaften entsprechend den nachstehend angegebenen Testverfahren zu testen, und die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
- (1) Biegemodul, Biegefestigkeit: die Messung wurde gemäß ASTM D 790 bei Raumtemperatur durchgeführt, die Größe der Teststücke betrug 127 × 12,7 × 6,4 mm und die Testgeschwindigkeit betrug 10 mm/min.
- (2) Zugfestigkeit: die Messung wurde gemäß ASTM D 638 durchgeführt, das Teststück war vom Typ 1 und die Testgeschwindigkeit betrug 50 mm/min.
- (3) IZOD-Kerbschlagzähigkeit: die Messung wurde gemäß ASTM D 256 bei Raumtemperatur und bei einer niedrigen Temperatur (–30°C) mittels eines eingekerbten Teststücks mit einer Größe von 63,5 × 12,7 × 6,4 mm durchgeführt.
- (4) HDT: der Test wurde gemäß ASTM-D648 unter der Bedingung 4,6 kg/cm2 durchgeführt.
Tabelle 1 | | Gewichtsanteil in der Mischung | Biegemodul (MPa) | Biegefestigkeit (MPa) | HDT (°C) | IZOD-Kerbschlagzähigkeit bei Raumtemperatur (J/m) |
| Polyketon | Polymilchsäure | modifizierter Kautschuk |
| Vgl.-Bsp. 1 | 100 | 0 | 0 | 1979 | 68 | 206 | 70 |
| Vgl.-Bsp. 2 | 0 | 100 | 0 | 3529 | 118 | 55 | 28 |
| Vgl.-Bsp. 3 | 65 | 35 | 0 | 2430 | 80 | 180 | 25 |
| Vgl.-Bsp. 4 | 61 | 33 | 6 | 2400 | 78 | 175 | 20 |
| Bsp. 1 | 58 | 31 | 11 | 2310 | 71 | 170 | 38 |
| Bsp. 2 | 52 | 29 | 19 | 2190 | 65 | 160 | 47 |
| Bsp. 3 | 48 | 26 | 26 | 1990 | 62 | 152 | 60 |
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Wie aus den vorstehend angegebenen Beispielen und Vergleichsbeispielen zu sehen ist, zeigte die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung, die die Mischung aus Polymilchsäure/Polyketon/modifiziertem Kautschuk enthält, sehr gute mechanische Eigenschaften, die denjenigen des Polyketons allein (Vergleichsbeispiel 1) ähnelten. Im Vergleich zu dem Fall, bei dem nur Polymilchsäure allein verwendet wurde (Vergleichsbeispiel 2), waren die Wärmebeständigkeit und die Kerbschlagzähigkeit der Zusammensetzung indessen erheblich verbessert. Die Schlagzähigkeit war auch im Vergleich zu dem Fall, wo kein modifizierter Kautschuk verwendet wurde (Vergleichsbeispiel 3) oder zu dem Fall, wo der modifizierte Kautschuk in nur geringer Menge verwendet wurde (Vergleichsbeispiel 4), erheblich verbessert.
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Die erfinderische Polymilchsäurezusammensetzung weist nicht nur eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit, eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen das Eindringen von Kraftstoffen, einen ausgezeichneten Abrasionswiderstand usw. auf, sondern besitzt auch eine verbesserte Schlagzähigkeit und eine verbesserte Wärmebeständigkeit. Es ist daher möglich, Polymilchsäure als Biokunststoff für Innen-/Außenteile eines Fahrzeugs zu verwenden. Ferner wird erwartet, dass die Anwendung von Polymilchsäure auf das Gebiet der umweltfreundlichen Materialien ausgedehnt werden kann.
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Die Erfindung wurde ausführlich unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen derselben beschrieben. Ein Fachmann wird jedoch verstehen, dass an diesen Ausführungsformen Änderungen vorgenommen werden können, ohne von den Prinzipien und dem Geiste der Erfindung, deren Umfang in den beigefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert ist, abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- T. Inho und Y. Kageyama, SAE 2004-01-0730 [0005]
- ASTM D 790 [0022]
- ASTM D 638 [0022]
- ASTM D 256 [0022]
- ASTM-D648 [0022]
