DE102012107357A1 - Polymer composition, useful in a polymer mixture that is useful for producing a molded part, comprises a polymer, and a surface-modified inorganic filler formed by a surface modification of fillers using a surface modifying agent - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polymerzusammensetzung, die einen oberflächenmodifizierten Füllstoff enthält, der besonders homogen verteilt ist. The present invention relates to a polymer composition containing a surface-modified filler which is particularly homogeneously distributed.
Daneben betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung der Polymerzusammensetzung und ein Formteil, das aus der Polymerzusammensetzung hergestellt ist. In addition, the invention also relates to a process for the preparation of the polymer composition and a molded article made from the polymer composition.
Polymerzusammensetzungen mit Füllstoffen sind seit langer Zeit bekannt. Polymer compositions with fillers have been known for a long time.
Diese Füllstoffe können oberflächlich modifiziert sein, um leichter in einem Polymermaterial verteilbar zu sein. These fillers may be surface modified to be easier to distribute in a polymeric material.
So sind aus der
Durch das Einbringen eines Füllstoffs in eine Polymerzusammensetzung kann man eine Reihe von Parametern und Eigenschaften einstellen, wie das Längenausdehnungsverhalten, die mechanische Stabilität, das Bruchverhalten und anderes mehr. Grundvoraussetzung für das Erreichen der gewünschten mechanischen Eigenschaften ist eine möglichst homogene Verteilung des Füllstoffs in der Matrix der Polymerzusammensetzung. By incorporating a filler into a polymer composition, one can set a number of parameters and properties, such as elongation, mechanical stability, fracture behavior, and more. A basic prerequisite for achieving the desired mechanical properties is the most homogeneous possible distribution of the filler in the matrix of the polymer composition.
Das Erreichen einer möglichst homogenen Verteilung des Füllstoffs in der Matrix der Polymerzusammensetzung ist ein grundsätzliches Problem bei den bekannten Polymerzusammensetzungen mit Füllstoffen. Achieving the most homogeneous possible distribution of the filler in the matrix of the polymer composition is a fundamental problem with the known polymer compositions with fillers.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Polymerzusammensetzung anzugeben, die einen Füllstoff aufweist, mit dem eine verbesserte homogene Verteilung in der Matrix der Polymerzusammensetzung einfach zu erreichen ist. It is therefore an object of the present invention to provide a polymer composition which has a filler with which an improved homogeneous distribution in the matrix of the polymer composition can be easily achieved.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung betrifft die Angabe eines Verfahrens zur Herstellung einer solchen Polymerzusammensetzung und ein Formteil, das aus der Polymerzusammensetzung hergestellt ist. Another object of the invention is to provide a method for producing such a polymer composition and a molded article made from the polymer composition.
Die Lösung der Aufgabe gelingt gemäß Anspruch 1. The solution of the problem succeeds according to claim 1.
Die erfindungsgemäße Polymerzusammensetzung, enthaltend ein Polymer und einen durch Oberflächenmodifikation eines Füllstoffs mit einem Oberflächenmodifikationsmittel gebildeten oberflächenmodifizierten anorganischen, partikulären Füllstoff, zeichnet sich dadurch aus, dass der oberflächenmodifizierte Füllstoff ein Kohlenstoffgerüst, enthaltend mehr als zehn Kohlenstoffatome, und eine funktionelle Gruppe umfasst, die an der Oberfläche gebunden sind. The polymer composition according to the invention comprising a polymer and a surface-modified inorganic particulate filler formed by surface modification of a filler with a surface modifier is characterized in that the surface-modified filler comprises a carbon skeleton containing more than ten carbon atoms and a functional group attached to the Surface are bound.
Die erfindungsgemäße Polymerzusammensetzung, enthaltend ein Polymer und einen durch Oberflächenmodifikation eines Füllstoffs mit einem Oberflächenmodifikationsmittel gebildeten oberflächenmodifizierten anorganischen, partikulären Füllstoff, die sich dadurch auszeichnet, dass der oberflächenmodifizierte Füllstoff ein Kohlenstoffgerüst, enthaltend mehr als zehn Kohlenstoffatome, und eine funktionelle Gruppe umfasst, die an der Oberfläche gebunden sind, löst die Aufgabe, eine homogene Verteilung des Füllstoffs in der Matrix einfach zu erreichen. The polymer composition according to the invention comprising a polymer and a surface-modified inorganic particulate filler formed by surface modification of a filler with a surface modifier, characterized in that the surface-modified filler comprises a carbon skeleton containing more than ten carbon atoms and a functional group attached to the Surface bound, solves the task to easily achieve a homogeneous distribution of the filler in the matrix.
Die erfindungsgemäße Polymerzusammensetzung enthält ein Polymer. The polymer composition of the invention contains a polymer.
Das Polymer ist ausgewählt aus der Gruppe, die Thermoplaste und Thermoset-Materialien umfasst, wobei die Thermoplaste Polyolefine, insbesondere Polyethylen oder Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polymere auf Basis von Monomeren des Typs Ethylen-Propylen-Dien, Copolymere auf Basis von Acrylonitril-Styrol-Butadien und Kautschuk, Vinylpolymere, insbesondere Polyfluorvinyliden und Polychlorvinyliden, Fluorpolymere, insbesondere Polytetrafluorethylen oder Polychlortrifluorethylen sind, und die Thermoset-Materialien Phenolharze, Epoxyharze, ungesättigte Polyesterharze, Alkydharze, Harze mit Furangruppen, Harze mit Harnstoffgruppen, Melaminharze, Polyurethanharze und Anilinharze sind, die in Reinform, als Copolymere oder als Mischungen einsetzbar sind. The polymer is selected from the group comprising thermoplastics and thermoset materials, the thermoplastics being polyolefins, especially polyethylene or polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, ethylene-propylene-diene monomer-based polymers, copolymers based on acrylonitrile-styrene And thermoset materials are phenolic resins, epoxy resins, unsaturated polyester resins, alkyd resins, furan group resins, urea group resins, melamine resins, polyurethane resins, and aniline resins in pure form, can be used as copolymers or as mixtures.
Der oberflächenmodifizierte anorganische, partikuläre Füllstoff wird aus einem Füllstoff durch Umsetzung mit einem Oberflächenmodifikationsmittel gebildet. The surface-modified inorganic particulate filler is formed from a filler by reaction with a surface modifier.
Ein hierzu geeigneter Füllstoff weist eine saure und / oder amphotere Gruppe auf seiner Oberfläche auf und ist ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Silikate, Carbonate und Metalloxide. A suitable filler has an acidic and / or amphoteric group on its surface and is selected from the group comprising silicates, carbonates and metal oxides.
Bevorzugt ist der Füllstoff aus der Gruppe der smektitischen Tone, insbesondere Montmorillonite, wie z. B. Hektorite, Fluorhektorite, Hydroxylhektorite, Saponite, Laponite, und Kaolinite, und Mischungen derselben, ausgewählt. Hierbei sind bevorzugt Smektite und Kaolinite. Ein Füllstoff gemäß der vorliegenden Erfindung kann Smektit oder Kaolin enthalten mit einem Kation der Gruppe, umfassend Natrium, Kalium, Lithium, und Calcium, wie z. B. Natrium Montmorillonit oder Natrium Kaolinit. Der Füllstoff gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Smektit sein, enthaltend ein Kation der Gruppe, umfassend Ammonium, Phosphonium, u.a. Ein Beispiel hierfür ist Montmorillonit mit Ammoniumverbindungen, wie z. B. Nanomer I44P. Beispiele für weitere bevorzugte Füllstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung sind Mineralien mit amphoteren oder sauren Gruppen, wie z. B. Calciumcarbonat, Titandioxyd, Aluminiumhydroxid und Quarz (SiO2). Preferably, the filler is selected from the group of smectite clays, in particular montmorillonites, such as. Hectorites, fluorohectites, hydroxylhectrites, saponites, laponites, and kaolinites, and mixtures thereof. Here are preferred smectites and kaolinites. A filler according to the present invention may contain smectite or kaolin with a cation of the group comprising sodium, potassium, lithium, and calcium, such as e.g. As sodium montmorillonite or sodium kaolinite. The filler according to the present invention may be a smectite containing a cation of the group comprising ammonium, phosphonium, etc. An example of this is montmorillonite with ammonium compounds, such as ammonium chloride. B. Nanomer I44P. Examples of further preferred fillers according to the present invention are minerals with amphoteric or acidic groups, such as. As calcium carbonate, titanium dioxide, aluminum hydroxide and quartz (SiO 2 ).
Die Herstellung des oberflächenmodifizierten anorganischen, partikulären Füllstoffs erfolgt mit einem Oberflächenmodifikationsmittel. The preparation of the surface-modified inorganic, particulate filler is carried out with a surface modifier.
Das Oberflächenmodifikationsmittel mit einer funktionalen Gruppe ist eine Verbindung der Formel RnXHm, mit:
R = Kohlenstoffgerüst mit mehr als zehn Kohlenstoffatomen
X = O, N oder S
H = Wasserstoff
n, m = ganze Zahlen, wobei gilt
n + m + Nr. der Hauptgruppe des Elements X im Periodensystem der chemischen Elemente = 8. The surface modifier having a functional group is a compound of the formula R n XH m , with:
R = carbon skeleton with more than ten carbon atoms
X = O, N or S.
H = hydrogen
n, m = integers, where
n + m + number of the main group of the element X in the periodic table of the chemical elements = 8.
R ist ausgewählt aus der Gruppe, ohne sich auf diese zu limitieren, umfassend Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Hexadecyl, Heptadecyl, Octadecyl, Nonadecyl, 3-Ethyloctyl, Benzylderivate, Methylbenzylderivate, Ethylbenzylderivate, Derivate von Toluol, Derivate von Xylol, Nonylphenol. Beispiele für die Verbindungen der Formel RnXHm sind u.a. Dodecanol, Hexadecanol, Octadecanol, Dihexylamin, Diheptylamin, Dioctylamin, Dinonylamin, Dodecylamin, Didodecylamin, Hexadecylamin, Dihexadecylamin, Octadecylamin, Dioctadecylamin, Di(2-ethylhexyl)amin, Di(2-methoxyethyl)amin, 3-(2-Aminoethylamino)propylamin, Oleylamin, Tallowalkylamin, Dicocoalkylamin und Cocoalkylamin, Octadecylsulfid, ohne sich auf diese zu beschränken. R is selected from, but not limited to, decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl, hexadecyl, heptadecyl, octadecyl, nonadecyl, 3-ethyloctyl, benzyl derivatives, methylbenzyl derivatives, ethylbenzyl derivatives, derivatives of toluene, derivatives of xylene, nonylphenol , Examples of the compounds of the formula RnXHm include i.a. Dodecanol, hexadecanol, octadecanol, dihexylamine, diheptylamine, dioctylamine, dinonylamine, dodecylamine, didodecylamine, hexadecylamine, dihexadecylamine, octadecylamine, dioctadecylamine, di (2-ethylhexyl) amine, di (2-methoxyethyl) amine, 3- (2-aminoethylamino) propylamine , Oleylamine, tallowalkylamine, dicocoalkylamine and cocoalkylamine, octadecylsulfide, without being limited thereto.
Bevorzugt ist ein monofunktionelles Oberflächenmodifikationsmittel, insbesondere eine Alkohol, wobei der Alkohol „hydrophob“ ist, also sich in Wasser nicht oder kaum löst. Preference is given to a monofunctional surface modifier, in particular an alcohol, where the alcohol is "hydrophobic", ie does not dissolve or hardly dissolves in water.
Ganz besonders bevorzugt ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung Hexadecanol oder Octadecanol oder eine Mischung von Hexadecanol und Octadecanol. In the context of the present invention, very particular preference is given to hexadecanol or octadecanol or a mixture of hexadecanol and octadecanol.
Bevorzugt sind Oberflächenmodifikationsmittel der Formel RnXHm mit einem Siedepunkt bei Atmosphärendruck von größer 70 °C, besonders bevorz ugt von größer 100 °C. Preference is given to surface modifiers of the formula R n XH m having a boiling point at atmospheric pressure greater than 70 ° C., more preferably greater than 100 ° C.
Andere Elemente X neben O, N oder S sind auch möglich. Other elements X besides O, N or S are also possible.
In einer Abwandlung der Erfindung können beispielsweise auch Halogenverbindungen vom Typ Z-R (Z Halogen, R Kohlenstoffgerüst) eingesetzt werden. In a modification of the invention, it is also possible, for example, to use halogen compounds of the Z-R type (Z halogen, R carbon skeleton).
Auch andere Abgangsgruppen am Oberflächenmodifikationsmittel, wie beispielsweise Toluyl-Gruppen, modifizierte Toluyl-Gruppen, etc. sind einsetzbar, um den Füllstoff zu modifizieren. Other leaving groups on the surface modifier, such as toluyl groups, modified toluyl groups, etc., can be used to modify the filler.
Dies wurde aber im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht weiterverfolgt, da hierbei korrosiv wirkende Stoffe entstehen, die in hohem Maße unerwünscht sind. However, this was not pursued in the context of the present invention, since this corrosive substances arise, which are highly undesirable.
Das Kohlenstoffgerüst weist mehr als zehn Kohlenstoffatome auf. Diese können in einer ggf. auch verzweigten Kette oder in einem ggf. auch verzweigten Ringsystems angeordnet sein, wie beispielsweise bei einem Octadecan-Gerüst oder einem 3-Ethyloctyl-Gerüst oder einem mehrfachsubstituierten Xylol-Derivat mit einem Benzolring, an dem beispielsweise zwei Methylgruppen und eine Ethylgruppe gebunden sind. The carbon skeleton has more than ten carbon atoms. These can be arranged in an optionally also branched chain or in an optionally also branched ring system, such as in an octadecane skeleton or a 3-ethyloctyl skeleton or a multi-substituted xylene derivative with a benzene ring on which, for example, two methyl groups and are bound to an ethyl group.
Das Kohlenstoffgerüst mit mehr als zehn Kohlenstoffatomen kann aber gemäß vorliegender Erfindung auch zwei ggf. auch verzweigte Kohlenstoffketten oder Ringsysteme umfassen, die jede für sich weniger als zehn Kohlenstoffatome umfasst, in der Summe aber wieder mehr als zehn Kohlenstoffatome aufweist, wie dies beispielsweise in Dinonylamin verwirklicht ist. The carbon skeleton with more than ten carbon atoms but according to the present invention may also comprise two possibly also branched carbon chains or ring systems, each individually less than contains ten carbon atoms, but in the sum again more than ten carbon atoms, as is realized, for example, in dinonylamine.
Erfindungsgemäß lässt dich der oberflächenmodifizierte anorganische, partikuläre Füllstoff mit dem Polymer homogen zur Polymerzusammensetzung vermischen. According to the invention, the surface-modified inorganic particulate filler mixes homogeneously with the polymer to form the polymer composition.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung betrifft die Angabe eines Verfahrens zur Herstellung einer solchen Polymerzusammensetzung. Another object of the invention is to provide a method for producing such a polymer composition.
Diese Aufgabe ist durch den Anspruch 9 gelöst. This problem is solved by claim 9.
Erfindungsgemäß ist das Verfahren zur Herstellung der Polymerzusammensetzung folgendes:
- – entweder wird zunächst der Füllstoff und das Oberflächenmodifikationsmittel gemischt und unter Einwirkung von Hitze und Bewegungsenergie homogenisiert wird und dann das Polymer zugegeben und homogen eingemischt,
- – oder das Polymer wird mit dem Füllstoff und dem Oberflächenmodifikationsmittel gemischt und unter Einwirkung von Hitze und Bewegungsenergie homogenisiert.
- Either the filler and the surface modifier are first mixed and homogenized under the action of heat and kinetic energy and then the polymer is added and homogeneously mixed in,
- - or the polymer is mixed with the filler and the surface modifier and homogenized under the action of heat and kinetic energy.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzung können zwei Verfahren angewandt werden: Two methods can be used to prepare the polymer composition according to the invention:
1. Herstellung des oberflächenmodifizierten anorganischen, partikulären Füllstoffs, nachträgliche Mischung mit dem Polymer 1. Preparation of the surface-modified inorganic, particulate filler, subsequent mixing with the polymer
Es ist möglich, den Füllstoff zunächst mit dem Oberflächenmodifikationsmittel zu modifizieren, bevor zu einem späteren Zeitpunkt das Polymer zugemischt wird. It is possible to first modify the filler with the surface modifier before adding the polymer at a later time.
Das macht zwei Prozessschritte notwendig, den der Modifizierung und den der nachfolgenden Mischung mit dem Polymer. This requires two process steps, the modification and the subsequent mixing with the polymer.
2. Herstellung des oberflächenmodifizierten anorganischen, partikulären Füllstoffs in der Polymermatrix 2. Preparation of the Surface-Modified Inorganic Particulate Filler in the Polymer Matrix
Es ist alternativ möglich, den Füllstoff mit dem Oberflächenmodifikationsmittel in Anwesenheit des Polymers zu modifizieren, so dass die erfindungsgemäße Polymerzusammensetzung unmittelbar herstellbar ist. It is alternatively possible to modify the filler with the surface modifier in the presence of the polymer so that the polymer composition according to the invention can be prepared directly.
Das macht nur einen Prozessschritte notwendig. This only requires one process step.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Einfachheit gerade dieses Prozesses. The advantage of the present invention is the simplicity of this process.
Dadurch werden Kosten und Energieverbrauch reduziert, denn die Oberflächenmodifizierung des Füllstoffs erfolgt während des Vorgangs des Mischens mit dem Polymer in einem Schritt. This reduces costs and energy consumption because the surface modification of the filler occurs during the process of mixing with the polymer in one step.
Orientierende Versuche haben gezeigt, dass die Ergebnisse bei der vorliegenden Erfindung besser sind, wenn der Füllstoff mit dem Oberflächenmodifikationsmittel in Anwesenheit des Polymers modifiziert wird, als bei der Herstellung gemäß 1. in einem zweistufigen Verfahren, wobei zunächst der Füllstoff mit dem Oberflächenmodifikationsmittel modifiziert wird, bevor zu einem späteren Zeitpunkt das Polymer zugemischt wird. Orientative tests have shown that the results in the present invention are better when the filler is modified with the surface modifier in the presence of the polymer than in the preparation according to 1 in a two-stage process, wherein the filler is first modified with the surface modifier. before the polymer is added at a later time.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzung erfolgt bei erhöhter Temperatur unter Anwendung von Scherenergie. The preparation of the polymer composition according to the invention takes place at elevated temperature using shear energy.
Bei der Umsetzung des Füllstoffs mit dem Oberflächenmodifikationsmittel zur Ausbildung des oberflächenmodifizierten anorganischen, partikulären Füllstoffs wird ein Abspaltprodukt gebildet. In the reaction of the filler with the surface modifier to form the surface-modified inorganic particulate filler, a cleavage product is formed.
Im Falle der Umsetzung von Talkum, der oberflächlich -OH-Gruppen aufweist, mit einem Alkohol, wie beispielsweise Hexadecanol, wird unter Anwendung von erhöhter Temperatur und Scherenergie der oberflächenmodifizierte anorganische, partikuläre Füllstoff gebildet unter Freisetzung von Wasser. In the case of reacting talc having superficial -OH groups with an alcohol such as hexadecanol, the surface-modified inorganic particulate filler is formed by using elevated temperature and shearing energy to release water.
Das gebildete Wasser kann aus der Zusammensetzung entfernt werden, wobei dies beispielsweise durch Anlegen eines Vakuums leicht gelingt. The water formed can be removed from the composition, which is easily achieved, for example, by applying a vacuum.
Andere Abspaltprodukte lassen sich so auch entfernen. Other cleavage products can be removed as well.
Durch das Treffen geeigneter Maßnahmen, um das Abspaltprodukt zu entfernen, kann die Reaktion des Füllstoffs mit dem Oberflächenmodifikationsmittel im Wesentlichen quantitativ ablaufen. By taking appropriate measures to remove the cleavage product, the reaction of the filler with the surface modifier may proceed substantially quantitatively.
Vorteilhaft ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die Polymerzusammensetzung einem Polymer zuzugeben und darin homogen zu verteilen und damit eine Polymermischung herzustellen. Diese weist gegenüber dem Polymer verbesserte Eigenschaften auf. It is advantageous in the context of the present invention to add the polymer composition to a polymer and to distribute it homogeneously therein, and thus to prepare a polymer mixture. This has improved properties compared to the polymer.
Schließlich löst die vorliegende Erfindung auch noch die Aufgabe, ein Formteil, das aus der Polymerzusammensetzung hergestellt ist, anzugeben, gemäß Anspruch 10. Finally, the present invention also has the object of specifying a molded article made of the polymer composition according to claim 10.
Die Polymerzusammensetzung gemäß vorliegender Erfindung kann vorteilhaft angewandt werden, um damit Formteile herzustellen, die in den Bereichen Fahrzeugbau, Möbelbau, Landwirtschaftstechnik, Medizintechnik, Elektrotechnik, Haustechnik, Fensterbau, Rohrsysteme, Schächte, Versorgungstechnik, u.a. Anwendung finden. The polymer composition according to the present invention can be advantageously used to produce molded parts used in the fields of vehicle construction, furniture construction, agricultural technology, medical technology, electrical engineering, building technology, window construction, pipe systems, manholes, supply engineering, and the like. Find application.
Hierzu enthält oder besteht das Formteil aus der Polymerzusammensetzung und / oder der Polymermischung. For this purpose, the molding contains or consists of the polymer composition and / or the polymer mixture.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Verwendung von typischen Kompatibilitätshilfsmitteln, wie z. B. Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Polypropylen (g-MA-PP), nicht mehr notwendig ist. Another advantage of the present invention is that the inventive method, the use of typical compatibility aids such. B. maleic anhydride-grafted polypropylene (g-MA-PP), is no longer necessary.
Ausführungsbeispiele der Erfindung Embodiments of the invention
Zur Verdeutlichung der praktischen Umsetzung der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Beispiele beschrieben, wobei Teile als Gewichtsteile zu verstehen sind. Die Erfindung bezieht sich auf die folgenden Beispiele. Die Beispiele dienen nur zur Beschreibung und beschränken in keiner Weise die erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzungen. To clarify the practical implementation of the present invention, the following examples are described, parts being parts by weight. The invention relates to the following examples. The examples are for description only and in no way limit the polymer compositions of the invention.
Rohstoffe für PP Raw materials for PP
- A) Polyolefin A) polyolefin
- A1) Polypropylen 1, erhalten von Borealis. A1) Polypropylene 1, obtained from Borealis.
-
A2) Polypropylen 2, erhalten von Basell. A2)
Polypropylene 2, obtained from Basell. - A3) Kautschuk, erhalten von DUPONT DOW. A3) Rubber, obtained from DUPONT DOW.
- A4) Polypropylen-Pulver 3 (PP-Pulver 3), erhalten von Borealis. A4) polypropylene powder 3 (PP powder 3) obtained from Borealis.
- B) Füllstoffe B) Fillers
- B1) Talkum, erhalten von LUZENAC. B1) talc, obtained from LUZENAC.
- B2) Kaolin, erhalten von Amberger Kaolinwerke, Hirschau. B2) kaolin, obtained from Amberger Kaolinwerke, Hirschau.
- C) weitere Komponenten C) other components
- C1) Pigment schwarz, erhalten von Schulman. C1) Pigment black, obtained from Schulman.
- C2) UV-Stabilisator, erhalten von BASF SE, Ludwigshafen. C2) UV stabilizer, obtained from BASF SE, Ludwigshafen.
- C3) Verarbeitungshilfsmittel 1, erhalten von AKZO Nobel. C3) Processing Aid 1, obtained from AKZO Nobel.
-
C4) Verarbeitungshilfsmittel 2, erhalten von AKZO Nobel. C4)
Processing Aid 2, obtained from AKZO Nobel. - C5) Alkohol, erhalten von Sasol Germany GmbH, Hamburg. C5) Alcohol, obtained from Sasol Germany GmbH, Hamburg.
Herstellung der Polymerzusammensetzungen Preparation of polymer compositions
(Vergleichsexperimente 1 bis 3 und erfindungsgemäße Beispiele 4 und 5) Comparative Experiments 1 to 3 and Inventive Examples 4 and 5
Für alle Beispiele wurde das gleiche Herstellungsverfahren eingesetzt. Die Polymere, die Füllstoffe und weitere Komponenten wurden in einem Extruder ZE 25–48d von Krauss Maffei Berstorff compoundiert. Die granulat- und die pulverförmigen Rohstoffe wurden (in Abhängigkeit der Beispiele) getrennt vorgemischt und mittels gravimetrischer Dosieranlagen von Brabender in den Haupteinzug bzw. über eine Seitenfütterung in den Maschinenzylinder dosiert. Im Extruder erfolgte die oben beschriebene Umsetzung des Füllstoffs mit dem Oberflächenmodifikationsmittel zur Ausbildung des oberflächenmodifizierten anorganischen, partikulären Füllstoffs bei erhöhter Temperatur unter Anwendung von Scherenergie. For all examples, the same manufacturing process was used. The polymers, fillers and other components were compounded in a ZE 25-48d extruder from Krauss Maffei Berstorff. The granulated and the powdery raw materials were (depending on the examples) pre-mixed separately and metered by means of gravimetric dosing from Brabender in the main feeder or via a side feeding in the engine cylinder. In the extruder, the above-described reaction of the filler with the surface modifier to form the surface modified inorganic particulate filler was carried out at elevated temperature using shear energy.
Die Inhaltsstoffe der verschiedenen Polymerzusammensetzungen zeigt Tabelle 1. The ingredients of the various polymer compositions are shown in Table 1.
Die Polymerzusammensetzungen wurden extrudiert, gekühlt und zu Granulat geschnitten. The polymer compositions were extruded, cooled and cut into granules.
Anschließend wurde das gebildete Granulat hinsichtlich Erscheinungsbild beurteilt (Granulaterscheinungsbild = Erscheinungsbild in Tabelle 2). Gute Erscheinung bedeutet eine homogene Mischung. Schlechte Erscheinung bedeutet teilweise homogene Mischung. Sehr schlechte Erscheinung bedeutet inhomogene Mischung. Subsequently, the formed granules were evaluated for appearance (granule appearance = appearance in Table 2). Good appearance means a homogeneous mixture. Poor appearance means partially homogeneous mixture. Very bad appearance means inhomogeneous mixture.
Nach Kühlung wurde das Granulat in einem gewöhnlichen Gerät spritzgegossen. Die Endzusammensetzung zeigt Tabelle 1. Nach einer Reifezeit von 48 Stunden wurden die Probekörper untersucht (Tabelle 4). After cooling, the granules were injection molded in an ordinary device. The final composition is shown in Table 1. After a maturation time of 48 hours, the specimens were examined (Table 4).
Einziger Unterschied ist die Zusammensetzung der Probekörper.
(Granulaterscheinungsbild = Erscheinungsbild gemäß Tabelle 2). Gute Erscheinung bedeutet eine homogene Mischung. Schlechte Erscheinung bedeutet, dass nur eine teilweise homogene Mischung vorliegt. (Granule appearance = appearance according to Table 2). Good appearance means a homogeneous mixture. Poor appearance means that there is only a partially homogeneous mixture.
Ca. 3 g extrudiertes Granulat der Beispiele 1 bis 5 wurde in einem geeigneten Becherglas mit 20 ml Aceton übergossen. Nach 30 minütigem leichtem Schütteln bzw. nach 2 h leichtem Schütteln wurde mittels Pipette das jeweilige Extrakt auf ein Glasplättchen der Größe 5 cm·2 cm·0,2 cm aufgebracht. Nach Trocknen des Glasplättchens wurde ein gewöhnlicher Sprühlack auf diese Schicht appliziert und bei Raumtemperatur getrocknet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengefasst.
Der Einsatz des oberflächenmodifizierten Füllstoffs verbessert die Zugfestigkeit und die Dehnfähigkeit der erfindungsgemäßen Beispiele. Bei gleichem Mineralgehalt verbessert der Einsatz des oberflächenmodifizierten Füllstoffs die Schlagzähigkeit. Der Einsatz des oberflächenmodifizierten Füllstoffs vermindert die Elastizität, somit wirkt dieser als Weichmacher. The use of the surface-modified filler improves the tensile strength and the extensibility of the examples according to the invention. At the same mineral content, the use of the surface modified filler improves the impact resistance. The use of the surface-modified filler reduces the elasticity, thus acting as a plasticizer.
Extrudiertes Granulat der Beispiele 1 bis 5 wurde in Aluminiumschälchen eingewogen und für 100 h bei 90 °C in einem Umluftofen gelagert. N ach Kühlung auf Raumtemperatur wurde der prozentuale Gewichtsverlust durch Auswiegen bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 zusammengefasst.
Der Einsatz der hydrophoben organischen Verbindung mit funktioneller Gruppe reduziert trotz deutlich höherem Anteil an migrationsfähigen organischen Verbindungen den thermischen Gewichtsverlust. Auch die Auswahl geeigneter Füllstoffe reduziert zudem den thermischen Gewichtsverlust im Vergleich mit dem Füllstoff Talkum. The use of the hydrophobic organic compound with a functional group reduces the thermal weight loss despite a significantly higher proportion of migratory organic compounds. The selection of suitable fillers also reduces the thermal weight loss in comparison with the filler talcum.
Für die Prüfung der mechanischen Eigenschaften wurden die erforderlichen Probekörper im Spritzgussverfahren hergestellt:
Dies waren
- – Vielzweckprobekörper gemäß
EN ISO 527-2 Typ 1A ISO 3167 Typ A
- – Rechteckstäbe 80 mm × 10 mm × 4 mm für die Biegeprüfung und die Ermittlung der Schlageigenschaften.
These were
- - multipurpose test specimen according to
EN ISO 527-2 type 1A ISO 3167 type A
- - Rectangular bars 80 mm × 10 mm × 4 mm for the bending test and the determination of the impact properties.
Die Vielzweckprobekörper wurden als Zweifach- und der Rechteckstab als Vierfachkavität alternativ über eine drehbare Buchse in einem Werkzeug gefertigt. Die Formnestplatte war ähnlich, entsprach aber nicht der
Zur Herstellung der Prüfkörper wurde die Spritzgießmaschine Allrounder 320K 700-250 mit einer Schnecke mit Durchmesser von 30 mm verwendet. Die Compoundproben wurden vor der Verarbeitung im Wärmeschrank 2 Stunden bei 80°C vorgetrocknet. Das Spritzgusswerkzeug war mittels eines Formenheiz- und Kühlgerätes auf 20 °C temperiert. Der Maschinenzylinder war im Einzugsbereich gekühlt, die Zylinderzonen auf 200/210/220/230 °C aufgeheizt. Die offene Düse mit 3 mm Bohrung war ebenfalls auf 230 °C geheizt. Für den Vielzweckprüfkörper und den Rechteckstab waren die Spritzgussparameter elektronisch abgespeichert, so dass die verschiedenen Compoundproben unter vergleichbaren Bedingungen gefertigt werden konnten. To produce the test specimens, the Allrounder 320K 700-250 injection molding machine with a 30 mm diameter screw was used. The compound samples were pre-dried in the oven for 2 hours at 80 ° C prior to processing. The injection mold was tempered by means of a mold heating and cooling device to 20 ° C. The engine cylinder was cooled in the catchment area, the cylinder zones heated to 200/210/220/230 ° C. The open nozzle with 3 mm bore was also heated to 230 ° C. For the multipurpose test specimen and the rectangular rod, the injection molding parameters were electronically stored so that the different compound samples could be manufactured under comparable conditions.
Für die Kerbschlagzähigkeit gemäß
Vor den Laborprüfungen wurden die Probekörper mindestens 88 Stunden im klimatisierten Prüflabor bei Normklima 23 °C / 50 % Feuchte gelage rt. Nur die Probestäbe für den Tieftemperatur-Schlagversuch wurden mindestens 4 Stunden vor der Prüfung zusätzlich konditioniert. Before the laboratory tests, the specimens were stored for at least 88 hours in an air-conditioned test laboratory at standard climate 23 ° C / 50% humidity. Only the test bars for the low-temperature impact test were additionally conditioned at least 4 hours before the test.
Die mechanischen Prüfungen wurden im klimatisierten Prüflabor an Prüfgeräten von Zwick/Röll durchgeführt:
- • Pendelschlagwerk Typ HIT 5.5
- • Materialprüfmaschine 10 KN Typ 1445.60
- • Pendulum impact tester type HIT 5.5
- • Material testing machine 10 KN type 1445.60
Die Ermittlung der Zugeigenschaften wurden gemäß
- • Kraftmessdose 10 KN
- • Zug-E-Modul, Prüfgeschwindigkeit 1 mm/min, mit Präzisionswegaufnehmer, Meslänge 50 mm
- • Streckspannung und Streckdehnung, Prüfgeschwindigkeit 50 mm/min, mit Präzisionswegaufnehmer, Messlänge 50 mm
- • Bruchspannung und Bruchdehnung, Prüfgeschwindigkeit 50 mm/min, Wegmessung über die Traverse
- • Die Versuchsauswertung erfolgt an 5 Proben.
- • Load cell 10 KN
- • Tensile E modulus, test speed 1 mm / min, with precision displacement transducer, gauge length 50 mm
- • Yield stress and elongation at break, test speed 50 mm / min, with precision displacement transducer, measuring length 50 mm
- • Breaking stress and elongation at break, test speed 50 mm / min, travel measurement via the traverse
- • The test evaluation is carried out on 5 samples.
Die Ermittlung der Biegeeigenschaften wurden gemäß
- • Biege-E-Modul mit Kraftmessdose 1 KN
- • Biegefestigkeit mit Kraftmessdose 10 KN (separate Prüfung)
- • Durchbiegung mittels Präzisionswegaufnehmer
- • Der Prüfaufbau und die Prüfparameter entsprechen denen der für den empfohlenen Rechteckstab 80 mm × 10 mm × 4 mm
- • Die Versuchsauswertung erfolgt an
jeweils 5 Proben.
- • Bend E module with load cell 1 KN
- • Bending strength with load cell 10 KN (separate test)
- • Deflection by means of precision displacement transducer
- • The test setup and test parameters are the same as those for the recommended rectangular rod 80 mm × 10 mm × 4 mm
- • The test evaluation is carried out on 5 samples each.
Die Ermittlung der Schlageigenschaften wurden gemäß
- • Die Prüfparameter entsprechen denen des empfohlenen Rechteckstab 80 mm × 10 mm × 4 mm
- • Schlagzähigkeit
ISO 179-1/1fU - • Kerbschlagzähigkeit
ISO 179-1/1eA - • Der Tieftemperaturschlagversuch wurde nach Probenkonditionierung bei –20 °C,
- • sofort nach der Entnahme bei NK (23 °C / 50 % Feu chte) durchgeführt
- • Die Versuchsauswertung erfolgt an jeweils 10 Proben.
- • The test parameters correspond to those of the recommended rectangular rod 80 mm × 10 mm × 4 mm
- • impact resistance
ISO 179-1 / 1fU - • notched impact strength
ISO 179-1 / 1eA - The low temperature impact test was after sample conditioning at -20 ° C,
- • carried out immediately after removal at NK (23 ° C / 50% fire)
- • The test evaluation is carried out on 10 samples each.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der
Hierzu zeigt: This shows:
In
Die erfindungsgemäße Polymerzusammensetzung
Der oberflächenmodifizierte Füllstoff
Der oberflächenmodifizierte Füllstoff
Der Füllstoff
Die funktionelle Oberflächengruppe
Das Oberflächenmodifikationsmittel
Die Endgruppe
Die Endgruppe
Unter dem Einfluss von Temperatur (Delta T) und Scherenergie (E) wird der Füllstoff
Daneben entsteht ein Abspaltprodukt
Im ersten Beispiel, bei der Umsetzung des Füllstoffs
Im zweiten Beispiel, unter Anwesenheit eines Polymers
Der oberflächenmodifizierte Füllstoff
Es können geeignete Maßnahmen getroffen werden, das Abspaltprodukt
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Polymerzusammensetzung polymer composition
- 2 2
- Füllstoff filler
- 2.1 2.1
- Füllstoffpartikel filler
- 2.2 2.2
- funktionelle Oberflächengruppe des Füllstoffs functional surface group of the filler
- 2‘ 2 '
- oberflächenmodifizierter Füllstoff surface-modified filler
- 3 3
- Oberflächenmodifikationsmittel Surface modifier
- 3.1 3.1
- Endgruppe end group
- 3.2 3.2
- Kohlenstoffgerüst Carbon skeleton
- 3.3 3.3
- funktionelle Gruppe functional group
- 4 4
- Polymer polymer
- 5 5
- Abspaltprodukt Abspaltprodukt
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 19818924 [0005] DE 19818924 [0005]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- EN ISO 527-2 Typ 1A [0065] EN ISO 527-2 Type 1A [0065]
- ISO 3167 Typ A [0065] ISO 3167 Type A [0065]
- EN ISO 294-1 [0066] EN ISO 294-1 [0066]
- DIN ISO ISO 179-1/1eA [0068] DIN ISO ISO 179-1 / 1eA [0068]
- EN ISO 527-2 [0071] EN ISO 527-2 [0071]
- DIN EN ISO 178 [0072] DIN EN ISO 178 [0072]
- DIN EN ISO 179-1 [0073] DIN EN ISO 179-1 [0073]
- ISO 179-1/1fU [0073] ISO 179-1 / 1fU [0073]
- ISO 179-1/1eA [0073] ISO 179-1 / 1eA [0073]
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-
2012
- 2012-08-10 DE DE201210107357 patent/DE102012107357A1/en not_active Withdrawn
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DIN EN ISO 179-1 |
DIN ISO ISO 179-1/1eA |
EN ISO 294-1 |
EN ISO 527-2 |
EN ISO 527-2 Typ 1A |
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ISO 179-1/1fU |
ISO 3167 Typ A |
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