DE102020105849A1 - Polymer composite and manufacturing process for it - Google Patents

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Jürgen Carstensen
Philipp Schadte
Alina Kuntze
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Polymerkomposit aus einem Matrixpolymer und Zinkoxid, wobei das tetrapodale Zinkoxid in Bruchstücken und in einer Konzentration zwischen 0,03 - 0,5 gew.-% in dem Polymerkomposit enthalten ist.Ferner betrifft die Erfindung ein Polymerkompositherstellungsverfahren, insbesondere zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Polymerkomposits.The invention relates to a polymer composite made from a matrix polymer and zinc oxide, the tetrapodal zinc oxide being contained in fragments and in a concentration between 0.03-0.5% by weight in the polymer composite polymer composites according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft ein Polymerkomposit aus einem Matrixpolymer und Zinkoxid sowie weiter Polymerkompositherstellungsverfahren, insbesondere zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Polymerkomposits.The invention relates to a polymer composite made from a matrix polymer and zinc oxide and to further polymer composite production processes, in particular for the production of a polymer composite according to the invention.

Thermoplasten werden durch Polymerisation gewonnen. Bei diesem Prozess lagern sich Monomere zu einem Makromolekül, dem Polymer, zusammen. Durch Aktivierung des Monomers, also beispielsweise durch das Zuführen von Wärme oder energiereicher Strahlung, durch Erhöhung des Drucks oder auch den Einsatz von Katalysatoren wird die Polymerisation gestartet.Thermoplastics are obtained through polymerization. During this process, monomers combine to form a macromolecule, the polymer. The polymerization is started by activating the monomer, for example by supplying heat or high-energy radiation, by increasing the pressure or by using catalysts.

Bei der Polymerisation ist eine polymerisationsinduzierte Phasenseparation aufgrund unterschiedlicher Polarität zwischen Monomer - und Polymersystemen bekannt. Für eine kontrollierte Morphologie ist dieser Effekt teilweise erwünscht. Ist dies nicht der Fall, so können Antiseparationsadditive verwendet werden. Diese nehmen jedoch häufig auch an der Reaktion teil oder beeinflussen die Mikro- und Nanostruktur der Polymere.Polymerization-induced phase separation due to different polarity between monomer and polymer systems is known. This effect is partly desirable for a controlled morphology. If this is not the case, antiseparation additives can be used. However, these often also take part in the reaction or influence the micro- and nanostructure of the polymers.

Auch eine nachträgliche Zugabe dieser Antiseparationsadditive zu ausreagierten Polymeren wie beispielsweise Thermoplasten wie Polyethylenterephthalat kann zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Polymere wie Zugfestigkeit oder auch Klebrigkeit führen.Subsequent addition of these antiseparation additives to fully reacted polymers such as thermoplastics such as polyethylene terephthalate can also lead to an improvement in the mechanical properties of the polymers such as tensile strength or even tack.

Aus dem Stand der Technik ist Zinkoxid, insbesondere in tetrapodaler Form, als Additiv zur Polymerverbesserung als solches bekannt. Tetrapodales Zinkoxid wird üblicherweise als Additiv bei der Erzeugung von Kunststoff und Gummi beigemischt und bewirkt durch seine „Krähenfuß“-Form eine mechanische Verankerung und gleichmäßigere Kraftverteilung in den Kompositen.From the prior art, zinc oxide, in particular in tetrapodal form, is known as such as an additive for polymer improvement. Tetrapodal zinc oxide is usually added as an additive in the production of plastic and rubber and, thanks to its “crow's foot” shape, causes mechanical anchoring and more even force distribution in the composites.

Vor allem chinesische Hochschulen und Firmen haben in den letzten Jahren tetrapodales Zinkoxid in verschiedenen Kompositen eingesetzt.Chinese universities and companies in particular have used tetrapodal zinc oxide in various composites in recent years.

In der Druckschrift CN 104419198B werden ein flammhemmender antistatischer durchgehend langglasfaserverstärkter hochtemperaturbeständiger Nylonverbundwerkstoff sowie ein Herstellungsverfahren dafür beschrieben.In the pamphlet CN 104419198B A flame-retardant, antistatic, continuously long glass fiber-reinforced, high-temperature-resistant nylon composite material and a manufacturing process for it are described.

Die Druckschrift CN104592536A offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines tetrapodenförmigen Zinkoxid-Whiskers / Naturlatex-Verbundlatexfilms.The pamphlet CN104592536A discloses a method of making a tetrapod-shaped zinc oxide whisker / natural latex composite latex film.

Die Druckschrift CN104725761A offenbart ein Herstellungsverfahren für ein neues Material auf ABS-Harzbasis.The pamphlet CN104725761A discloses a manufacturing method for a new ABS resin based material.

In der Druckschrift CN104788780A werden eine Polyethylenreißfolie und ein Herstellungsverfahren dafür beschrieben.In the pamphlet CN104788780A a polyethylene tear film and a manufacturing method therefor are described.

Die Druckschrift CN105623248A offenbart einen Polyamid-Verbundwerkstoff und ein Herstellungsverfahren dafür.The pamphlet CN105623248A discloses a polyamide composite and a manufacturing method therefor.

Aus der Druckschrift CN107501700A ist ein Verarbeitungsverfahren für einen Kraftfahrzeug-Schalldämmstoff bekannt.From the pamphlet CN107501700A a processing method for a motor vehicle soundproofing material is known.

Die Druckschrift CN109181085A offenbart ein verstärktes Kunststoff-Masterbatch für ein schrumpfungsarmes dickwandiges Polypropylenprodukt sowie ein Herstellungsverfahren.The pamphlet CN109181085A discloses a reinforced plastic masterbatch for a low shrinkage thick walled polypropylene product and method of manufacture.

Die Druckschrift CN1927933A betrifft ein modifiziertes ataktisches Polypropylen-Harz.The pamphlet CN1927933A relates to a modified atactic polypropylene resin.

In allen oben aufgeführten Druckschriften werden tetrapodale Zinkoxid-Partikel in Form von Zinkoxid-Whiskern ohne weitere Aufbereitung eingesetzt.In all of the publications listed above, tetrapodal zinc oxide particles in the form of zinc oxide whiskers are used without further processing.

Die Druckschrift EP 0 325 797 A1 offenbart beispielsweise Zinkoxid-Whisker, deren Kristallstruktur einen Zentralkörper und vier sich von diesem Zentralkörper radial erstreckende Nadelkristallvorsprünge aufweist.The pamphlet EP 0 325 797 A1 discloses, for example, zinc oxide whiskers, the crystal structure of which has a central body and four needle crystal projections extending radially from this central body.

Die Druckschrift EP 2 550 241 B1 hingegen beschreibt vernetztes tetrapodales Zinkoxid. Es werden dreidimensionale Netzwerke, die auf der gegenseitigen Durchdringung kristalliner Tetrapoden-Beine beruhen, gebildet.The pamphlet EP 2 550 241 B1 however, describes cross-linked tetrapodal zinc oxide. Three-dimensional networks based on the interpenetration of crystalline tetrapod legs are formed.

Die Probleme im Stand der Technik sind bei der Polymerisation im Wesentlichen, dass die klassische Kunststoffverstärkung rein mechanisch durchgeführt wird. Es sind hohe Füllgrade von komplexen Geometrien wie beispielsweise Fasern erforderlich. Zudem können keine Additive zur nachträglichen Abreaktion unverbrauchter Monomere zugesetzt werden.The problems in the prior art are essentially that the classic plastic reinforcement is carried out purely mechanically in polymerization. A high degree of filling of complex geometries such as fibers is required. In addition, no additives can be added for the subsequent reaction of unused monomers.

Für die chemische Reaktion bei der Polymerisation von zwei oder mehr Flüssigkeiten in der Lebensmitteltechnik sind bisher keine anorganischen Emulgatoren bekannt.So far, no inorganic emulsifiers are known for the chemical reaction during the polymerization of two or more liquids in food technology.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Polymerkomposit bereitzustellen, mit dem durch Zugabe eines Additivs in den Extrusionsprozess die mechanischen Eigenschaften von thermoplastischen Kunststoffen verbessert werden können. Im Einzelnen sollen eine höhere mechanische Festigkeit des Endprodukts sowie reproduzierbare Eigenschaften durch die Abreaktion unreagierter Komponenten, wie beispielsweise geringere ungewollte Klebrigkeit des frisch extrudierten Kunststoffs erreicht werden.The present invention is based on the object of providing a polymer composite with which the mechanical properties of thermoplastics can be improved by adding an additive to the extrusion process can. In detail, a higher mechanical strength of the end product as well as reproducible properties should be achieved through the reaction of unreacted components, such as, for example, lower unwanted stickiness of the freshly extruded plastic.

Zudem soll bei der chemischen Reaktion bei der Polymerisation von zwei oder mehr Flüssigkeiten durch das als auch Emulgator genutzte Additiv eine verbesserte Vermischung gelingen, was wiederum die Reaktion von zwei unterschiedlich polaren, unmischbaren Flüssigkeiten optimiert. Die Reaktionen sollen so bis auf Mikroebene wesentlich verlässlicher ablaufen. Durch die bessere Vermischung sollen auch die Materialeigenschaften wie beispielsweise verringerte Klebrigkeit, konsistenterer Glasübergang und höhere Zugfestigkeit verbessert werden. Die Füllgrade an Additiv sollen hierbei möglichst geringgehalten werden und das Additiv nicht an der Reaktion teilnehmen.In addition, in the chemical reaction during the polymerization of two or more liquids, the additive used as well as the emulsifier should achieve improved mixing, which in turn optimizes the reaction of two differently polar, immiscible liquids. In this way, the reactions should run much more reliably down to the micro level. The better mixing should also improve the material properties such as reduced stickiness, more consistent glass transition and higher tensile strength. The degree of additive filling should be kept as low as possible and the additive should not take part in the reaction.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Polymerkomposit gemäß Hauptanspruch sowie einem Herstellungsverfahren dazu gemäß nebengeordnetem Anspruch.This object is achieved with a polymer composite according to the main claim and a production method for it according to the independent claim.

Das Polymerkomposit wird aus einem Matrixpolymer und Zinkoxid hergestellt, wobei das tetrapodale Zinkoxid in Bruchstücken und in einer Konzentration zwischen 0,03 - 0,5 gew.-% in dem Polymerkomposit enthalten ist.The polymer composite is produced from a matrix polymer and zinc oxide, the tetrapodal zinc oxide being contained in fragments and in a concentration between 0.03-0.5% by weight in the polymer composite.

Besonders bevorzugt ist das Zinkoxid in Bruchstücken tetrapodales und/oder multipodales und/oder nadelförmiges und/oder segelförmiges Zinkoxid. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich um tetrapodales und/oder multipodales Zinkoxid, wobei dieses am einfachsten zu brechen ist und entsprechende Bruchstücke ausbildet. Insbesondere soll das Zinkoxid leicht zu brechen bzw. durchzubrechen sein.The zinc oxide in fragments is particularly preferably tetrapodal and / or multipodal and / or needle-shaped and / or sail-shaped zinc oxide. It is very particularly preferably tetrapodal and / or multipodal zinc oxide, this being the easiest to break and forming corresponding fragments. In particular, the zinc oxide should be easy to break or break through.

Insbesondere sind die Zinkoxid-Bruchstücke als Zinkoxidmikrokristalle oder in mikrokristalliner Form ausgebildet.In particular, the zinc oxide fragments are designed as zinc oxide microcrystals or in microcrystalline form.

Die hier beschriebene Erfindung umfasst also ein Polymerkomposit mit erhöhter Zugfestigkeit und erhöhter Spannungsrelaxationsrate, das durch Zugabe von tetrapodalem Zinkoxid durch eine bestimmte Verarbeitungsweise hergestellt wurde.The invention described here thus comprises a polymer composite with increased tensile strength and increased stress relaxation rate, which was produced by adding tetrapodal zinc oxide by a specific processing method.

Erhöhte Spannungsrelaxationsfähigkeit kann insbesondere den negativen Effekt von Risskeimen verringern und den Abbau von lokalen und zeitlichen, mechanischen Spannungsspitzen im Komposit verringern.Increased stress relaxation ability can in particular reduce the negative effect of crack nuclei and reduce the breakdown of local and temporal mechanical stress peaks in the composite.

Außer diesem derart eingebrachten, insbesondere mikrokristallinen, tetrapodalem und/oder multipodalem und/oder nadelförmigem und/oder segelförmigem Zinkoxid in Bruchstücken sind keine Füllstoffe, die bei so geringer Zugabe einen Homogenisierungseffekt aufweisen, bekannt.Apart from this, in particular microcrystalline, tetrapodal and / or multipodal and / or needle-shaped and / or sail-shaped zinc oxide in fragments, no fillers are known which have a homogenizing effect when added so little.

Standardmäßig werden dem Polymer Glasfasern oder Kohlefasern zur Erhöhung der Zugfestigkeit beigemischt, was jedoch die Spannungsrelaxationsrate verringert, wodurch das Material spröder wird (vgl. Obaid et al. 2017).As standard, glass fibers or carbon fibers are added to the polymer to increase the tensile strength, but this reduces the stress relaxation rate, making the material more brittle (cf. Obaid et al. 2017).

Durch die richtig geartete Zugabe von tetrapodalem Zinkoxid in Konzentrationen zwischen 0,03 - 0,5 gew.-% kann die Zugfestigkeit sowie die Spannungsrelaxationsrate gesteigert werden. Sichtbar wird dies während dem Zugversuch im Polarisationsaufbau.The correct addition of tetrapodal zinc oxide in concentrations between 0.03 - 0.5% by weight can increase the tensile strength and the rate of stress relaxation. This becomes visible during the tensile test in the polarization structure.

Das Abbauen von Rissspitzen und die Verringerung der Spannungsrelaxation an Mikro- und Makrorissen fördert die mechanische Haltbarkeit des Polymers unter statischer und dynamischer Belastung. Beispielsweise wird der Effekt von Schub-, Scher und Torsionskräften bei der Belastung verringert, was die Lebensdauer von mechanischen Bauteilen beträchtlich erhöhen kann.The reduction of crack tips and the reduction of stress relaxation at micro and macro cracks promotes the mechanical durability of the polymer under static and dynamic loads. For example, the effect of shear, shear and torsional forces is reduced during loading, which can considerably increase the service life of mechanical components.

Weiter kann bzw. ist in bevorzugter Weise wenigstens eine Seite des in Bruchstücken vorliegenden tetrapodalem Zinkoxid mit mindestens einem Kennzeichen eines klassischen Sprödbruchs ausgebildet sein. Dies sind insbesondere Terassen- und Stufenbildung der Oberfläche.Furthermore, at least one side of the tetrapodal zinc oxide present in fragments can or is preferably designed with at least one characteristic of a classic brittle fracture. These are in particular the formation of terraces and steps on the surface.

Die Zinkoxid Bruchstücke können zudem derart ausgebildet sein, dass diese hochenergetische Bruchfacetten und niederenergetische Seitenflächen aufweisen.The zinc oxide fragments can also be designed in such a way that they have high-energy fracture facets and low-energy side surfaces.

Zudem können weiter die Zinkoxid Bruchstücke eine Kristallinität aufweisen, die höher ist als das, was im Stand der Technik als mikrokristallin und/oder nanokristallin bezeichnet wird, und / oder / bzw. können die Zinkoxid Bruchstücke in Form von einkristallinen Bruchstücken vorliegen.In addition, the zinc oxide fragments can furthermore have a crystallinity which is higher than what is referred to in the prior art as microcrystalline and / or nanocrystalline, and / or / or the zinc oxide fragments can be in the form of monocrystalline fragments.

Die Zinkoxid Bruchstücke können insbesondere innerhalb einer Größenverteilung zwischen 100 nm und 100µm vorliegen.The zinc oxide fragments can in particular be present within a size distribution between 100 nm and 100 μm.

Weiter können im Besonderen die Zinkoxid Bruchstücke ein Aspektverhältnis > 3 aufweisen.Furthermore, the zinc oxide fragments in particular can have an aspect ratio> 3.

Das Polymerkomposit weist insbesondere mindestens eine der folgenden Eigenschaften auf:

  • - erhöhte Spannungsrelaxationsrate im Vergleich zum ungefüllten oder mit klassischen Festkörperadditiven und/oder Glasfasern / Kohlefasern / Kohlenstoffnanoröhren;
  • - mechanische Verstärkung im Vergleich zu ungefülltem Kunststoff oder mit Additiven gefüllten Kunststoffen;
  • - homogenere Eigenschaften in Bezug auf Glastemperatur TG und/oder Streckgrenze und/oder Zugfestigkeit;
  • - Reduktion der Klebrigkeit im Vergleich zu ungefülltem Kunststoff oder mit Additiven gefüllten Kunststoffen;
  • - enge Abstandsverteilung der Partikel im Matrixmaterial, entgegen der zu erwartenden Normalverteilung.
In particular, the polymer composite has at least one of the following properties:
  • - increased stress relaxation rate compared to the unfilled or with classic solid-state additives and / or glass fibers / carbon fibers / carbon nanotubes;
  • - mechanical reinforcement compared to unfilled plastic or plastic filled with additives;
  • - more homogeneous properties in terms of glass transition temperature TG and / or yield point and / or tensile strength;
  • - Reduction in stickiness compared to unfilled plastic or plastic filled with additives;
  • - Narrow distance distribution of the particles in the matrix material, contrary to the normal distribution to be expected.

Der Kunststoff des Polymerkomposits kann insbesondere ausgewählt sein aus der folgenden Gruppe:

  • - thermoplastischer Kunststoff,
  • - polarer Kunststoff
  • - elastomerischer Kunststoff
  • - duroplastischer Kunststoff.
The plastic of the polymer composite can in particular be selected from the following group:
  • - thermoplastic plastic,
  • - polar plastic
  • - elastomeric plastic
  • - thermosetting plastic.

Die Kunststoffe können insbesondere durch Polykondensation oder Polyaddition mit mindestens einem polaren Einzelbestandteil vor, während oder nach der Polymerisation gebildet werden oder eine polare Gruppe aufweisen.The plastics can in particular be formed by polycondensation or polyaddition with at least one polar individual constituent before, during or after the polymerization, or they can have a polar group.

Das erfindungsgemäße Polymerkompositherstellungsverfahren, insbesondere zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Polymerkomposits, weist die Schritte auf:

  • - Herstellen eines Compounds zur weiteren Verarbeitung, wobei zu einem Polymer zwischen 0,03 - 0,5 gew.-% tetrapodales und/oder multipodales und/oder nadelförmiges und/oder segelförmiges Zinkoxid (allgemein Zinkoxid) in mikrokristalliner Form beigefügt wird und nach dem Beifügen ein mechanisches Zerkleinern erfolgt;
  • - Weiterverarbeiten, auch zeitversetzt, des Compounds zu Polymerkompositprodukten.
The polymer composite production method according to the invention, in particular for producing a polymer composite according to the invention, has the steps:
  • - Manufacture of a compound for further processing, with a polymer between 0.03-0.5 wt .-% tetrapodal and / or multipodal and / or needle-shaped and / or sail-shaped zinc oxide (generally zinc oxide) is added in microcrystalline form and after Mechanical crushing takes place;
  • - Further processing, also with a time delay, of the compound into polymer composite products.

Das Verfahren, um ein solches Polymerkomposit herzustellen kann im Speziellen wie folgt aussehen:

  • Ausgangsstoffe für die Herstellung sind insbesondere entweder thermoplastische, polare Kunststoffe, oder elastomerische/duroplastische Kunststoffe, die durch Polyaddition oder Polykondensation vor, während oder nach der Reaktion eine polare Gruppe enthalten.
The process for producing such a polymer composite can in particular be as follows:
  • Starting materials for the production are in particular either thermoplastic, polar plastics, or elastomeric / thermosetting plastics, which contain a polar group by polyaddition or polycondensation before, during or after the reaction.

Weiterer Ausgansstoff sind die Zinkoxid (ZnO) - Mikrokristalle in der Form von Tetrapoden oder Multipoden (tetrapodal), deren individuelle Arme noch mit dem Korpus verwachsen, d.h. noch nicht abgebrochen sind.Another starting material are the zinc oxide (ZnO) microcrystals in the form of tetrapods or multipods (tetrapodal), the individual arms of which have grown together with the body, i.e. have not yet broken off.

Diese Mikrokristalle werden in einer Konzentration zwischen 0,03 und 0,5 gew.-% dem thermoplastischen, polaren bzw. dem polaren Monomer/Oligomer bei duroplastischen / elastomerischen Polymeren beigemischt und durch mechanisches Verarbeiten zerkleinert.These microcrystals are added to the thermoplastic, polar or polar monomer / oligomer in the case of thermoset / elastomeric polymers in a concentration between 0.03 and 0.5% by weight and are comminuted by mechanical processing.

Für das Vermischen reicht bei Thermoplasten ein standardmäßiger Schneckenextruder, bei mehrkomponentigen Systemen sollte ein Ultraschallstab für mindestens 10 s verwendet werden, um möglichst viele Bruchstücke zu erzeugen.A standard screw extruder is sufficient for mixing thermoplastics; for multi-component systems, an ultrasonic rod should be used for at least 10 s in order to generate as many fragments as possible.

So hergestellte, thermoplastische Compounds können dann beliebig weiterverarbeitet werden. Für duroplastische und elastomerische Komposite sollten bzw. insbesondere müssen die notwendigen Monomere innerhalb von 14 Tagen zur Ausreaktion gebracht werden.Thermoplastic compounds produced in this way can then be further processed as required. For thermoset and elastomeric composites, the necessary monomers should or must be brought to full reaction within 14 days.

Das tetrapodale und/oder multipodale und/oder nadelförmige und/oder segelförmige Zinkoxid wird durch Kleinmahlen, also durch das Zerbrechen der Tetrapoden im Polymer aktiviert. Durch das Zerbrechen der Tetrapoden werden hochreaktive, polare Ebenen in der c-Achse der Wurtzit-Struktur freigesetzt, welche mit den Polymerkomponenten reagieren. Es ist wichtig, dass das erfindungsgemäße Additiv im Polymer zerbrochen wird, um reaktive Ebenen mit Polymerkomponenten in Verbindung zu bringen. Werden das Additiv und damit auch die Tetrapoden außerhalb des Polymers zerbrochen, so reagieren die reaktiven Flächen mit der Luftatmosphäre ab und das Additiv kann nicht mehr wirken. Die hochreaktiven Ebenen sind deutlich höher energetisch als die intakten, im Syntheseverfahren für Mikrokristalle gewachsenen Seitenflächen. Eine homogenere Ausreaktion der Kunststoffe wird ermöglicht. Dadurch, dass vor, während oder nach der Polymerisation durch Polykondensation oder Polyaddition mit mindestens einer polaren Komponente Komposite erzeugt werden können, ist es möglich die zuvor beschriebenen Eigenschaften zu erhalten. Insbesondere sollte das Additiv bevorzugt in die Hydroxygruppe oder einer dieser Art verwandten Gruppe ausgestattete Komponente eingebracht und dort zerrieben werden, da dann der positive Effekt des Additivs voll ausgenutzt werden kann.The tetrapodal and / or multipodal and / or needle-shaped and / or sail-shaped zinc oxide is activated by grinding, that is, by breaking the tetrapods in the polymer. When the tetrapods break, highly reactive, polar planes are released in the c-axis of the wurtzite structure, which react with the polymer components. It is important that the additive according to the invention is broken down in the polymer in order to bring reactive planes into connection with polymer components. If the additive and thus also the tetrapods are broken outside the polymer, the reactive surfaces react with the air atmosphere and the additive can no longer work. The highly reactive levels are significantly more energetic than the intact side surfaces grown in the synthesis process for microcrystals. A more homogeneous reaction of the plastics is made possible. Because composites can be produced with at least one polar component before, during or after the polymerization by polycondensation or polyaddition, it is possible to obtain the properties described above. In particular, the additive should preferably be introduced into the hydroxyl group or a component equipped with this type of group and ground there, since the positive effect of the additive can then be fully exploited.

Aufgrund der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und der homogeneren Ausreaktion sollte es möglich sein, dass manche Schichtsysteme wie beispielsweise bei Folien für die Lebensmittelindustrie vermieden werden können. Diese Schichtsysteme werden zur Konservierung durch Sauerstoffbarriere an beispielsweise Fleischprodukten eingesetzt und sind aufgrund der Schichtung unterschiedlicher Polymere nicht recyclebar.Due to the improvement of the mechanical properties and the more homogeneous reaction, it should be possible that some layer systems, such as films for the food industry, can be avoided. These layer systems are used for preservation by means of an oxygen barrier, for example Meat products are used and are not recyclable due to the layering of different polymers.

Der entsprechende erfindungsgemäße Zinkoxid-Polymerkomposit-Zusatz kann als Zusatz zu thermoplastischen Kunststoffen genutzt werden und schon bei Zugabemengen unter 1 Gewichtsprozent wird eine Verbesserung von bis zu 30 Prozent der mechanischen Eigenschaften erreicht. Da das Wirkprinzip auf dem Kleinmahlen beziehungsweise Zerbrechen der Mikrostrukturen beruht, kann das Additiv in jedem üblichen Extrusionsprozess eingebracht werden, um seine Wirkung zu entfalten und das Endprodukt zu verstärken. So kann in vielen Anwendungen wie beispielsweise bei der Folienherstellung Material gespart werden. Die Folien können dünner hergestellt werden, da weniger durch den Extrusionszusatz verstärktes Material die gleiche Festigkeit aufweist wie dickeres Material ohne Zusatz. Aufgrund der kleinen Mengen und der Einstufung von Zinkoxid als Biomaterial ist der Einsatz nicht durch die jeweilige Anwendung des Kunststoffs limitiert.The corresponding zinc oxide-polymer composite additive according to the invention can be used as an additive to thermoplastics, and an improvement of up to 30 percent in the mechanical properties is achieved even with added amounts of less than 1 percent by weight. Since the principle of action is based on the small grinding or breaking of the microstructures, the additive can be introduced in any conventional extrusion process in order to develop its effect and to strengthen the end product. In this way, material can be saved in many applications such as film production. The films can be made thinner because less material reinforced by the extrusion additive has the same strength as thicker material without additive. Due to the small quantities and the classification of zinc oxide as a biomaterial, its use is not limited by the particular application of the plastic.

Wenn die Homogenisierung der Komponenten bei der Erzeugung von 2-Komponenten-Polymeren entweder mit einem standardmäßigen Ultraschallstab mit beispielsweise 100 Watt effektiver Leistung bei 50 Prozent Amplitude und einer Dauer von 20 Sekunden oder mit einer Dissolverscheibe für das Dispergieren von Mikro- und Nanopartikeln bei mindestens 6000 Umdrehungen pro Minute für mindestens 5 Minuten stattfindet, so werden gute, reproduzierbare Werte in Bezug auf das Zerbrechen der Tetrapoden erwirkt. Dies führt zu geringen benötigten Füllgraden der Kunststoffkomposite.If the homogenization of the components in the production of 2-component polymers either with a standard ultrasonic rod with, for example, 100 watts effective power at 50 percent amplitude and a duration of 20 seconds or with a dissolver disc for dispersing micro and nanoparticles with at least 6000 Revolutions per minute takes place for at least 5 minutes, good, reproducible values with regard to the breaking of the tetrapods are achieved. This leads to the plastic composites being required to have a low degree of filling.

Weiter vorteilhaft ist es, dass bei der Verarbeitung von Zinkoxid in den Polymeren sich die Viskosität der Mischung von 2 oder mehr Flüssigkeiten bei entsprechend erfindungsgemäßer Einbringung verringert. Dadurch kann die Verarbeitungsgeschwindigkeit deutlich erhöht werden und es können Prozesskosten gespart werden. Des Weiteren verringert die bessere Fließfähigkeit interne Spannungen, die beim Extrudieren normalerweise auftreten und das Polymer schwächen können.It is further advantageous that, when zinc oxide is processed in the polymers, the viscosity of the mixture of 2 or more liquids is reduced when it is introduced in accordance with the invention. As a result, the processing speed can be increased significantly and process costs can be saved. Furthermore, the better flowability reduces internal stresses which normally occur during extrusion and which can weaken the polymer.

Durch den zuvor aufgezeigten Effekt und die erhöhte Spannungsrelaxationsrate weist ein fertiges, gegossenes Bauteil deutlich weniger interne Verspannungen auf, als ein gleichgeartetes ohne ZnO hergestelltes Bauteil. Sichtbar wird dies in der Polarisationsmikroskopie, bei der sich erkennen lässt, dass vor allem Grenzflächen (Einschlüsse wie Luftblasen, Mikrorisse o.ä.) und die Oberflächen des Gussteils betroffen sind. Da von der Oberfläche des Bauteils und von inneren Grenzflächen bei der Verformung die Rissbildung ausgeht, ist es wichtig gerade an diesen Stellen Vorverspannungen zu vermeiden.As a result of the effect shown above and the increased rate of stress relaxation, a finished, cast component has significantly fewer internal stresses than a similar component made without ZnO. This becomes visible in polarization microscopy, in which it can be seen that above all interfaces (inclusions such as air bubbles, microcracks, etc.) and the surfaces of the cast part are affected. Since the formation of cracks originates from the surface of the component and from the inner boundary surfaces during deformation, it is important to avoid pre-tensioning at these points in particular.

Durch die Zugabe von tetrapodalem Zinkoxid wird letztendlich ein Bauteil erstellt, das polarisiertes Licht im Vergleich zu reinem Matrixpolymer nicht dreht. Letztendlich kann man hierdurch die Höhe der internen Verspannungen durch eine deutlich höhere Polarisation ungefüllter Bauteile feststellen. Auch beim Erzeugen von Kratzern auf der Oberfläche zeigen diese bei ungefülltem PTU eine deutliche Spannungskonzentration, was zwangsläufig das Polymer schwächen wird. Im Vergleich dazu werden die Spannungen um einen Kratzer bei gefülltem Kunststoff restlos abgebaut.The addition of tetrapodal zinc oxide ultimately creates a component that does not rotate polarized light compared to pure matrix polymer. Ultimately, this allows you to determine the level of internal tension due to a significantly higher polarization of unfilled components. Even when scratches are generated on the surface, when the PTU is unfilled, these show a significant concentration of stress, which will inevitably weaken the polymer. In comparison, the stresses around a scratch are completely relieved when the plastic is filled.

Insbesondere wird bei zwei Komponenten Kunststoffen das Zinkoxid in die polare Komponente des 2K-Kunststoffes zur Verarbeitung eingebracht und dort zerbrochen. Dies ist unüblich, führt jedoch zu den zuvor beschriebenen Vorteilen der neuartigen Kunststoffbauteile.In particular, in the case of two-component plastics, the zinc oxide is introduced into the polar component of the 2K plastic for processing and broken there. This is unusual, but leads to the advantages of the novel plastic components described above.

Nachfolgend werden ein exemplarisches aber nicht beschränkendes Herstellungsbeispiel und zwei exemplarische aber nicht beschränkende Anwendungsbeispiele der Erfindung gegeben, wobei diese die Erfindung erläutern sollen und nicht beschränkend zu werten sind:An exemplary but non-limiting production example and two exemplary but non-limiting application examples of the invention are given below, these being intended to explain the invention and not to be regarded as limiting:

Herstellungsbeispiel Additiv:Production example additive:

Für ein Zinkoxid-Brikett mit einer Dichte von 1,3 Gramm pro Kubikzentimeter wird eine Pressform eines Volumens von 10 Kubikzentimeter verwendet. Es wird eine Mischung von 2 Gramm Polyvinylbutyral als Mikropulver (Partikelgröße >10 Mikrometer) und 13 Gramm unzerkleinertes tetrapodales Zinkoxid mit einer Größe zwischen 100 Nanometer und 100 Mikrometer verwendet. Die Pulver werden vorsichtig händisch gemischt, bis eine homogene Mischung entsteht. Die gesamten 15 Gramm des entstandenen Pulvers werden in die Pressform gegeben und das Volumen auf 10 Kubikzentimeter gepresst. Die Pressform wird mitsamt dem Inhalt bei 80 °C für eine Stunde gelagert, so dass das Polyvinylbutyral schmilzt und das verbleibende Pulver verklebt. Dadurch kann die gepresste Masse entformt werden und anschließend in einem Hochtemperaturofen bei 900 - 1100 °C für 3-5 Stunden gebacken werden. Nach dem Abkühlen kann das Zinkoxid-Brikett vakuumverpackt werden.For a zinc oxide briquette with a density of 1.3 grams per cubic centimeter, a mold with a volume of 10 cubic centimeters is used. A mixture of 2 grams of polyvinyl butyral as micropowder (particle size> 10 micrometers) and 13 grams of uncomminuted tetrapodal zinc oxide with a size between 100 nanometers and 100 micrometers is used. The powders are carefully mixed by hand until a homogeneous mixture is obtained. The entire 15 grams of the resulting powder are placed in the mold and the volume is pressed to 10 cubic centimeters. The mold and its contents are stored at 80 ° C. for one hour so that the polyvinyl butyral melts and the remaining powder sticks together. This allows the pressed mass to be removed from the mold and then baked in a high-temperature oven at 900 - 1100 ° C for 3-5 hours. After cooling, the zinc oxide briquette can be vacuum packed.

Anwendungsbeispiel 1 - Additiv in Thermoplast:Application example 1 - additive in thermoplastic:

Bei der Verarbeitung von polaren, thermoplastischen Kunststoffen (Polyamid, Polyethylenterephtalat, Polymilchsäure, etc.) kann je nach Fassungsvolumen des Extruders, der für die Kunststoffverarbeitung genutzt wird, ein Gewichts-%-anteil von weniger als 0,5 % und 0,03 % Zinkoxid-Brikett zugegeben werden. Das Brikett mit dem entsprechenden Gewicht wird in die Zugabevorrichtung des Kunststoffes gegeben. Durch normalen Betrieb des Schneckenextruders wird das Brikett in die funktionalen Einzelbestandteile zerrieben. Dazu ist es erforderlich, den Extruder für eine gewisse Zeit Mischen zu lassen. Die genaue Zeit für eine homogene Vermischung hängt vom jeweiligen Polymer und der Verarbeitungstemperatur ab und entspricht der Zeit, die benötigt wird, um andere Stoffe (Farbstoffe und Füllstoffe) beizumischen. Anschließend können aus dem additiverten Polymer wiederum Pellets oder Granulat hergestellt werden, die anschließend weiterverarbeitet werden können. Die additivierten Kunststoffe weisen bei korrekter Verarbeitung eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften auf: höhere Zugfestigkeit, verringerte Klebrigkeit, gleichmäßigere Glastemperatur beim Vergleich mehrerer Batches.When processing polar, thermoplastic plastics (polyamide, polyethylene terephthalate, polylactic acid, etc.), a weight percentage of less than 0.5% and 0.03% can be used, depending on the capacity of the extruder that is used for plastics processing. Zinc oxide briquette can be added. The briquette with the corresponding weight is placed in the plastic dispenser given. Normal operation of the screw extruder grinds the briquette into its individual functional components. To do this, it is necessary to let the extruder mix for a certain period of time. The exact time for a homogeneous mixing depends on the respective polymer and the processing temperature and corresponds to the time required to mix in other substances (dyes and fillers). Subsequently, pellets or granules can be produced from the polymer with the addition of additives, which can then be further processed. When processed correctly, the plastics with additives have one or more of the following properties: higher tensile strength, reduced stickiness, more uniform glass temperature when comparing several batches.

Anwendungsbeispiel 2 - Additiv in 2-Komponenten-Polymer:Application example 2 - additive in 2-component polymer:

Bei der Verarbeitung von 2-Komponenten-Polymeren mit mindestens einer polaren Komponente (Epoxidharze, Polyurethane, etc.) wird das Zinkoxid-Brikett in die polare Komponente zu dosiert. Die Zugabe erfolgt bei weniger als 0,5 bis 0,03 gew.-% Zinkoxid-Brikett gerechnet auf das Gewicht des fertigen Polymers. Mithilfe einer mechanischen Mischeinheit (Dispergator, Ultraschallstab) wird diese Mischung homogenisiert, bis alle Arme / Stacheln kaputtgebrochen sind. Bei Verwendung eines handelsüblichen Ultraschallstabs entspricht das etwa 10 bis 20 Sekunden bei 50 % Amplitude. Nach der Homogenisierung werden die beiden Komponenten des 2-Komponenten-Polymers in einem Zeitraum von bis zu 2 Wochen nach der Einmischung des Zinkoxid-Briketts im korrekten Mischungsverhältnis gemischt und laut Herstellervorgaben zur Polymerisation gebracht. Das fertige Polymer weist im Gegensatz zum nicht-additivierten Kunststoff eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften auf: höhere Zugfestigkeit, verringerte Klebrigkeit, homogenere Glasübergangstemperatur.When processing 2-component polymers with at least one polar component (epoxy resins, polyurethanes, etc.), the zinc oxide briquette is added to the polar component. Less than 0.5 to 0.03% by weight of zinc oxide briquette, based on the weight of the finished polymer, is added. With the help of a mechanical mixing unit (disperser, ultrasonic rod), this mixture is homogenized until all arms / spines have broken. When using a commercially available ultrasonic rod, this corresponds to about 10 to 20 seconds at 50% amplitude. After homogenization, the two components of the 2-component polymer are mixed in the correct mixing ratio within a period of up to 2 weeks after the zinc oxide briquette has been mixed in, and polymerized according to the manufacturer's instructions. In contrast to plastic without additives, the finished polymer has one or more of the following properties: higher tensile strength, reduced tack, more homogeneous glass transition temperature.

Der Vollständigkeit halber erfolgt nachfolgend noch exemplarisch eine Ausführung zur Herstellung entsprechender Zinkoxid - Briketts, die für eine entsprechende Zugabe des tetrapodalen Zinkoxid geeignet sind. Diese Form soll jedoch gerade nicht beschränkend zu werten sein, da das Zinkoxid in tetrapodaler Form auch in diversen weiteren Herstellungsverfahren vorproduziert und bereitgestellt werden kann:

  • Das Zinkoxid-Polymer-Additiv umfasst bindungsmittelfreies tetrapodales Zinkoxid, wobei mindestens 90 Gewichtsprozent des Additivs aus tetrapodalem Zinkoxid bestehen und das Additiv in brikettierter Form mit einer Dichte zwischen 1,0 und 1,5 Gramm pro Kubikzentimeter vorliegt. Tetrapodales Zinkoxid besteht per Definition aus unzerbrochenen Tetrapoden.
For the sake of completeness, an example is given below for the production of corresponding zinc oxide briquettes which are suitable for a corresponding addition of the tetrapodal zinc oxide. However, this form should not be considered restrictive, since the zinc oxide in tetrapodal form can also be pre-produced and provided in various other manufacturing processes:
  • The zinc oxide polymer additive comprises binder-free tetrapodal zinc oxide, wherein at least 90 percent by weight of the additive consists of tetrapodal zinc oxide and the additive is in briquette form with a density between 1.0 and 1.5 grams per cubic centimeter. Tetrapodal zinc oxide is, by definition, made up of unbroken tetrapods.

Dadurch, dass die brikettierte Form vorbestimmte Sollbruchstellen zur Portionierung aufweisen kann, ist eine einfache Portionierung des Additivs je nach benötigter Menge und Einsatzzweck möglich.Because the briquetted form can have predetermined breaking points for portioning, simple portioning of the additive is possible depending on the required amount and intended use.

Wenn die einzelnen tetrapodalen Zinkoxid-Partikel einen Durchmesser aus dem Intervall 100 Nanometer bis 100 Mikrometer aufweisen, so ist eine Morphologie der Zinkoxid-Struktur gegeben, die erlaubt, dass die Struktur quer zur reaktiven Ebene gebrochen werden kann. Die tetrapodalen Zinkoxid-Partikel sollten nicht unter 100 Nanometer groß sein, da sonst nicht mehr genug Scherkräfte aufgebracht werden können, um Zinkoxid-Strukturen von den tetrapodalen Zinkoxid-Partikeln abzubrechen. Damit eine Anwendung in kleinen und / oder dünnen Bauteilen wie beispielsweise Folien möglich ist, sollte die Zinkoxid-Partikelgröße unter 100 Mikrometer liegen. Da größere Partikel leichter zu Risskeimen im Polymer führen können, sollen bevorzugt kleinere Partikel im Bereich von 100 Nanometern verwendet werden. Das Aspektverhältnis der tetrapodalen Zinkoxid-Partikel sollte größer als 3 sein. Es sollen mindestens Einzelpartikel, bevorzugt jedoch ein Netzwerk aus Partikeln eingesetzt werden, um unter anderem eine gute Verarbeitbarkeit und ein geringes Staubaufkommen zu erhalten.If the individual tetrapodal zinc oxide particles have a diameter from the interval 100 nanometers to 100 micrometers, the zinc oxide structure has a morphology that allows the structure to be broken across the reactive plane. The tetrapodal zinc oxide particles should not be less than 100 nanometers in size, since otherwise enough shear forces can no longer be applied to break off zinc oxide structures from the tetrapodal zinc oxide particles. The zinc oxide particle size should be less than 100 micrometers so that it can be used in small and / or thin components such as foils. Since larger particles can more easily lead to crack nuclei in the polymer, smaller particles in the range of 100 nanometers should preferably be used. The aspect ratio of the tetrapodal zinc oxide particles should be greater than 3. At least individual particles, but preferably a network of particles, should be used in order to obtain, among other things, good processability and low dust generation.

Das Zinkoxid-Polymer-Additiv-Herstellungsverfahren kann exemplarisch mit den folgenden Schritten durchgeführt:

  1. a. Vermischen von in Pulverform und / oder in vernetzter Form vorliegendem tetrapodalem Zinkoxid mit einem Binderpolymer und Zinkmetall-Pulver, wobei die Gewichtsanteile von Binderpolymer und tetrapodalem Zinkoxid in einem vorbestimmten Verhältnis zwischen 1 : 2 und 1 : 7 eingerichtet werden und dem Gemisch aus tetrapodalem Zinkoxid und Binderpolymer bis zu 10 Gewichtsprozent Zinkmetall-Pulver beigemischt werden und für eine Änderung der Dichte der Anteil Binderpolymer zu tetrapodalem Zinkoxid in den zuvor genannten Verhältnissen variiert werden kann;
  2. b. Einfügen / Einfüllen / Geben des homogenisierten Gemisches in eine Brikettier-Pressform;
  3. c. Wärmebehandeln des Gemisches in der Pressform für wenigstens eine Stunde bei einer Temperatur wenigstens 10 °C oberhalb der Bindetemperatur des Schmelzpolymers;
  4. d. Abkühlen auf eine Temperatur wenigstens 20 °C unterhalb der Schmelztemperatur des Binderpolymers;
  5. e. Entnehmen des Inhalts der Pressform als formbeständiger Grünling;
  6. f. Sintern des Grünlings bei Temperaturen zwischen 900 °C und 1100 °C für 3 bis 5 Stunden unter Verbrennen des Binderpolymers;
  7. g. Abkühlen lassen des Zinkoxid-Briketts.
The zinc oxide polymer additive manufacturing process can be carried out using the following steps as an example:
  1. a. Mixing of tetrapodal zinc oxide present in powder form and / or in crosslinked form with a binder polymer and zinc metal powder, the weight proportions of binder polymer and tetrapodal zinc oxide being set up in a predetermined ratio between 1: 2 and 1: 7 and the mixture of tetrapodal zinc oxide and Binder polymer up to 10 percent by weight of zinc metal powder can be admixed and the proportion of binder polymer to tetrapodal zinc oxide can be varied in the aforementioned proportions to change the density;
  2. b. Inserting / filling / giving the homogenized mixture in a briquetting press mold;
  3. c. Heat treating the mixture in the mold for at least one hour at a temperature at least 10 ° C. above the bonding temperature of the melt polymer;
  4. d. Cooling to a temperature at least 20 ° C. below the melting temperature of the binder polymer;
  5. e. Removing the contents of the mold as a shape-retaining green compact;
  6. f. sintering the green compact at temperatures between 900 ° C. and 1100 ° C. for 3 to 5 hours while burning the binder polymer;
  7. G. Let the zinc oxide briquette cool down.

Als Binderpolymer in dem Verfahren können sowohl Polyvinylbutyrale, Polycaprolactame, Polyethylenglykole oder auch Wachse eingesetzt werden. Das Binderpolymer kann bevorzugt aus den genannten Polymeren ausgewählt werden.Both polyvinyl butyrals, polycaprolactams, polyethylene glycols or waxes can be used as binder polymer in the process. The binder polymer can preferably be selected from the polymers mentioned.

Das Binderpolymer kann bevorzugt einen Schmelzpunkt unter 100 °C aufweisen. Werden zum Pressen der Zinkoxid-Briketts Formen aus Kunststoff verwendet, so ist dies notwendig. Bei Verwendung von Formen aus Metall können auch andere Polymere mit höheren Schmelzpunkten genutzt werden.The binder polymer can preferably have a melting point below 100.degree. If plastic molds are used to press the zinc oxide briquettes, this is necessary. When using molds made of metal, other polymers with higher melting points can also be used.

Die Korngröße des Zinkmetall-Pulvers sollte nicht größer sein als der Durchmesser der einzelnen tetrapodalen Zinkoxid-Partikel. Es können standardmäßige, kugelförmige Mikropartikel und Nanopartikel verwendet werden. Grund für die Zugabe von Zinkmetall-Pulver ist die Steigerung der Festigkeit des Zinkoxid-Briketts durch die Ausbildung von Kristalldurchdringungen.The grain size of the zinc metal powder should not be larger than the diameter of the individual tetrapodal zinc oxide particles. Standard spherical microparticles and nanoparticles can be used. The reason for adding zinc metal powder is to increase the strength of the zinc oxide briquette through the formation of crystal penetrations.

Da das Vermischen von dem tetrapodalem Zinkoxid mit dem Binderpolymer mit einem mechanischen Rührwerk bei 100 Umdrehungen pro Minute beispielsweise ausgeführt werden kann, wird der Vorgang möglichst schonend ausgeführt, da so das tetrapodale Zinkoxid während des Mischvorgangs nicht kaputt gebrochen wird.Since the tetrapodal zinc oxide can be mixed with the binder polymer with a mechanical stirrer at 100 revolutions per minute, for example, the process is carried out as gently as possible, since the tetrapodal zinc oxide is not broken during the mixing process.

Als Zinkoxid-Additiv-Verwendung des tetrapodalen Zinkoxid - Briketts ist beispielsweise die portionierte Zugabe des Additivs zu einem Masterbatch oder einer Präpolymer-Komponente vor einer Polymerextrusion und das Zermahlen lassen des Additivs durch einen Extruder zu sehen. Bei der Erzeugung von 2-Komponenten-Polymeren kann das zuzugebende Zinkoxid in entsprechender Darreichungsform ebenfalls Verwendung finden. Es wird portioniert einer Komponente als Emulgator beigemengt und mithilfe einer mechanischen Mischeinheit homogenisiert. In beiden Fällen wird durch den Einsatz des Additivs eine Produktverbesserung erreicht.Zinc oxide additive use of the tetrapodal zinc oxide briquette is, for example, the portioned addition of the additive to a masterbatch or a prepolymer component before polymer extrusion and the grinding of the additive by an extruder. In the production of 2-component polymers, the zinc oxide to be added can also be used in a corresponding dosage form. It is added in portions to a component as an emulsifier and homogenized with the help of a mechanical mixing unit. In both cases, the use of the additive improves the product.

Die Darreichungsform des tetrapodalen Zinkoxids in Form eines Zinkoxid-Briketts hat verschiedene Vorteile. Das Zinkoxid-Brikett kann transportiert werden ohne dass es zum Zerbrechen von tetrapodalem Zinkoxid kommt und auch das Stauben von tetrapodalem Zinkoxid während des Transports kann so vermieden werden. Das Additiv in Form eines Zinkoxid-Briketts ist einfach in der Handhabung und kann verlässlich beigemengt werden. Sollbruchstellen zur Vereinzelung und Portionierung vereinfachen die Handhabung weiter.The dosage form of the tetrapodal zinc oxide in the form of a zinc oxide briquette has various advantages. The zinc oxide briquette can be transported without the tetrapodal zinc oxide breaking and dusting of the tetrapodal zinc oxide during transport can also be avoided. The additive in the form of a zinc oxide briquette is easy to use and can be added reliably. Breaking points for separation and portioning further simplify handling.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • CN 104419198 B [0007]CN 104419198 B [0007]
  • CN 104592536 A [0008]CN 104592536 A [0008]
  • CN 104725761 A [0009]CN 104725761 A [0009]
  • CN 104788780 A [0010]CN 104788780 A [0010]
  • CN 105623248 A [0011]CN 105623248 A [0011]
  • CN 107501700 A [0012]CN 107501700 A [0012]
  • CN 109181085 A [0013]CN 109181085 A [0013]
  • CN 1927933 A [0014]CN 1927933 A [0014]
  • EP 0325797 A1 [0016]EP 0325797 A1 [0016]
  • EP 2550241 B1 [0017]EP 2550241 B1 [0017]

Claims (11)

Polymerkomposit aus einem Matrixpolymer und Zinkoxid, wobei das Zinkoxid in Bruchstücken und in einer Konzentration zwischen 0,03 - 0,5 gew.-% in dem Polymerkomposit enthalten ist.Polymer composite of a matrix polymer and zinc oxide, the zinc oxide being contained in fragments and in a concentration between 0.03-0.5% by weight in the polymer composite. Polymerkomposit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zinkoxid in Bruchstücken tetrapodales und/oder multipodales und/oder nadelförmiges und/oder segelförmiges Zinkoxid ist.Polymer composite according to Claim 1 , characterized in that the zinc oxide in fragments is tetrapodal and / or multipodal and / or needle-shaped and / or sail-shaped zinc oxide. Polymerkomposit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinkoxid-Bruchstücke als Zinkoxidmikrokristalle oder in mikrokristalliner Form vorliegen.Polymer composite according to Claim 1 or 2 , characterized in that the zinc oxide fragments are present as zinc oxide microcrystals or in microcrystalline form. Polymerkomposit nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Seite des in Bruchstücken vorliegenden tetrapodalem Zinkoxid mit mindestens einem Kennzeichen eines klassischen Sprödbruchs ausgebildet ist (Terassen- und Stufenbildung der Oberfläche).Polymer composite according to Claim 1 , 2 or 3 , characterized in that at least one side of the tetrapodal zinc oxide present in fragments is formed with at least one characteristic of a classic brittle fracture (terrace and step formation of the surface). Polymerkomposit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinkoxid Bruchstücke hochenergetische Bruchfacetten und niederenergetische Seitenflächen aufweisen.Polymer composite according to one of the preceding claims, characterized in that the zinc oxide fragments have high-energy fracture facets and low-energy side surfaces. Polymerkomposit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinkoxid Bruchstücke eine Kristallinität aufweisen, die höher ist als das, was im Stand der Technik als mikrokristallin und/oder nanokristallin bezeichnet wird, und/oder die Zinkoxid Bruchstücke in Form von einkristallinen Bruchstücken vorliegen.Polymer composite according to one of the preceding claims, characterized in that the zinc oxide fragments have a crystallinity that is higher than what is referred to in the prior art as microcrystalline and / or nanocrystalline, and / or the zinc oxide fragments are in the form of single crystalline fragments . Polymerkomposit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinkoxid Bruchstücke innerhalb einer Größenverteilung zwischen 100 nm und 100µm vorliegen.Polymer composite according to one of the preceding claims, characterized in that the zinc oxide fragments are present within a size distribution between 100 nm and 100 µm. Polymerkomposit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinkoxid Bruchstücke ein Aspektverhältnis > 3 aufweisen.Polymer composite according to one of the preceding claims, characterized in that the zinc oxide fragments have an aspect ratio> 3. Polymerkomposit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymerkomposit mindestens eine der folgenden Eigenschaften aufweist: - erhöhte Spannungsrelaxationsrate im Vergleich zum ungefüllten oder mit klassischen Festkörperadditiven und/oder Glasfasern / Kohlefasern / Kohlenstoffnanoröhren; - mechanische Verstärkung im Vergleich zu ungefülltem Kunststoff oder mit Additiven gefüllten Kunststoffen; - homogenere Eigenschaften in Bezug auf Glastemperatur TG und/oder Streckgrenze und/oder Zugfestigkeit; - Reduktion der Klebrigkeit im Vergleich zu ungefülltem Kunststoff oder mit Additiven gefüllten Kunststoffen; - enge Abstandsverteilung der Partikel im Matrixmaterial, entgegen der zu erwartenden Normalverteilung.Polymer composite according to one of the preceding claims, characterized in that the polymer composite has at least one of the following properties: - increased stress relaxation rate compared to the unfilled or with classic solid additives and / or glass fibers / carbon fibers / carbon nanotubes; - mechanical reinforcement compared to unfilled plastic or plastic filled with additives; - more homogeneous properties with regard to glass transition temperature T G and / or yield point and / or tensile strength; - Reduction in stickiness compared to unfilled plastic or plastic filled with additives; - Narrow distance distribution of the particles in the matrix material, contrary to the normal distribution to be expected. Polymerkomposit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff des Polymerkomposits ausgewählt ist aus: thermoplastischer, polarer oder elastomerischer / duroplastischer Kunststoff, wobei diese durch Polykondensation oder Polyaddition mit mindestens einem polaren Einzelbestandteil vor, während oder nach der Polymerisation gebildet sind oder eine polare Gruppe aufweisen.Polymer composite according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic of the polymer composite is selected from: thermoplastic, polar or elastomeric / thermosetting plastic, these being formed by polycondensation or polyaddition with at least one polar individual component before, during or after the polymerization or a have polar group. Polymerkompositherstellungsverfahren, insbesondere zur Herstellung eines Polymerkomposits nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend die Schritte: - Herstellen eines Compounds zur weiteren Verarbeitung, wobei zu einem Polymer zwischen 0,03 - 0,5 gew.-% Zinkoxid in mikrokristalliner Form beigefügt wird und nach dem Beifügen ein mechanisches Zerkleinern erfolgt; - Weiterverarbeiten, auch zeitversetzt, des Compounds zu Polymerkompositprodukten.Polymer composite production method, in particular for the production of a polymer composite according to one of the preceding claims, comprising the steps: - Production of a compound for further processing, with between 0.03-0.5% by weight of zinc oxide in microcrystalline form being added to a polymer and mechanical comminution taking place after the addition; - Further processing, also with a time delay, of the compound into polymer composite products.
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0325797A1 (en) 1987-12-29 1989-08-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Zinc oxide whiskers having a tetrapod crystalline form and method for making the same
CN1927933A (en) 2005-09-07 2007-03-14 攀枝花学院 Method of improving PP-R resin capability
CN104419198A (en) 2013-08-20 2015-03-18 上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司 Flame-retardant anti-static continuous long-glass-fiber-reinforced high-temperature-resistant nylon composite material and preparation method thereof
CN104592536A (en) 2015-01-21 2015-05-06 龙岩学院 Method for preparing tetrapod-shaped zinc oxide whisker/natural latex composite latex film
CN104725761A (en) 2015-03-24 2015-06-24 湖州国信物资有限公司 Preparation method of novel ABS resin based material
CN104788780A (en) 2015-03-31 2015-07-22 苏州市鼎立包装有限公司 Polyethylene tearing film and preparation method thereof
CN105623248A (en) 2016-01-04 2016-06-01 江苏沃特新材料科技有限公司 Polyamide composite material and preparation method thereof
EP2550241B1 (en) 2010-03-22 2017-03-01 Christian-Albrechts-Universität Zu Kiel Zinc oxide material
CN107501700A (en) 2017-08-16 2017-12-22 柳州申通汽车科技有限公司 The processing method of auto sound material
CN109181085A (en) 2018-08-16 2019-01-11 成都新柯力化工科技有限公司 A kind of low-shrink polypropylene thick-walled product reinforced plastics masterbatch and preparation method

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3624077B2 (en) 1997-09-29 2005-02-23 ポリプラスチックス株式会社 Polyarylene sulfide resin composition

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0325797A1 (en) 1987-12-29 1989-08-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Zinc oxide whiskers having a tetrapod crystalline form and method for making the same
CN1927933A (en) 2005-09-07 2007-03-14 攀枝花学院 Method of improving PP-R resin capability
EP2550241B1 (en) 2010-03-22 2017-03-01 Christian-Albrechts-Universität Zu Kiel Zinc oxide material
CN104419198A (en) 2013-08-20 2015-03-18 上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司 Flame-retardant anti-static continuous long-glass-fiber-reinforced high-temperature-resistant nylon composite material and preparation method thereof
CN104592536A (en) 2015-01-21 2015-05-06 龙岩学院 Method for preparing tetrapod-shaped zinc oxide whisker/natural latex composite latex film
CN104725761A (en) 2015-03-24 2015-06-24 湖州国信物资有限公司 Preparation method of novel ABS resin based material
CN104788780A (en) 2015-03-31 2015-07-22 苏州市鼎立包装有限公司 Polyethylene tearing film and preparation method thereof
CN105623248A (en) 2016-01-04 2016-06-01 江苏沃特新材料科技有限公司 Polyamide composite material and preparation method thereof
CN107501700A (en) 2017-08-16 2017-12-22 柳州申通汽车科技有限公司 The processing method of auto sound material
CN109181085A (en) 2018-08-16 2019-01-11 成都新柯力化工科技有限公司 A kind of low-shrink polypropylene thick-walled product reinforced plastics masterbatch and preparation method

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