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Die
vorliegende Erfindung betrifft Formmassen, die
- A)
70 bis 99 Gew.-% einer Zusammensetzung, enthaltend
a1) ein
Pfropfcopolymer, enthaltend einen Kautschuk als Pfropfgrundlage
und eine Pfropfauflage auf der Basis eines ungesättigten Monomeren und
a2)
ein Matrixpolymer sowie
- B) 1 bis 30 Gew.-% eines linearen oder sternförmigen Styrol-Butadien-Blockcopolymer enthaltend
mindestens zwei Hartblöcke
S1 und S2 aus vinylaromatischen Monomeren und mindestens einen dazwischen
liegenden, statistischen Weichblock B/S aus vinylaromatischen Monomeren
und Dienen, wobei der Anteil der Hartblöcke über 30 Gew.-% auf das gesamte
Blockcopolymere beträgt,
enthalten, wobei die Summe der Komponenten A) und B) 100 Gew.-%
beträgt.
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Darüber hinaus
betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
von Formmassen, die eine Schmelzestandfestigkeit von 3 cm oder weniger,
bestimmt anhand der Durchbiegung einer 1 mm dicken Folie bei 230°C, aufweisen.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der
Blockcopolymeren B) zur Herstellung derartiger Formmassen. Im Übrigen betrifft
die vorliegende Erfindung die Verwendung der Formmassen zur Herstellung
von Formteilen, Folien oder Fasern, die Formteile, Folien oder Fasern selbst
sowie Kühlgeräteteile,
die unter Verwendung der Formmassen erhalten werden können. Weitere
Ausführungsformen
sind den Ansprüchen
und der Beschreibung zu entnehmen.
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Formmassen,
die Pfropfcopolymere auf Butadien- oder Acrylatbasis und Styrol-Butadien-Blockcopolymere
enthalten, sind dem Fachmann bekannt (z.B. WO 00/36010 und EP-A
767 213). Diese Formmassen eignen sich beispielsweise für die Herstellung
von weichen, lederartigen Folien, die im Innenraum von Automobilen
ihren Einsatz finden. Diese Folien weisen ein gutes Verhältnis von
Fließfähigkeit
zu Tiefzieheigenschaften auf, d.h. sie sind gut thermoformbar. Unter
guter Thermoformbarkeit ist zu verstehen, dass, wenn bei moderat
erhöhten
Temperaturen Druck auf eine Stelle einer Folie ausgeübt wird,
diese an allen Stellen im Wesentlichen gleichmäßig stark fließt. Dies
bewirkt, dass die Folie nicht an bestimmten Stellen ausdünnt und
sich dort oder an Kanten Löcher
oder Brüche
bilden.
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Des
Weiteren war bekannt, dass Styrol-Butadien-Blockcopolymere in Mischung
mit Styrolpolymeren wie Standardpolystyrol oder Schlagzäh-Polystyrol
(HIPS) Formmassen ergeben können,
die sich zu besonders schlagzähen
und spannungsrissbeständigen
Formteilen verarbeiten lassen (z.B. WO 00/58380 und WO 03/11964).
Diese Formteile eignen sich für
die Herstellung von Kühlgeräten.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung war es, Formmassen auf der Basis von
Pfropfcopolymeren und Blockcopolymeren zur Verfügung zu stellen, die sich durch
ihre Schlagzähigkeit
und Spannungsrissbeständigkeit
auszeichnen und die des weiteren beständig sind gegenüber chemischen
Treibmitteln. Insbesondere sollten die Formmassen eine Thermoformbarkeit
von ± 150
% oder weniger, bestimmt anhand der Wanddickenschwankung eines Normbechers
bei 120°C
(siehe unter Anwendungstechnische Prüfungen) aufweisen.
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Insbesondere
sollten die Formmassen darüber
hinaus eine gute Schmelzestandfestigkeit aufweisen. unter Schmelzestandfestigkeit
wird hier die Spannung verstanden, die eine Schmelze zu halten vermag,
nachdem sie aus einer Düse
mittels Druckluft ausgetragen wurde und zwischen Düse und Abkühlrolle
schwebt. Eine Schmelze mit hoher Standfestigkeit hängt dabei
wenig durch. Insbesondere war es eine der Aufgaben, das sich die
Formmassen mittels Blasformen zu Folien, insbesondere großflächigen Folien,
verarbeiten lassen sollten ohne dass die Schmelze bei der Folienherstellung
durchhängen
(siehe unter Anwendungstechnische Prüfungen).
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Demgemäss wurden
die eingangs definierten Formmassen gefunden.
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Erfindungsgemäß enthalten
die Formmassen von 70 bis 99, bevorzugt von 70 bis 95, insbesondere von
80 bis 90 Gew.-% einer Zusammensetzung A) und 1 bis 30, bevorzugt
5 bis 30, insbesondere 10 bis 20 Gew.-%, Blockcopolymere B), wobei
sich das Gewicht der Komponenten A) und B) zu 100 % addiert. Darüber hinaus
können
die erfindungsgemäßen Formmassen
falls gewünscht
Zusatzstoffe C) enthalten. In der Regel beträgt deren Anteil von 0 bis 200
Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten A) und B).
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Zu
den bevorzugten erfindungsgemäßen Formmassen
zählen
solche, deren Schmelzestandfestigkeit 2 cm oder weniger, bevorzugt
1,5 cm oder weniger, insbesondere 1 cm oder weniger, gemessen wie
unten angegeben, beträgt.
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Nach
einer der bevorzugten Ausführungsformen
weisen die erfindungsgemäßen Formmassen
gleichzeitig eine Thermoformbarkeit von ± 150 % oder weniger, bevor zugt ± 120 %
oder weniger, insbesondere ± 100
% oder weniger, gemessen anhand der Wanddickenschwankung (siehe
unten), auf.
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Nach
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
sind die erfindungsgemäßen Formmassen
sowohl hinsichtlich ihrer Schmelzestandfestigkeit und Thermoformbarkeit
als auch hinsichtlich ihrer Spannungsrißbeständigkeit nach Cyclopentanlagerung
optimiert.
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Komponente A)
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Die
Zusammensetzung, die erfindungsgemäß als Komponente A) in den
Formmassen enthalten ist, umfasst ein Pfropfcopolymer (a1). Hierunter
ist sowohl zu verstehen, dass ein Pfropfcopolymer als auch eine Mischung
aus zwei oder mehr unterschiedlichen Pfropfcopolymeren umfasst sein
soll.
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Das
Pfropfcopolymer enthält
einen Kautschuk als Pfropfgrundlage a11). Als solche sind prinzipiell
alle Kautschuke geeignet, die eine Glasübergangstemperatur von 0°C (ermittelt
nach DIN 53765) oder darunter aufweisen. Die Kautschuke können unterschiedlichster
Natur sein. Beispielsweise können
Silikon-, Olefin, wie Ethylen-, Propylen-, Ethylen/Propylen-, EPDM-,
Dien-, Acrylat-, Ethylenvinylacetat-, oder Ethylenbutylacrylat-Kautschuke
oder Mischungen aus zwei oder mehr dieser Kautschuke eingesetzt
werden. Bevorzugt werden darunter Acrylat- und Dienkautschuke.
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In
den bevorzugten Mischungen zählen
Mischungen aus Dien- und Acrylatkautschuk oder aus Dien- und Silikonkautschuk
oder aus Dienkautschuk und Kautschuk auf der Basis von Ethylencopolymeren.
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Besonders
bevorzugt werden als a11) allerdings Dienkautschuke alleine verwendet.
Ganz besonders bevorzugt sind Dienkautschuke, die aus
- α11)
50 bis 100 Gew.-% mindestens eines Diens mit konjugierten Doppelbindungen
und
- α12)
0 bis 50 Gew.-% von einem oder mehreren weiteren monoethylenisch
ungesättigten
Monomeren,
aufgebaut sind, wobei sich die Gewichtsprozente
von α11)
und α12)
zu 100 addieren.
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Als
Diene mit konjugierten Doppelbindungen, α11), kommen insbesondere Butadien,
Isopren und deren halogensubstituierte Derivate, etwa Chloropren,
in Betracht. Bevorzugt sind Butadien oder Isopren, insbesondere
Butadien.
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Bei
den weiteren monoethylenisch ungesättigten Monomeren α12), die
auf Kosten der Monomeren α11)
im Dienkautschuk enthalten sein können, handelt es sich beispielsweise
um:
vinylaromatische Monomere, bevorzugt Styrol oder Styrolderivate
wie C1- bis C8-Alkylsubstituierte
Styrole, wie α-Methylstyrol,
p-Methylstyrol, Vinyltoluol;
ungesättigte Nitrile wie Acrylnitril,
Methacrylnitril;
aliphatische Ester wie C1-
bis C4-Alkylester der Methacrylsäure oder
der Acrylsäure
wie Methylmethacrylat, weiterhin auch die Glycidylester, Glycidylacrylat
und -methacrylat;
N-substituierte Maleinimide wie N-Methyl-,
N-Phenyl- und N-Cyclohexylmaleinimid;
Säuren wie Acrylsäure, Methacrylsäure; weiterhin
Dicarbonsäuren
wie Maleinsäure,
Fumarsäure
und Itaconsäure
sowie deren Anhydride wie Maleinsäureanhydrid;
Stickstoff-funktionelle
Monomere wie Dimethylaminoethylacrylat, Diethylaminoethylacrylat,
Vinylimidazol, Vinylpyrrolidon, Vinylcaprolactam, Vinylcarbazol,
Vinylanilin, Acrylamid und Methacrylamid;
aromatische und araliphatische
Ester der (Meth)Acrylsäure
und wie Phenylacrylat, Phenylmethacrylat, Benzylacrylat, Benzylmethacrylat,
2-Phenylethylacrylat, 2-Phenylethylmethacrylat,
2-Phenoxyethylacrylat und 2-Phenoxyethylmethacrylat;
ungesättigte Ether
wie Vinylmethylether oder Vinylbutylether.
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Selbstverständlich kommen
auch Mischungen aus zwei oder mehr dieser Monomeren in Betracht.
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Bevorzugte
Monomeren α12)
sind Styrol, Acrylnitril, Methylmethacrylat, Glycidylacrylat, Glycidylmethacrylat
oder Butylacrylat.
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Die
Herstellung der Kautschuke ist dem Fachmann bekannt oder kann nach,
dem Fachmann bekannten, Methoden erfolgen. So können beispielsweise die Dienkautschuke
in einem ersten Schritt hergestellt werden, bei dem sie nicht partikelförmig anfallen,
beispielsweise via Lösungspolymerisation
oder Gasphasenpolymerisation und dann in einem zweiten Schritt in
der wässrigen
Phase dispergiert werden (Sekundäremulgierung).
Für die
Herstellung der Kautschuke werden heterogene, partikelbildende Polymerisationsverfahren
bevorzugt. Diese Dispersionspolymerisation kann z.B. in an sich
bekannter Weise nach der Methode der Emulsions-, der inversen Emulsions-,
Miniemulsions-, Mikroemulsions-, oder Mikrosuspensionspolymerisation
im Zulaufverfahren, kontinuierlich oder im Batchverfahren durchgeführt werden.
Die Kautschuke können
auch in Gegenwart eines vorgelegten feinteiligen Latex hergestellt
werden (sog. „Saatlatex-Fahrweise" der Polymerisation).
Geeignete Saatlatices bestehen beispielsweise aus Polybutadien oder
Polystyrol. Grundsätzlich
ist es möglich
die Kautschuke nach ihrer Herstellung als Pfropfgrundlage zu verwenden.
Sie können
jedoch auch vor der Pfropfung zunächst durch Agglomerisationsverfahren
zu größeren Teilchen
agglomeriert werden.
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Verfahren
zur Agglomerisation sind dem Fachmann bekannt oder die Agglomerisation
kann nach dem Fachmann an sich bekannten Methoden vorgenommen werden.
So können
physikalische Verfahren wie Gefrier- oder Druckagglomerisationsverfahren
verwendet werden. Es können
aber auch chemische Methoden eingesetzt werden, um die Primärteilchen
zu agglomerisieren. Zu letzteren zählen die Zugabe von anorganischen oder
organischen Säuren.
Bevorzugt wird die Agglomerisation mittels eines Agglomerisationspolymerisates
in Abwesenheit oder Gegenwart eines Elektrolyten, wie einem anorganischen
Hydroxid, vorgenommen. Als Agglomerisationspoylmerisate sind beispielsweise
Polyethylenoxidpolymere oder Polyvinylalkohole zu nennen. Zu den
geeigneten Agglomerisationspolymerisaten zählen Copolymerisate aus C1- bis C12-Alkylacrylaten oder C1- bis C12-Methalkylacrylaten
und polaren Comonomeren wie Acrylamid, Methacrylamid, Ethacrylamid,
n-Butylacrylamid oder Maleinsäureamid.
Besonders bevorzugt wird die Agglomerisation in Gegenwart von Copolymerisaten
von
80 bis 99,9, bevorzugt 90 bis 99,9 Gew.-% (C1-
bis C4-Alkyl)estern der Acrylsäure und
0,1
bis 20, bevorzugt 0,1 bis 10 Gew.-% Acrylamide
(wobei die Summe
der vorgenannten Ester und Acylamide 100 Gew.-% beträgt), vorgenommen.
Ganz besonders bevorzugt wird die Agglomerisation in Gegenwart dieser
Copolymeren und in Gegenwart von LiOH, NaOH oder KOH, insbesondere
KOH, durchgeführt.
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Bevorzugt
weisen die Kautschuke Teilchengrößen (Gewichtsmittelwert
d50) im Bereich von 100 bis 2500 nm auf.
Die Teilchengrößenverteilung
ist bevorzugt nahezu oder völlig
monomodal bzw. bimodal.
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Die
Pfropfcopolymeren a1) enthalten eine Pfropfauflage a12) auf der
Basis eines ungesättigten
Monomeren, worunter auch zu verstehen ist, dass die Pfropfauflage
aus zwei oder mehr ungesättigten
Monomeren hergestellt werden kann. Prinzipiell können die Kautschuke mit den
unterschiedlichsten ungesättigten
Verbindungen gepfropft werden. Entsprechende Verbindungen und Methoden
sind dem Fachmann an sich bekannt. Bevorzugt wird eine Pfropfauflage
a12) enthaltend
- α21) 50 bis 100, bevorzugt 60
bis 90 und besonders bevorzugt 65 bis 80 Gew.-% eines vinylaromatischen Monomeren,
- α22)
0 bis 50, bevorzugt 10 bis 40 und besonders bevorzugt 20 bis 35
Gew.-% Acrylnitril oder Methacrylnitril oder deren Mischungen,
- α23)
0 bis 40, bevorzugt 0 bis 30 und besonders bevorzugt 0 bis 20 Gew.-%
von einem oder mehreren weiteren monoethylenisch ungesättigten
Monomeren,
wobei sich die Anteile der Komponenten α21) bis α23) zu 100
Gew.-% ergänzen.
Als vinylaromatische Monomere kommen die unter α12) genannten vinylaromatischen
Verbindungen oder Mischungen aus zwei oder mehren davon, insbesondere
Styrol oder α-Methylstyrol,
in Betracht. Zu den weiteren monoethylenisch ungesättigten
Monomeren zählen
die unter α12)
aufgeführten
aliphatischen, aromatischen und araliphatischen Ester, Säuren, stickstoff-funktionellen
Monomere und ungesättigten
Ether oder Mischungen dieser Monomeren.
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Man
kann die Pfropfauflage a12) in einem oder mehreren Verfahrenschritten
herstellen. Dabei können die
Monomeren α21), α22) und α23) einzeln
oder in Mischung miteinander zugefügt werden. Das Monomerenverhältnis der
Mischung kann zeitlich konstant oder ein Gradient sein. Auch Kombinationen
dieser Verfahrensweisen sind möglich.
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Beispielsweise
kann man zunächst
Styrol alleine, und danach eine Mischung aus Styrol und Acrylnitril, auf
die Pfropfgrundlage a11) polymerisieren.
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Bevorzugte
Pfropfauflagen a12) sind beispielsweise aus Styrol und/oder α-Methylstyrol
und einem oder mehreren der unter α22) und α23) genannten anderen Monomeren.
Bevorzugt sind dabei Methylmethacrylat, N-Phenylmaleinimid, Maleinsäureanhydrid
und Acrylnitril, besonders bevorzugt Methylmethacrylat und Acrylnitril.
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Bevorzugte
Pfropfauflagen a12) basieren auf:
- a12-1: Styrol
- a12-2: Styrol und Acrylnitril,
- a12-3: α-Methylstyrol
und Acrylnitril,
- a12-4: Styrol und Methylmethacrylat.
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Besonders
bevorzugt werden Pfropfauflagen a12), die von 74 bis 80 Gew.-% Styrol
und 20 bis 26 Gew.-% Acrylnitril aufweisen.
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Weiterhin
eignen sich auch Pfropfpolymerisate mit mehreren "weichen" und "harten" Stufen, vor allem im
Falle größerer Teilchen.
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Bevorzugt
werden Pfropfpolymerisate a1), die (bezogen auf a1)
- a11) 30 bis 95, bevorzugt 40 bis 90, insbesondere 40 bis 85
Gew.-% Pfropfgrundlage (d.h. Kautschuk) und
- a12) 5 bis 70, bevorzugt 10 bis 60, insbesondere 15 bis 60 Gew.-%
einer Pfropfauflage
enthalten.
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Besonders
bevorzugt werden Pfropfpolymerisate a1), die (bezogen auf a1)
- a11) 40 bis 85 Gew.-% eines Dienkautschuks
als Pfropfgrundlage und
- a12) 15 bis 60 Gew.-% einer Pfropfauflage aus (bezogen auf a12)
74
bis 80 Gew.-% Styrol und
20 bis 26 Gew.-% Acrylnitril
enthalten.
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Im
Allgemeinen wird die Pfropfung in Emulsion durchgeführt. Geeignete
Verfahrensmaßnahmen
sind dem Fachmann bekannt. Soweit bei der Pfropfung nicht gepfropfte
Polymere aus den Monomeren a12) entstehen, werden diese Mengen,
die in der Regel unter 10 Gew.-% von a1) liegen, der Masse der Komponente a2)
zugeordnet.
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Die
Komponente a2) enthält
ein Matrixpolymer, worunter auch Mischungen aus zwei oder mehr unterschiedlichen
Matrixpolymeren verstanden werden. Als Matrixpolymer a2) eignen
sich z.B. amorphe Polymerisate. Beispielsweise kann es sich um SAN
(Styrol-Acrylnitril)-, AMSAN (α-Methylstyrol-Acrylnitril)-,
Styrol-Maleinimid-Maleinsäureanhydrid
(SNPMIMA), (Styrol-Maleinsäure(anhydrid)-Acrylnitril-Polymerisate oder
SMSA (Styrol-Maleinsäureanhydrid)
handeln.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei Komponente a2) um ein Copolymerisat aus
- a21) 60–100
Gew.-%, vorzugsweise 65–80
Gew.-%, Einheiten eines vinylaromatischen Monomeren, vorzugsweise
des Styrols, eines substituierten Styrols oder eines (Meth)acrylsäureesters
oder deren Gemische, insbesondere des Styrols oder α-Methylstyrols
oder deren Mischungen,
- a22) 0 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 20–35 Gew.-%, Einheiten eines
ethylenisch ungesättigten
Monomers, vorzugsweise des Acrylnitrils oder Methacrylnitrils oder
Methylmethacrylats, insbesondere des Acrylnitrils.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird als a2) ein Copolymerisat von Styrol und/oder α-Methylstyrol
mit Acrylnitril verwendet. Der Acrylnitrilgehalt in diesen Copolymerisaten
beträgt
dabei 0–40 Gew.-%,
vorzugsweise 20–35
Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von a2).
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Die
Molekulargewichte (Gewichtsmittelwert Mw)
liegen in der Regel im Bereich von 50 000 bis 500 000 g/mol, bevorzugt
im Bereich von 70 000 bis 450 000 g/mol.
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Die
Matrixpolymeren a2) sind an sich bekannt oder können nach dem Fachmann bekannten
Methoden hergestellt werden.
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Das
Verhältnis
der Komponenten a1) zu a2) kann in weiten Bereichen variieren. Meist
enthalten die Zusammensetzungen A) von 20 bis 85, bevorzugt von
25 bis 80 Gew.-% a1) und von 15 bis 80, bevorzugt von 20 bis 75
Gew.-% a2), wobei sich die Gewichtsanteile von a1) und a2) zu 100
addieren.
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Komponente B)
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Als
Komponente B) kann ein lineares oder sternförmiges Blockcopolymer eingesetzt
werden. Es können
aber auch zwei oder mehr unterschiedliche Blockcopolymere in Betracht
kommen. Die erfindungsgemäß als Komponente
B) verwendbaren Blockcopolymere, enthaltend mindestens zwei Hartblöcke S1 und
S2 aus vinylaromatischen Monomeren und mindestens einen dazwischenliegenden,
statistischen Weichblock B/S aus vinylaromatischen Monomeren und
Dienen, wobei der Anteil der Hartblöcke über 30 Gew.-%, bevorzugt über 40 Gew.-%,
bezogen auf das gesamte Blockcopolymer beträgt, gefunden. In bevorzugten
Blockcopolymeren liegt der 1,2-Vinylgehalt im Weichblock B/S unter
20 %,
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Als
Vinylgehalt wird der relative Anteil an 1,2-Verknüpfungen
der Dieneinheiten, bezogen auf die Summe der 1,2-, 1,4-cis und 1,4-trans-Verknüpfungen
verstanden. Be vorzugt liegt der 1,2-Vinylgehalt der Weichblöcke im Bereich
von bis zu 20 %, bevorzugt von 10–20 %, insbesondere 12–16 %.
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Als
vinylaromatische Monomere können
sowohl für
die Hartblöcke
S1 und S2 als auch für
die Weichblöcke
B/S Styrol, α-Methylstyrol,
p-Methylstyrol, Ethylstyrol, tert.-Butylstyrol, Vinyltoluol oder Mischungen
davon verwendet werden. Bevorzugt wird Styrol verwendet.
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Als
Diene für
den Weichblock B/S werden bevorzugt Butadien, Isopren, 2,3-Dimethylbutadien, 1,3-Pentadien,
1,3-Hexadiene oder Piperylen oder Mischungen davon verwendet. Besonders
bevorzugt wird 1,3-Butadien verwendet.
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Bevorzugt
besteht das Blockcopolymere ausschließlich aus Hartblöcken S1
und S2 sowie mindestens einem statistischen Weichblock B/S und enthält keine
Homopolydienblöcke
B. Bevorzugte Blockcopolymere enthalten außenliegende Hartblöcke S1 und
S2 mit unterschiedlicher Blocklänge.
Das Molekulargewicht von S1 liegt bevorzugt im Bereich von 5000
bis 30000 g/mol, insbesondere im Bereich von 10000 bis 20000 g/mol. Das
Molekulargewicht von S2 beträgt
bevorzugt über
35000 g/mol. Bevorzugte Molekulargewichte von S2 liegen im Bereich
von 50000 bis 150000 g/mol.
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Zwischen
den Hartblöcken
S1 und S2 können
sich auch mehrere, statistische Weichblöcke B/S befinden. Bevorzugt
werden mindestens 2 statistische Weichblöcke (B/S)1 und (B/S)2 mit unterschiedlichen
Anteilen an vinylaromatischen Monomeren und damit unterschiedlichen
Glasübergangstemperaturen.
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Die
Blockcopolymeren können
eine lineare oder eine sternförmige
Struktur aufweisen.
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Als
lineares Blockcopolymer wird bevorzugt eine Struktur S1-(B/S)1-(B/S)2-S2
eingesetzt. Das molare Verhältnis
von vinylaromatischem Monomer zu Dien S/B liegt im Block (B/S)1
bevorzugt unter 0,25 und im Block (B/S)2 bevorzugt im Bereich von
0,5 bis 2.
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Als
sternförmige
Blockcopolymere werden bevorzugt solche mit einer Struktur aus mindestens
einem Sternast aus der Blockfolge S1-(B/S) und einem Sternast der
Blockfolge S2-(B/S) oder solche mit mindestens einem Sternast der
Blockfolge S1-(B/S)-S3
und mindestens einem Sternast der Blockfolge S2-(B/S)-S3. S3 steht
hierbei für
einen weiteren Hartblock aus den genannten vinylaromatischen Monomeren.
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Besonders
bevorzugt werden sternförmige
Blockcopolymere mit Strukturen, die mindestens einen Sternast mit
der Blockfolge S1-(B/S)1-(B/S)2 und mindestens einen Sternast mit
der Blockfolge S2-(B/S)1-(B/S)2 oder die mindestens einen Sternast
mit der Blockfolge S1-(B/S)1-(B/S)2-S3 und mindestens einen Sternast
mit der Blockfolge S2-(B/S)1-(B/S)2-S3 aufweisen. Das molare Verhältnis von
vinylaromatischem Monomer zu Dien S/B liegt im äußeren Block (B/S)1 bevorzugt
im Bereich von 0,5 bis 2 und im inneren Block (B/S)2 bevorzugt unterhalb
0,5. Durch den höheren
Gehalt an vinylaromatischen Monomeren im äußeren statistischen Block (B/S)1
wird das Blockcopolymer bei unverändertem Gesamtbutadiengehalt
duktiler.
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Die
sternförmigen
Blockcopolymeren mit dem zusätzlichen,
inneren Block S3 haben bei vergleichbarer Duktilität eine höhere Steifigkeit.
Der Block S3 wirkt somit wie ein Füllstoff in der Weichphase,
ohne das Verhältnis
von Hartphase zu Weichphase zu verändern. Das Molekulargewicht
der Blöcke
S3 ist in der Regel wesentlich niedriger als das der Blöcke S1 und
S2. Bevorzugt liegt das Molekulargewicht von S3 im Bereich von 500
bis 5000 g/mol.
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Nach
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
wird als Komponente B) ein lineares oder sternförmiges Blockcopolymer eingesetzt,
mit außenliegenden
Polystyrolblöcken
S und dazwischenliegenden Styrol-Butadien-Copolymerblöcken mit
statistischer Styrol/Butadien-Verteilung (S/B)random und
15
bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von B), an Butadien
und
50 bis 85 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von B),
an Styrol.
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Die
Blockcopolymere können
beispielsweise durch sequentielle anionische Polymerisation gebildet werden,
wobei mindestens die Polymerisation der Weichblöcke (B/S) in Gegenwart eines
Radomizers erfolgt. Die Gegenwart von Randomizern bewirkt die statistische
Verteilung der Diene und vinylaromatischen Einheiten im Weichblock
(B/S). Als Randomizer eignen sich Donorlösungsmittel, wie Ether, beispielsweise
Tetrahydrofuran, oder tert.-Amine oder lösliche Kaliumsalze. Für eine ideale
statistische Verteilung werden im Falle von Tetrahydrofuran Mengen
von in der Regel über
0,25 Volumenprozent, bezogen auf das Lösungsmittel, verwendet. Bei
geringen Konzentrationen erhält
man sogenannte "tapered" Blöcke mit
einem Gradienten in der Zusammensetzung der Comonomeren.
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Bei
den angegebenen höheren
Mengen an Tetrahydrofuran erhöht
sich gleichzeitig der relative Anteil der 1,2-Verknüpfungen
der Dieneinheiten auf etwa 30 bis 35 %.
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Bei
Verwendung von Kaliumsalzen erhöht
sich der 1,2-Vinylgehalt in den Weichblöcken dagegen nur unwesentlich.
Die erhaltenen Blockcopolymeren sind daher weniger vernetzungsanfällig und
weisen bei gleichem Butadiengehalt eine niedrigere Glasübergangstemperatur
auf.
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Das
Kaliumsalz wird im allgemeinen in Bezug auf den anionischen Polymerisationsinitiator
im molaren Unterschuß eingesetzt.
Bevorzugt wählt
man ein molares Verhältnis
von anionischem Polymerisationsinitiator zu Kaliumsalz im Bereich
von 10:1 bis 100:1, besonders bevorzugt im Bereich von 30:1 bis
70:1. Das verwendete Kaliumsalz sollte im allgemeinen in Reaktionsmedium
löslich
sein. Geeignete Kaliumsalze sind beispielsweise Kaliumalkoholate,
insbesondere ein Kaliumalkoholat eines tertiären Alkohols mit mindestens
5 Kohlenstoffatomen. Besonders bevorzugt werden Kalium-2,2-dimethyl-1-propanolat,
Kalium-2-methyl-butanolat (Kaliumtertiäramylat), Kalium-2,3-dimethyl-3-pentanolat,
Kalium-2-methyl-hexanolat, Kalium-3,7-dimethyl-3-octanolat (Kaliumtetrahydrolinaloolat)
oder Kalium-3-ethyl-3-pentanolat eingesetzt. Die Kaliumalkoholate
sind beispielsweise durch Umsetzung von elementarem Kalium, Kalium/Natrium-Legierung
oder Kaliumalkylaten und den entsprechenden Alkoholen in inertem
Lösungsmittel
zugänglich.
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Zweckmäßigerweise
gibt man das Kaliumsalz erst nach der Zugabe des anionischen Polymerisationsinitiators
der Reaktionsmischung zu. Auf diese Weise kann eine Hydrolyse des
Kaliumsalzes durch Spuren an protischen Verunreinigungen vermieden
werden. Besonders bevorzugt wird das Kaliumsalz kurz vor der Polymerisation
des statistischen Weichblockes B/S zugegeben.
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Als
anionischer Polymerisationsinitiator können die üblichen mono-, bi- oder multifunktionellen
Alkalimetallalkyle, -aryle oder -aralkyle verwendet werden. Zweckmäßigerweise
werden lithiumorganische Verbindungen eingesetzt wie Ethyl-, Propyl-,
Isopropyl-, n-Butyl-, sek.-Butyl-, tert.-Butyl-, Phenyl-, Diphenylhexyl-, Hexamethyldi-,
Butadienyl-, Isoprenyl-, Polystyryllithium, 1,4-Dilithiobutan, 1,4-Dilithio-2-buten
oder 1,4-Dilithiobenzol. Die benötigte
Menge an Polymerisationsinitiator richtet sich nach dem gewünschten
Molekulargewicht. In der Regel liegt sie im Bereich von 0,001 bis
5 mol-%, bezogen auf die Gesamtmonomermenge.
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Bei
der Herstellung der unsymmetrischen, sternförmigen Blockcopolymeren wird
mindestens zweimal ein Polymerisationsinitiator zugegeben. Bevorzugt
wird gleichzeitig das vinylaromatische Monomer Sa und der Initiator
I1 im Reaktor zugegeben und vollständig polymerisiert und anschließend nochmals
gleichzeitig vinylaromatische Monomer Sb und Initiator I2. Auf diese
Weise erhält
man nebeneinander zwei "lebende" Polymerketten Sa-Sb-I1
und Sb-I2, an die anschließend
durch gemeinsame Zugabe von vinylaromatischem Monomer und Diene
der Block (B/S)1 und gegebenenfalls durch erneute gemeinsame Zugabe
von vinylaromatischem Monomer und Diene der Block (B/S)2 sowie gegebenenfalls
durch weitere Zugabe von vinylaromatischem Monomer Sc der Block
S3 polymerisiert. Das Verhältnis
von Initiator I1 zu Initiator I2 bestimmt den relativen Anteil der
jeweiligen Sternäste,
die sich nach der Kopplung statistisch verteilt in den einzelnen
sternförmigen
Blockcopolymeren finden. Der Block S1 wird hierbei aus den Dosierungen
der vinylaromatischen Monomeren Sa und Sb gebildet, der Block S2
und S3 alleine durch die Dosierung Sb bzw. Sc. Das molare Initiatorverhältnis I2/I1
liegt bevorzugt im Bereich von 4/1 bis 1/1, besonders bevorzugt
im Bereich von 3,5/1 bis 1,5/1.
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Die
Polymerisation kann in Gegenwart eines Lösungsmittels vorgenommen werden.
Als Lösungsmittel eignen
sich die für
anionische Polymerisation üblichen
aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffe
mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen wie Pentan, Hexan, Heptan, Cyclohexan,
Methylcyclohexan, Iso-Octan, Benzol, Alkylbenzole, wie Toluol, Xylol,
Ethylbenzol oder Decalin oder geeignete Gemische. Bevorzugt werden
Cyclohexan und Methylcyclohexan verwendet.
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In
Gegenwart von retardierend auf die Polymerisationsgeschwindigkeit
wirkenden Metallorganylen, wie Magnesium-, Aluminium- oder Zinkalkylen,
kann die Polymerisation auch lösungsmittelfrei
durchgeführt werden.
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Nach
Beendigung der Polymerisation können
die lebenden Polymerketten mit einem Kettenabbruchmittel verschlossen
werden. Als Kettenabbruchmittel eignen sich protonaktive Substanzen
oder Lewis-Säuren, wie
beispielsweise Wasser, Alkohole, aliphatische oder aromatische Carbonsäuren sowie
anorganische Säuren
wie Kohlensäure
oder Borsäure.
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Anstelle
der Zugabe eines Kettenabbruchmittels nach Beendigung der Polymerisation
können
die lebenden Polymerketten auch durch mehrfunktionelle Kopplungsmittel,
wie polyfunktionelle Aldehyde, Ketone, Ester, Anhydride oder Epoxide
sternförmig
verknüpft
werden. Hierbei können
durch Kopplung gleicher oder verschiedener Blöcke symmetrische und unsymmetrische
Sternblockcopolymere erhalten werden, deren Arme die oben genannten
Blockstrukturen aufweisen können.
Unsymmetrische Sternblockcopolymere sind beispielsweise durch getrennte
Herstellung der einzelnen Sternäste
bzw. durch mehrfache Initiierung, beispielsweise zweifache Initiierung
mit Aufteilung des Initiators im Verhältnis 2/1 bis 10/1, zugänglich.
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Komponente C)
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Die
Formmassen können
Zusatzstoffe enthalten. Deren Anteil beträgt in der Regel von 0 bis 200 Gew.-%,
bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten A) und B).
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Als
solche kommen z.B. teilchenförmige
mineralische Füllstoffe
in Betracht. Hierunter eignen sich amorphe Kieselsäure, Carbonate
wie Magnesiumcarbonat (Kreide), gepulverter Quarz, Glimmer, unterschiedlichste
Silikate wie Tone, Muskovit, Biotit, Suzoit, Zinnmaletit, Talkum,
Chlorit, Phlogophit, Feldspat, Calciumsilikate wie Wollastonit oder
Kaolin, besonders kalzinierter Kaolin.
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Nach
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
werden teilchenförmige
Füllstoffe
verwendet, von denen mindestens 95 Gew.-%, bevorzugt mindestens
98 Gew.-% der Teilchen einen Durchmesser (größte Ausdehnung), bestimmt am
fertigen Produkt, von weniger als 45 μm, bevorzugt weniger als 40 μm aufweisen und
deren sogenanntes Apektverhaltnis vorzugsweise im Bereich von 1
bis 25, bevorzugt im Bereich von 2 bis 20 liegt, bestimmt am fertigen
Produkt, d.h. in der Regel einem Spritzgußformteil. Die Teilchendurchmesser können dabei
z.B. dadurch bestimmt werden, dass elektronenmikroskopische Aufnahmen
von Dünnschnitten der
Polymermischung aufgenommen und mindestens 25, bevorzugt mindestens
50 Füllstoffteilchen
für die Auswertung
herangezogen werden. Ebenso kann die Bestimmung der Teilchendurchmesser über Sedimentationsanalyse
erfolgen, gemäß Transactions
of ASAE, Seite 491 (1983). Der Gewichtsanteil der Füllstoffe,
der weniger als 40 mm beträgt,
kann auch mittels Siebanalyse gemessen werden. Das Aspektverhältnis ist
das Verhältnis
von Teilchendurchmesser zu Dicke (größter Ausdehnung zu kleinster
Ausdehnung).
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Besonders
bevorzugt werden als teilchenförmige
Füllstoffe
Talkum, Kaolin, wie calcinierter Kaolin oder Wollastonit oder Mischungen
aus zwei oder allen dieser Füllstoffe.
Darunter wird Talkum mit einem Anteil von mindestens 95 Gew.-% an
Teilchen mit einem Durchmesser von kleiner als 40 mm und einem Aspektverhältnis von
1,5 bis 25, jeweils bestimmt am fertigen Produkt, besonders bevorzugt.
Kaolin hat bevorzugt einen Anteil von mindestens 95 Gew.-% an Teilchen
mit einem Durchmesser von kleiner als 20 μm und einem Aspektverhältnis von
1,2 bis 20, jeweils bestimmt am fertigen Produkt. Diese Füllstoffe
können
in Mengen von 0 bis zu 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Komponenten A) und B), eingesetzt werden. Sofern vorhanden,
beträgt
deren Anteil bevorzugt von 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Komponenten A) und B).
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Als
Komponente C) können
auch faserförmige
Füllstoffe
wie Kohlenstofffasern, Kaliumtitanat-Whisker, Aramidfasern oder
bevorzugt Glasfasern eingesetzt werden, wobei mindestens 50 Gew.-%
der faserförmigen Füllstoffe
(Glasfasern) eine Länge
von mehr als 50 mm aufweisen. Die verwendeten (Glas)fasern können vorzugsweise
einen Durchmesser von bis zu 25 μm,
besonders bevorzugt 5 bis 13 μm
aufweisen. Vorzugsweise weisen mindestens 70 Gew.-% der Glasfasern
eine Lange von mehr als 60 μm
auf. Besonders bevorzugt betragt im fertigen Formteil die mittlere
Länge der
Glasfasern 0,08 bis 0,5 μm.
Die Länge
der Glasfasern bezieht sich auf ein fertiges Formteil, das beispielsweise
nach dem Spritzgießen
erhalten wird. Dabei können
die Glasfasern den Formmassen bereits in der entsprechend langer
Form oder auch in Form von Endlossträngen (Rovings) zugesetzt werden.
Im Allgemeinen werden diese Fasern in Mengen von 0 bis 50 Gew.-%,
bevorzugt von 0 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der
Komponenten A) und B) eingesetzt.
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Als
Komponente C) können
phosphorhaltige Flammschutzmittel eingesetzt werden. Beispiele sind Tri-(2,6-dimethylphenyl)phosphat,
Triphenylphosphat, Tricresylphosphat, Diphenyl-2-ethyl-cresylphosphat,
Diphenyl-cresylphosphat, Tri(isopropylphenyl)phosphat sowie Phosphorsäure-bis-phenyl-(4-phenyl)ester,
Phosphorsäure-phenyl-bis-(4-phenylphenyl)ester,
Phosphorsäure-tris-(4-phenylphenyl)ester,
Phosphorsäure-bis-phenyl(benzylphenyl)ester,
Phosphorsäure-phenyl-bis-(benzylphenyl)ester,
Phosphorsäure-tris-(benzylphenyl)ester,
Phosphorsäure-phenyl-bis-[1-phenylethylphenyl]ester,
Phosphorsäure-phenyl-bis-[1-methyl-1-phenylethylphenyl]ester
und Phosphorsäure-phenyl-bis-[4-(1-phenethyl)-2,6-dimethylphenyl]ester.
Sie können
auch im Gemisch mit Triphenylphosphinoxid oder Tri-(2,6-dimethylphenyl)phosphinoxid
eingesetzt werden.
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Zudem
sind als Flammschutzmittel Resorcinoldiphosphat und entsprechend
höhere
Oligomere, Hydrochinondiphosphat und entsprechende höhere Oligomere
bevorzugt.
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Die
Flammschutzmittel werden in der Regel in Mengen von 0 bis 30 Gew.-%
eingesetzt. Bei Vorliegen werden sie bevorzugt in Mengen von 3 bis
15 Gew.-% eingesetzt. Die Mengenangaben sind jeweils bezogen auf
das Gesamtgewicht der Komponenten A) und B).
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Als
weitere Zusatzstoffe sind beispielsweise Verarbeitungshilfsmittel,
Stabilisatoren und Oxidationsverzögerer, Mittel gegen Wärmezersetzung
und Zersetzung durch ultraviolettes Licht, Gleit- und Entformungsmittel,
Farbstoffe und Pigmente sowie Weichmacher zu nennen. Deren Anteil
beträgt
im allgemeinen 0 bis 15 Gew.-% und sofern sie vorliegen von 0,1
bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten A) und
B).
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Pigmente
und Farbstoffe sind allgemein in Mengen von 0 bis 10 Gew.-% und
sofern sie vorliegen von 0,001 bis 7 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Komponenten A) und B), enthalten.
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Die
Pigmente zur Einfärbung
von Thermoplasten sind allgemein bekannt. Als erste bevorzugte Gruppe von
Pigmenten sind Weißpigmente
zu nennen wie Zinkoxid, Zinksulfid, Bleiweiß (2PbCO3·Pb(OH)2), Lithopone, Antimonweiß und Titandioxid.
Von den beiden gebräuchlichsten
Kristallmodifikationen (Rutil- und Anatas-Typ) des Titandioxids
wird insbesondere die Rutilform zur Weißfärbung der erfindungsgemäßen Formmassen
verwendet.
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Schwarze
Farbpigmente, die erfindungsgemäß eingesetzt
werden können,
sind Eisenoxidschwarz (Fe3O4), Spinellschwarz (Cu(Cr, Fe)2O4), Manganschwarz
(Mischung aus Mangandioxid, Siliciumoxid und Eisenoxid), Kobaltschwarz
und Antimonschwarz sowie besonders bevorzugt Ruß, der meist in Form von Furnace-
oder Gasruß eingesetzt
wird.
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Selbstverständlich können zur
Einstellung bestimmter Farbtöne
anorganische Buntpigmente erfindungsgemäß eingesetzt werden. Weiterhin
kann es von Vorteil sein, die genannten Pigmente bzw. Farbstoffe in
Mischung einzusetzen, z.B. Ruß mit
Kupferphthalocyaninen, da allgemein die Farbdispergierung im Thermoplasten
erleichtert wird.
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Oxidationsverzögerer und
Wärmestabilisatoren,
die den thermoplastischen Massen gemäß der Erfindung zugesetzt werden
können,
sind z.B. Halogenide von Metallen der Gruppe I des Periodensystems,
z.B. Natrium-, Lithium-Halogenide, ggf. in Verbindung mit Kupfer-(I)-Halogeniden,
z.B. Chloriden, Bromiden und Iodiden. Die Halogenide, insbesondere
des Kupfers, können
auch noch elektronenreiche p-Liganden enthalten. Als Beispiel für derartige
Kupferkomplexe seien Cu-Halogenid-Komplexe mit z.B. Triphenylphosphin
genannt. Weiterhin können
Zinkfluorid und Zinkchlorid verwendet werden. Ferner sind sterisch
gehinderte Phenole, Hydrochinone, substituierte Vertreter dieser
Gruppe, sekundäre
aromatische Amine, HALS, gegebenenfalls in Verbindung mit phosphorhaltigen
Säuren
bzw. deren Salze, und Mischungen dieser Verbindungen, vorzugsweise
in Konzentrationen von 0 bis zu 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Komponenten A) und B), einsetzbar.
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Beispiele
für UV-Stabilisatoren
sind verschiedene substituierte Resorcine, Salicylate, Benzotriazole und
Benzophenone, die im allgemeinen in Mengen von 0 bis zu 2 Gew.-%,
bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten A) und B), eingesetzt
werden.
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Gleit-
und Entformungsmittel, die in der Regel in Mengen von 0 bis zu 2
Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von A) und B) zugesetzt werden,
sind Stearinsäure,
Stearylalkohol, Stearinsäurealkylester
und -amide sowie Ester des Pentaerythrits mit langkettigen Fettsäuren. Es
können
auch Salze des Calciums, Zinks oder Aluminiums der Sterainsäure sowie
Dialkylketone, z.B. Distearylketon, eingesetzt werden. Weiterhin
können
auch Ethylenoxid-Propylenoxid-Copolymere als Gleit- und Entformungsmittel
verwendet werden.
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Die
Herstellung der erfindungsgemäßen thermoplastischen
Formmassen erfolgt nach an sich bekannten Verfahren durch Mischen
der Komponente A) bis C). Es kann vorteilhaft sein, einzelne Komponenten
vorzumischen. Auch das Mischen der Komponenten in Lösung unter
Entfernen der Lösungsmittel
ist möglich,
allerdings weniger bevorzugt.
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Beispiele
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Anwendungstechnische Prüfungen
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Die
Thermoformbarkeit wurde bestimmt anhand der Wanddickenschwankung
eines Normbechers bei 120°C.
Der Normbecher hatte folgende Ausmaße: Durchmesser oben: 8 cm
Durchmesser unten: 7 cm Wandhöhe:
14 cm Der Normbecher wurde aus einer 1 mm dicken Folie durch das
Eindrücken
eines Stempels, der einen Durchmesser von 7 cm hatte, tiefgezogen.
Die Wanddicke wurde an 5 Punkten verteilt über die Wände des Normbechers mittels
Mikrometer gemessen.
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Die
Schmelzestandfestigkeit wird anhand des Durchbiegens der Schmelze
bestimmt. Dabei wird der Abstand in cm zwischen der idealen waagrechten
Linie der Schmelze zu dem Wendpunkt der Kurve bestimmt, die die
Schmelze beschreibt, wenn sie sich durchbiegt. Die Bestimmung erfolgt
dabei anhand einer 1 mm dicken Schmelze bei 230°C. Die Schmelzelänge, gemessen
von der Düsenspitze
beträgt
20 cm.
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Die
Spannungsrißbeständigkeit
wird nach der 24 stündigen
Lagerung in Cyclopentan bei 23°C
anhand von Zugstäben
nach ISO 527-2 gemessen. Die Auswertung der Risse erfolgte visuell
auf einer Scala von 0 bis 5, wobei 0 = keine Risse beobachtet, 3
= viele Risse und 5 = sehr viele Risse.
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Die
Fließfähigkeit
wurde anhand der Schmelzvolumenrate (MVR) nach ISO 1133 bei 220°C und 10
kg Belastung bestimmt.
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Die
Kerbschlagzähigkeit
(Charpy) der Produkte wurde an ISO-Stäben nach ISO 179 1 eA bei 23°C bzw. –40°C bestimmt.
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Die
multiaxiale Schlagzähigkeit
(IPT) wurde gemäß ISO 6603/2
ermittelt.
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Die
Wärmeformbeständigkeit
der Proben wurde mittels der Vicat-Erweichungstemperatur bestimmt. Die
Vicat-Erweichungstemperatur wurde nach ISO 306, VST/B/50, ermittelt.
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Die
Reißfestigkeit
wurde gemäß ASTM D638
bei einer Geschwindigkeit von 5 mm/min gemessen.
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Die
Reißdehnung
wurde gemäß ASTM D638
bestimmt.
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Die
Zugfestigkeit wurde gemäß gemäß ASTM D638
bei einer Geschwindigkeit von 5 mm/min gemessen.
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Die
Zugspannung wurde gemäß ISO 527-2
gemessen.
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Die
Viskositätszahl
wurde bestimmt als ml/min einer 0,5 Gew.-%igen Lösung in Toluol bei 23°C.
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Komponenten A1
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Als
Komponente A1 wurde eine Zusammensetzung, die 40 Gew-% eines Pfropfcopolymeren
auf der Basis von 62 Gew.-% eines vor der Pfropfung agglomerierten
Polybutadienkautschuks und 38 Gew.-% einer Pfropfauflage aus 80
Gew.-% Styrol und 20 Gew.-% Acrlynitril und die 60 Gew.-% eines
Copolymeren mit einer Viskositätszahl
von 64 aus 76 Gew.-% Styrol und 26 Gew.-% Acrylnitril.
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Komponente B1
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Als
Komponente B1 wurde ein sternförmiges
Styrol-Butadien-Blockcopolymer durch sequentielle anionische Polymerisation
von Styrol und Butadien in Cylohexan als Lösungsmittel bei 60 bis 90°C und anschließender Kopplung
mit epoxidiertem Leinsamenöl
(Edenol B 316 der Fa. Henkel) erhalten.
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Formmassen F1 bis F4
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Zur
Herstellung der Formmassen F1 bis F4 wurden die Komponenten A1 und
B1 in den in der Tabelle angegebenen Verhältnissen einem Zweiwellenextruder
bei einer Massetemperatur von 220 bis 250°C umgesetzt. Die Schmelze wurde
durch ein Wasserbad geleitet und granuliert. Anschließend wurden
die Granulate zu den Probekörpern
bei einer Spritztemperatur von 250°C gespritzt.
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