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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Formmassen, enthaltend
- A) ein thermoplastisches
Polyamid,
- B) eine Zusammensetzung, enthaltend
b1) ein Pfropfcopolymer,
enthaltend einen Kautschuk als Pfropfgrundlage und eine Pfropfauflage
auf der Basis eines ungesättigten
Monomeren und
b1) ein Matrixpolymer sowie
- C) ein kautschukfreies Copolymer, enthaltend
c1) mindestens
30 Gew.-% Einheiten, die sich von einem vinylaromatischen Monomeren
ableiten, bezogen auf das Gesamtgewicht aller Einheiten, die C)
enthält,
c2)
Einheiten, die sich von einem Monomeren ableiten, das eine funktionelle
Gruppe enthält,
die mit den Endgruppen des Polyamides A) reagieren kann
c3)
Einheiten, die sich von einem Monomeren ableiten, das keine funktionellen
Gruppen enthält,
die mit den Endgruppen des Polyamides A) reagieren,
durch
Mischen der Komponenten.
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Außerdem betrifft
die Erfindung Formmassen, die aus den Komponenten erhältlich sind.
Darüber
hinaus betrifft die Erfindung die Verwendung der Formmassen zur
Herstellung von Formteilen, Folien, Fasern oder Schäumen sowie
die Formteile, Fasern, Folien oder Schäume aus diesen Formmassen.
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Blends,
die Polyamid und Kunststoffe des ABS-Typs enthalten, sind bekannt.
Bekannt ist ferner, dass man derartige Blends mit Polymeren, die
funktionelle Gruppen aufweisen, die mit den Endgruppen des Polyamides
reagieren können,
mischen kann. Diese Polymeren wirken verträglichkeitsvermittelnd zwischen
der Polyamidphase und der Phase, die die Kunststoffe des ABS-Typs
bilden. Dadurch werden die Eigenschaften der Blends verbessert,
insbesondere werden die Schlagzähigkeiten
wesentlich erhöht.
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Blends
dieser Art, in denen beispielsweise Copolymere aus Styrol, Acrylnitril
und Maleinsäureanhydrid als
Verträglichkeitsvermittler
eingesetzt werden, sind unter anderem aus der EP-A 202 214, aus
Kudva et al. Polymer 41 (2000) 239–258 oder aus M. Staal et al.
Poster Technische Universiteit Eindhoven, Januar 2003, „Characterization
of the Molar Mass Chemical Composition Distribution of Styrene-Acrylonitrile-Maleic
Anhydride Terpolymers" bekannt.
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Polyamid/ABS-Blends,
die Styrolacrylnitrilcopolymere mit Maleinsäureanhydridgruppen und zusätzlich niedermolekulare
Anhydride wie Phthalsäureanhydrid
enthalten, sind in der EP-A1 784 080 offenbart. Sie zeichnen sich
durch ihre guten Tieftemperaturschlagzähigkeiten und Verarbeitungseigenschaften
aus.
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Glycidylmethacrylat
und Methylmethacrylat enthaltende Copolymere als Verträglichkeitsvermittler
in Mischungen aus Polyamid und ABS wurden z.B. in Kudva et al. Polymer
39 (1998) 2447-2460 untersucht. Terpolymere aus Styrol, Acrylnitril
und Glycidylmethacrylat wurden als Verträglichkeitsvermittler für Mischungen aus
Polyestern und ABS vorgeschlagen (Lee et al. Polymer 35 (1994),
5641).
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Die
Herstellung dieser bekannten Blends erfolgt durch Mischen aller
Komponenten in einer Mischvorrichtung, insbesondere in einem Extruder.
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Obgleich
die bekannten Blends bereits etlichen gute mechanische Eigenschaften
zeigen, weisen sie doch ungenügende
Steifigkeiten auf. Ein gewisses Steifigkeitsniveau ist jedoch erforderlich,
sollen die Blends für
die Herstellung von z.B. Gehäusen
für Haushaltsartikel,
Elektrogeräte,
medizinisch-technische Geräte
eingesetzt werden oder wenn sie im Automobilbau verwendet werden
sollen.
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Aus
der WO 97/06586 waren Blends bekannt, die als Verträglichkeitsvermittler
ein Copolymer aus mindestens 70 Gew.-% Methylmethacrylat bis zu
5 Gew.-% Maleinsäureanhydrid
und bis zu 25 Gew.-% weiterer Monomerer, z.B. Styrol, enthalten.
Es wird offenbart, dass die Blends auch durch Coextrusion eines
Preblends, bestehend aus dem Copolymeren und einem PMMA verträglichen
Thermoplasten oder einem Polymeren, das wenigsten eine endständige nucleophile
Gruppe enthält
und der dritten Komponente hergestellt werden können. Polyamid/ABS-Blends,
die Verträglichkeitsvermittler
auf Basis von Methylmethacrylat enthalten, erreichen für viele
Anwendungen nicht das geforderte Eigenschaftsprofil.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung war es, ein Verfahren zu finden, mit
dem sich Blends auf der Basis von Polyamid, Kunststoffen wie ABS
und einem Verträglichkeitsvermittler
hinsichtlich ihrer Steifigkeit optimieren lassen. Eine weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein Verfahren zur Herstellung
derartiger Blends zu finden, die sich dadurch auszeichnen, dass
sich bei ihrer Verarbeitung zu Formteilen im wesentlichen keine
oder zumindest eine stark reduzierte Ausbildung von Fließlinien,
auch „tigerlines" oder Schubmarkierung
genannt, zeigt. Zudem sollen mittels des neuen Verfahrens Blends
zur Verfügung
gestellt werden, die sich zu Formteilen verarbeiten lassen, deren
Oberflächen
kratzfest sind.
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Demgemäß wurde
ein Verfahren zur Herstellung der oben genannten Zusammensetzungen
gefunden, das dadurch charakterisiert ist, dass man in einem ersten
Schritt ein Pfropfcopolymer (D), enthaltend die Gesamtmenge der
Komponente C) und eine Teilmenge der Komponente A) herstellt und
in einem zweiten Schritt das Pfropfcopolymer D) mit den anderen
Komponenten und der Restmenge der Komponente (A) mischt.
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Komponente A)
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Prinzipiell
kommen als Komponente A) alle thermoplastischen Polyamide in Betracht.
Unter der Komponente A) sind sowohl solche zu verstehen, die ein
Polyamid enthalten als auch solche , die aus zwei oder mehr unterschiedlichen
Polyamiden bestehen. Das Mischungsverhältnis, in denen die unterschiedlichen
Polyamide enthalten sein können,
ist frei wählbar.
Bevorzugt umfasst die Komponente A) nur ein Polyamid.
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Die
als Komponente A) in den Formmassen enthaltenen Polyamide umfassen
teilkristalline und amorphe Harze mit einem Molekulargewicht (Gewichtsmittelwert)
von mindestens 2500 g/mol (bestimmt mittels Gelperationschromatographie
(GPC) mit Hexafluorisopropanol als Elutionsmittel und Polymethylmethacrylat als
Standard die gewöhnlich
als Nylon bezeichnet werden. Solche Polyamide sind hinlänglich beschrieben. Ihre
Herstellung ist bekannt oder sie können nach an sich bekannten
Methoden hergestellt werden.
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Die
Polyamide A) können
z.B. durch Kondensation einer gesättigten oder einer aromatischen
Dicarbonsäure
mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen, mit einem gesättigten oder aromatischen Diamin,
welches bis 14 Kohlenstoffatome aufweist oder durch Kondensation
von ω-Aminocarbonsäuren bzw.
Polyaddition von entsprechenden Lactamen hergestellt werden.
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Als
geeignete gesättigte
Dicarbonsäuren
seien hier nur Suberinsäure,
Azelainsäure
oder Sebacinsäure
als Vertreter der aliphatischen Dicarbonsäuren, 1,4-Butandiamin, 1,5-Pentandiamin
1,6-Hexandiamin oder Piperazin, als Vertreter der Diamine und Caprolactam,
Capryllactam, Önanthlactam,
Laurinlactam und ω-Aminoundecansäure als
Vertreter von Lactamen bzw. Aminocarbonsäuren genannt.
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Aromatische
Dicarbonsäuren
weisen im Allgemeinen 8 bis 16 Kohlenstoffatome auf. Geeignete aromatische
Dicarbonsäuren
sind beispielsweise substituierte Terephthal- und Isophthalsäuren wie 3-t-Butylisophthalsäure, mehrkernige
Dicarbonsäuren,
z. B. 4,4'- und
3,3'-Diphenyldicarbonsäure, 4,4'- und 3,3'-Diphenylmethan-dicarbonsäure, 4,4'- und 3,3'-Diphenylsulfondicarbonsäure, 1,4-
oder 2,6-Naphthalindicarbonsäure und
Phenoxyterephthalsäure.
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Als
Monomere kommen auch cyclische Diamine, darunter bevorzugt Bis(4-aminocyclohexyl)-methan, Bis(4-amino-3-methylcyclohexyl)methan,
Bis(4-aminocyclohexyl)-2,2-propan
oder Bis(4-amino-3-methylcyclohexyl)-2,2-propan in Betracht. Als
weitere cyclische Diamine seien 1,3- oder 1,4-Cyclohexandiamin oder
Isophorondiamin genannt. Des Weiteren kommt auch m-Xylylendiamin
in Betracht.
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Beispiele
für Polyamide,
die sich von gesättigten
Dicarbonsäuren
und Diaminen ableiten sind:
Polytetramethylenadipinsäureamid
(Nylon 46), Polyhexamethylenadipinsäureamid (Nylon 66), Polyhexamethylenazelainsäureamid
(Nylon 69), Polyhexamethylensebacinsäureamid (Nylon 610), Polyhexamethylendodecandisäureamid
(Nylon 612).
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Beispiele
durch Ringöffnung
von Lactamen erhaltener Polyamide sind Polycaprolactam (Nylon 6),
Polylaurinsäurelactam,
ferner Poly-11-aminoundecansäure.
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Es
ist auch möglich,
Polyamide zu verwenden, die durch Copolykondensation von zwei oder
mehr der obengenannten Dicarbonsäuren
oder zwei oder mehr der obengenannten Diamine oder auch durch Copolycondensation
von zwei oder mehr der obengenannten Polymeren hergestellt worden
sind. Beispiele hierfür sind
Copolymede aus Adipinsäure,
Isophthalsäure
oder Terephthalsäure
und Hexamethylendiamin oder Copolymere aus Caprolactam, Terephthalsäure und
Hexamethylendiamin. Derartige teilaromatische Copolyamide enthalten
in der Regel 40 bis 90 Gew.-% Einheiten, die sich von Terephthalsäure und
Hexamethylendiamin ableiten. Ein geringer Anteil der Terephthalsäure, vorzugsweise
nicht mehr als 10 Gew.-%, der gesamten eingesetzten aromatischen
Dicarbonsäuren
können
durch Isophthalsäure
oder andere aromatische Dicarbonsäuren, vorzugsweise solche,
in denen die Carboxylgruppen in para-Stellung stehen, ersetzt werden.
Teilaromatische Copolyamide können
auch Einheiten umfassen, die sich von den obengenannten cyclischen
Diaminen ableiten.
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Als
vorteilhaft für
viele Anwendungszwecke haben sich teilaromatische Copolyamide mit
50 bis 80, insbesondere 60 bis 75 Gew.-% Einheiten, die sich von
Terephthalsäure
und Hexamethylendiamin ableiten und 20 bis 50, vorzugsweise 25 bis
40 Gew.-% Einheiten, die sich von ε-Caprolactam ableiten, erwiesen.
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Zu
den besonders bevorzugten teilaromatischen Copolyamiden zählen solche,
die im wesentlichen aufgebaut sind aus
- a1)
30 bis 44, vorzugsweise 32 bis 40 und insbesondere 32 bis 38 mol-%
Einheiten, welche sich von Terephthalsäure ableiten,
- a2) 6 bis 20, vorzugsweise 10 bis 18 und insbesondere 12 bis
18 mol-% Einheiten, welche sich von Isophthalsäure ableiten,
- a3) 43 bis 49,5, vorzugsweise 46 bis 48,5 und insbesondere 46,3
bis 48,2 mol-% Einheiten, welche sich von Hexamethylendiamin ableiten,
- a4) 0,5 bis 7, vorzugsweise 1,5 bis 4 und insbesondere 1,8 bis
3,7 mol-% Einheiten, welche sich von aliphatischen cyclischen Diaminen
mit 6 bis 30, vorzugsweise 13 bis 29 und insbesondere 13 bis 17
C-Atomen ableiten,
- a5) 0 bis 4 mol-% weiteren von b1) bis b4) verschiedenen polyamidbildenden
Monomeren,
wobei die Molprozente der Komponenten a1) bis
a5) zusammen 100 % ergeben.
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Die
Diamineinheiten a3) und a4) werden vorzugsweise etwa äquimolar
mit den Dicarbonsäureeinheiten
a1) und a2) umgesetzt.
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Die
polyamidbildende Monomere a5) können
sich z.B. von Dicarbonsäuren
mit 4 bis 16 Kohlenstoffatomen und aliphatischen Diaminen mit 4
bis 16 Kohlenstoffatomen sowie von Aminocarbonsäuren bzw. entsprechenden Lactamen
mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen ableiten. Beispiele hierfür sind oben
genannt.
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Die
Schmelzpunkte dieser teilaromatischen Copolyamide liegen in der
Regel im Bereich von 280 bis 340°C,
bevorzugt von 290 bis 330°C,
wobei dieser Schmelzpunkt mit einer hohen Glasübergangstemperatur von in der
Regel mehr als 120°C,
insbesondere mehr als 130°C
(im trockenen Zustand) verbunden ist.
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Bei
den teilaromatischen Copolyamiden, die die Komponenten a1) bis a5)
umfassen, werden solche bevorzugt verwendet, die einen Kristallinitätsgrad über 30 %,
bevorzugt über
35 %, und insbesondere über
40 % aufweisen.
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Der
Kristallinitätsgrad
ist ein Maß für den Anteil
an kristallinen Fragmenten im Copolyamid und wird durch Röntgenbeugung
oder indirekt durch Messung von ΔHkrist mittels DSC bestimmt. Durch Röntgenbeugung
kann der Kristallinitätsgrad
absolut bestimmt werden. Dabei wird die Intensität der Peaks zum amorphen Halo
eines Verhältnis
gesetzt (siehe D.I. Bower „An
Introduction to Polymer Physics" Cambridge
University Press, 2002, S. 118 bis 120).
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Sind
Proben mit bekanntem Kristallinitätsgrad, Xc,
verfügbar,
kann eine Korrelation zwischen Xc und ΔHkrist hergestellt werden.
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Bevorzugte
teilaromatische Copolyamide sind solche, die einen Gehalt an Triamineinheiten,
insbesondere Einheiten des Dihexamethylentriamins von unter 0,5
Gew.-% aufweisen. Besonders bevorzugt werden solche teilaromatischen
Polyamide mit Triamingehalten von 0,3 Gew.-% oder weniger.
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Als
Komponente A) kommen sowohl lineare, verzweigte als auch sternförmige Polyamide
in Betracht. Bevorzugt werden lineare Polyamide mit einem Schmelzpunkt über 180°C, bestimmt
durch DSC-Messung (z.B. D.T. Bower, a.o.a.O. S. 30).
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Bevorzugte
Polyamide A) sind Polyhexamethylenadipinsäureamid, Polyhexamethylensebacinsäureamid
und Polycaprolactam sowie Polyamid 6/6T und Polyamid 66/6T sowie
Polyamide, die cyclische Diamine als Comonomere enthalten. Die Polyamide
weisen im allgemeinen eine Viskositätszahl von 80 bis 400 ml/g auf,
bestimmt an einer 0,5 gew.-%igen Lösung in 96 %iger Schwefelsäure bei
23°C, nach
DIN 53727 was einem Molekulargewicht (Zahlenmittel) von etwa 7 000
bis 45 000 g/mol entspricht. Polyamide mit einer Viskositätszahl von
80 bis 300, insbesondere 100 bis 280 ml/g, werden bevorzugt verwendet.
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Bevorzugt
werden Polyamide, die eine Aminoendgruppe pro Kette aufweisen.
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Der
Anteil der Polyamide A) an den Formmassen kann in weiten Bereichen
variieren. Bevorzugt beträgt
er von 10 bis 90, insbesondere von 15 bis 85 besonders bevorzugt
von 20 bis 80 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der
Formmassen.
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Komponente B)
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Die
Zusammensetzung, die erfindungsgemäß als Komponente B) in den
Formmassen enthalten ist, umfasst ein Pfropfcopolymer (b1). 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 b11). 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 b11) allerdings Dienkautschuke alleine verwendet.
Ganz besonders bevorzugt sind Dienkautschuke, die aus
- β11)
50 bis 100 Gew.-% mindestens eines Diens mit konjugierten Doppelbindungen
und
- β12)
0 bis 50 Gew.-% von einem oder mehreren weiteren monoethylenisch
ungesättigten
Monomeren,
aufgebaut sind, wobei sich die Gewichtsprozente
von β11)
und β12)
zu 100 addieren.
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Als
Diene mit konjugierten Doppelbindungen, β11), 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 β12), die
auf Kosten der Monomeren β11)
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 β12)
sind Styrol, Acrylnitril, Methylmethacrylat, Glycidylacrylat, -methacrylat 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.
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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 b1) enthalten eine Pfropfauflage b12) auf der
Basis eines ungesättigten
Monomeren, worunter auch zu verstehen ist, dass die Pfropfauflage
aus zwei oder mehr ungesättigten
Monomeren hergestellt worden 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
b12) enthaltend
- β21) 50 bis 100, bevorzugt 60
bis 100 und besonders bevorzugt 65 bis 100 Gew.-% eines vinylaromatischen
Monomeren,
- β22)
0 bis 50, bevorzugt 0 bis 40 und besonders bevorzugt 0 bis 35 Gew.-%
Acrylnitril oder Methacrylnitril oder deren Mischungen,
- β23)
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 β21) bis β23) zu 100
Gew.-% ergänzen.
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Als
vinylaromatische Monomere kommen die unter β12) 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 β12)
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 b12) in einem oder mehreren Verfahrenschritten
herstellen. Dabei können die
Monomeren β21), β22) und β23) 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 b11) polymerisieren.
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Bevorzugte
Pfropfauflagen b12) sind beispielsweise aus Styrol und/oder α-Methylstyrol
und einem oder mehreren der unter β22) und β23) genannten anderen Monomeren.
Bevorzugt sind dabei Methylmethacrylat, N-Phenylmaleinimid, Maleinsäureanhydrid
und Acrylnitril, besonders bevorzugt Methylmethacrylat und Acrylnitril.
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Bevorzugte
Pfropfauflagen b12) basieren auf:
- b12-1:
- Styrol
- b12-2:
- Styrol und Acrylnitril,
- b12-3:
- α-Methylstyrol und Acrylnitril,
- b12-4:
- Styrol und Methylmethacrylat.
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Besonders
bevorzugt beträgt
der Anteil an Styrol oder α-Methylstyrol,
oder der Anteil der Summe aus Styrol und α-Methylstyrol, mindestens 40
Gew.-%, bezogen auf b12).
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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 b1), die (bezogen auf b1)
- b11) 30 bis 95, bevorzugt 40 bis 90, insbesondere 40 bis 85
Gew.-% Pfropfgrundlage (d.h. Kautschuk) und
- b12) 5 bis 70, bevorzugt 10 bis 60, insbesondere 15 bis 60 Gew.-%
einer Pfropfauflage
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 b12) entstehen, werden diese Mengen,
die in der Regel unter 10 Gew.-% von b1) liegen, der Masse der Komponente b2)
zugeordnet.
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Die
Komponente b2) enthält
ein Matrixpolymer, worunter auch Mischungen aus zwei oder mehr unterschiedlichen
Matrixpolymeren verstanden werden. Bevorzugt wird der molekulare
Aufbau des Matrixpolymeren b2) so gewählt, dass das Matrixpolymer
mit der Pfropfauflage verträglich
ist. Bevorzugt entsprechen daher die Monomeren b12) denen des Matrixpolymeren
b2). Allerdings enthalten die Matrixpolymere bevorzugt keine funktionellen
Gruppen, die mit den Endgruppen der Polyamide reagieren können.
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Als
Matrixpolymer b2) 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 b2) um ein Copolymerisat aus
- b21) 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,
- b22) 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 ist das Matrixpolymer dabei aus 60–99 Gew.-% vinylaromatischen
Monomeren und 1 – 40
Gew.-% mindestens eines der anderen angegebenen Monomeren aufgebaut.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird als b2) 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 b2).
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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 b2) sind an sich bekannt oder können nach dem Fachmann bekannten
Methoden hergestellt werden.
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Das
Verhältnis
der Komponenten b1) zu b2) kann in weiten Bereichen variieren. Meist
enthalten die Zusammensetzungen B) von 20 bis 85, bevorzugt von
25 bis 80 Gew.-% b1) und von 15 bis 80, bevorzugt von 20 bis 75
Gew.-% b2), wobei sich die Gewichtsanteile von b1) und b2) zu 100
addieren.
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In
der Regel werden im erfindungsgemäßen Verfahren von 8 bis 70,
bevorzugt von 12 bis 60, insbesondere von 15 bis 55 Gew.-% der Komponente
B, bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse, eingesetzt.
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Komponente C)
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Komponente
C) enthält
erfindungsgemäß ein kautschukfreies
Copolymer. Hierunter ist auch zu verstehen, dass die Komponente
C) eine Mischung aus zwei oder mehr dieser Copolymere umfassen kann.
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Strukturell
ist das Copolymeren C) aus mindestens 30 Gew.-%, bezogen auf das
Gesamtgewicht aller Einheiten, die C) enthält, Einheiten (c1) aufgebaut,
die sich von vinylaromatischen Monomeren ableiten. Ansonsten ist
der strukturelle Aufbau in weiten Grenzen variierbar und richtet
sich vor allem danach, dass die Copolymere C) zumindest teilweise,
bevorzugt überwiegend
mit der Komponente B mischbar sein soll. Auch soll die Art und Menge
der funktionellen Gruppen so beschaffen sein, dass eine Reaktion
mit den Endgruppen der Polyamide A) stattfinden kann.
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Nach
einer der bevorzugten Ausführungsformen
basieren die Copolymeren C auf einer vinylaromatischen Verbindung
(c1) und enthalten als Einheiten (c2) Dicarbonsäureanhydride (c21) oder Dicarbonsäureimide
(c22) oder Mischungen aus c21) und c22) und Einheiten (c3), die
sich von weiteren Monomeren ableiten, die keine Gruppen enthalten,
die mit den Endgruppen des Polyamides reagieren, oder nur um ein
viel-faches langsamer.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
beträgt
der Anteil der Einheiten c1) bevorzugt von 50 bis 85, insbesondere
von 60 bis 80 Gew.-%. Ganz besonders bevorzugt enthalten die Copolymeren
C) von 65 bis 78 Gew.-% Einheiten, die sich von aromatischen Vinylverbindungen
ableiten. Die Gew.-% Angaben sind jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht
von c1) bis c3).
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Der
Anteil der Einheiten c21), die sich von α,β-ungesättigten Dicarbonsäureanhydriden
ableiten, beträgt
bevorzugt von 0,3 bis 25 Gew.-%. Copolymere C) mit wesentlich weniger
als 0,3 Gew.-%, beispielsweise solche mit weniger als 0,1 Gew.-%
der Einheiten c21) sind im Allgemeinen nicht hinreichend reaktionsfähig. Solche
mit wesentlich mehr als 25 Gew.-% lassen sich meist nicht mehr gut
verarbeiten, da sie zu stark vernetzend wirken. Bevorzugt enthalten
die Copolymeren C) von 0,5 bis 15 Gew.-%, insbesondere von 0,7 bis
10 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 0,8 bis 5 Gew-% c21), beispielsweise
von 1 bis 3 Gew.-% c21). Die Gew.-% Angaben beziehen sich dabei
jeweils auf das Gesamtgewicht der Einheiten c1) bis c3).
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Anstelle
der Einheiten c21) oder, wie es bevorzugt ist, darüber hinaus
können
die Copolymeren C) Einheiten c22) enthalten, die sich von α,β-ungesättigten,
insbesondere cyclischen Dicarbonsäureimiden ableiten. Diese sind
im allgemeinen von 0 bis 40 Gew.-% in den Copolymeren C) enthalten.
Bevorzugte Copolymere C) enthalten von 0 bis 30 Gew.-% c22), insbesondere
von 0 bis 25 Gew.-%, wobei sich die Gew.-% Angaben jeweils auf das
Gesamtgewicht der Einheiten c1 bis c3) bezieht.
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Ferner
können
die Copolymere C) noch 14,7 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 19 bis 35 Gew.-%,
insbesondere 21,3 bis 33 Gew.-% Einheiten c3), bezogen auf das Gesamtgewicht
der Einheiten c1) bis c3), enthalten, die sich von weiteren radikalisch
polymerisierbaren Verbindungen ableiten.
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Als
aromatische Vinylverbindungen c1) kommen vor allem Styrol und Styrolderivate
in Betracht. Zu den geeigneten Styrolderivaten zählen α-Methylstyrol oder am aromatischen
Kern substituierte Styrolderivate wie Vinyltoluol, t-Butylstyrol
oder Chlorstyrol. Selbstverständlich
können
auch Mischungen unterschiedlicher aromatischer Vinylverbindungen
eingesetzt werden. Ganz besonders bevorzugt wird Styrol verwendet.
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Zu
den bevorzugten α,β-ungesättigten
Dicarbonsäureanhydriden
c21) zählen
cyclische und zwar solche mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen. Die Doppelbindung
kann sowohl exocyclisch als auch endocyclisch sein. Darunter sind
Maleinsäureanhydrid,
Methylmaleinsäureanhydrid
oder Itakonsäureanhydrid
besonders bevorzugt. Mischungen unterschiedlicher Dicarbonsäureanhydride
können
ebenfalls verwendet werden. Ganz besonders bevorzugt wird Maleinsäureanhydrid
alleine eingesetzt.
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Im
allgemeinen entsprechen die α,β-ungesättigten
Dicarbonsäureimide
c22) den obengenannten Dicarbonsäureanhydriden.
Der Substituent am Stickstoff ist in der Regel ein C1-
bis C20-Alkyl, C4-
bis C20-Cycloalkyl, C1-
bis C10-Alkyl-C6-
bis C18-Aryl oder ein C6-
bis C18-Arylrest.
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Die
Alkylreste können
sowohl linear als auch verzweigt sein und mit einem oder mehreren
Sauerstoffatomen unterbrochen sein, wobei die Sauerstoffatome nicht
direkt mit den Stickstoffatomen und nicht direkt mit einem anderen
Sauerstoffatom verknüpft
sind. Zu diesen Alkylresten zählen
Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, i-Butyl, t-Butyl, n-Hexyl,
n-Decyl und n-Dodecyl. Die Cycloalkylreste können sowohl unsubstituiert
als auch substituiert sein. Geeignete Substituenten sind z.B. Alkylgruppen
wie Methyl oder Ethyl. Als Beispiele für Cycloalkylreste sind Cyclobutyl,
Cyclopentyl, Cyclohexyl und p-Methylcyclohexyl zu nennen. Die Alkylgruppe der
Alkylarylreste kann sowohl linear als auch verzweigt sein und die
Alkylarylreste können
auch Substituenten haben. Beispiele derartiger Substituenten sind
Alkylgruppen wie Methyl oder Ethyl aber auch Halogenatome wie Chlor
oder Brom. Als Alkylarylreste können
beispielsweise Benzyl, Ethylphenyl oder p-Chlorbenzyl verwendet
werden. Ebenso können
die Arylreste substituiert oder unsubstituiert sein, wobei z.B.
Alkylgruppen wie Methyl oder Ethyl oder Halogenatome wie Chlor oder
Brom geeignete Substituenten sind. Zu den bevorzugten Arylresten
zählen
Phenyl und Naphthyl. Ganz besonders bevorzugte Reste sind Cyclohexyl
oder Phenyl.
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Beispielhaft
für Einheiten
c3) seien hier Acrylsäure
und Acrylsäurederivate
wie Methacrylsäure,
Acrylsäurealkylester
wie Acrylsäureethylester,
Methacrylsäuremethylester,
Methacrylsäureethylester
oder Methyacrylsäurecyclohexylester
oder ungesättigte
Nitrile wie Acrylnitril, Methacrylnitril genannt. Mischungen dieser Monomeren
kommen ebenfalls in Betracht. Ganz besonders bevorzugt wird Acrylnitril
alleine verwendet.
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Als
bevorzugte Copolymeren C) dieser Ausführungsform sind beispielhaft
die mit der folgenden Zusammensetzung genannt:
Copolymere,
die
- c1) von 50 bis 85 bevorzugt von 60 bis
81 Gew.-% Styrol,
- c2) von 0,5 bis 10 bevorzugt von 1 bis 5 Gew.-% Maleinsäureanhydrid
und
- c3) von 14,5 bis 40 , bevorzugt von 18 bis 35 Gew.-% Acrylnitril
enthalten, wobei sich die Anteile von c1) bis c3) zu 100 Gew.-%
addieren.
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Die
Copolymeren C) dieser Ausführungsform
enthalten die Einheiten c1) bis c3) bevorzugt in einer statistischen
Verteilung. In der Regel weisen die Copolymeren C) Molekulargewichte
Mw (Gewichtsmittelwert) von 30 000 bis 500
000, bevorzugt 50 000 bis 250 000, insbesondere 70 000 bis 200 000
g/mol auf, bestimmt mittels GPC mit Tetrahydrofuran (THF) als Elutionsmittel
und Polystyrol-Eichung.
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Die
Copolymeren C) dieser Ausführungsform
lassen sich z.B. dadurch herstellen, dass man die entsprechenden
Monomeren radikalisch polymerisiert. Dabei kann die Umsetzung sowohl
in Suspension oder Emulsion als auch in Lösung oder Substanz durchgeführt werden,
wobei letzteres bevorzugt wird. Die radikalische Reaktion lässt sich
im allgemeinen mit den üblichen
Methoden initiieren wie Licht oder bevorzugt mit Radikalstartern
wie Peroxiden z.B. Benzoylperoxid. Auch die thermisch initiierte
Polymerisation ist möglich.
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Daneben
können
die Copolymeren C) dieser Ausführungsform
auch dadurch hergestellt werden, dass zunächst die Komponenten c1 ),
c21) und gegebenenfalls c3) miteinander in einer radikalischen Reaktion
umgesetzt werden und anschließend
die in dem Reaktionsprodukt enthaltenen Anhydridgruppen teilweise
mit entsprechenden primären
Aminen oder Ammoniak in Imidgruppen überführt werden, so dass die Einheiten
c22) entstehen. Diese Reaktion wird in der Regel in Gegenwart eines
tertiären
Amins als Katalysator bei Temperaturen von 80 bis 350°C ausgeführt.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
enthalten die Copolymere C) anstelle der Einheiten c21) oder c22)
oder deren Mischungen Einheiten (c23), die sich von einem ungesättigten
Monomeren ableiten, das eine Epoxygruppe enthält. Die Einheiten c23) können auch
auf einer Mischung aus zwei oder mehr unterschiedlichen Monomeren
dieser Art basieren. Die Monomeren können eine oder auch zwei oder mehr
Epoxygruppen aufweisen. Besonders bevorzugt wird Glycidylmethacrylat
alleine verwendet.
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Zu
den bevorzugten Copolymeren C) dieser Ausführungsform zählen:
Copolymere,
enthaltend
- c1) von 65 bis 85, bevorzugt von
70 bis 80 Gew.-% Styrol,
- c23) von 0,5 bis 10, bevorzugt von 1 bis 5 Gew.% Glycidylmethacrylat
und
- c3) von 14,5 bis 34,5 Gew.-% , bevorzugt von 19 bis 29 Gew.-%
Acrylnitril,
wobei sich die Anteile von c1) bis c3) zu
100 Gew.-% addieren.
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Die
Copolymeren C) dieser Ausführungsform
können
z.B. durch Suspensenspolymerisation in Polyvinylalkohol in Gegenwart
eines peroxidischen Initiators hergestellt werden.
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Die
Copolymeren C) dieser Ausführungsform
weisen in Regel Molekulargewichte (Gewichtsmittelwert Mw), im Bereich
von 50 000 bis 1 000 000, bevorzugt von 70 000 bis 500 000 g/mol,
bestimmt gemäß GPC mit
THF als Elutionsmittel gegen Polystyrolstandard, auf.
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In
der Regel werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren von 2 bis 80,
bevorzugt 3 bis 18, insbesondere 5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das
Gesamtgewicht der Formmasse, an Komponente C eingesetzt.
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Pfropfcolymere D)
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Erfindungsgemäß wird in
einem ersten Schritt des Verfahrens unter Verwendung der Gesamtmenge des
Copolymeren C) und einer Teilmenge des Polyamides A) ein Pfropfcopolymer
(D) hergestellt.
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Hierfür können alle
geeigneten Pfropfcopolymerisationsmethoden eingesetzt werden. Als
besonders einfach hat es sich jedoch herausgestellt, die Umsetzung
der beiden Komponenten in der Schmelze in Abwesenheit eines Lösungsmittels
durchzuführen.
Es ist möglich
die beiden Komponenten beispielsweise in Form ihrer Pulver oder
als Granulate vorzumischen und anschließend zusammen aufzuschmelzen.
Andererseits kann entweder das Copolymere C) oder die gewählte Menge
an Polyamid A) vorgelegt, aufgeschmolzen und dann die jeweils andere
Komponente zugegeben werden. Die Zugabe der jeweils anderen Komponente
kann durch Zudosieren in Form ihres Pulvers, Granulates oder Schmelze
vorgenommen werden. Die Zugabe der jeweils anderen Komponente kann
auf einmal, portionsweise oder in einem Zulaufverfahren gleichmäßig oder mit
einem Zulaufprofil erfolgen.
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In
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird es bevorzugt, die Komponente C) und die Teilmenge des Polymeren
A) in Form ihrer Granulate vorzumischen und anschließend gemeinsam
aufzuschmelzen. Im Prinzip können
die Granulate durch unterschiedlichste Methoden miteinander gemischt
werden, beispielsweise per Hand, Flügelradmischer, Fluidmischer,
Röhnradmischer.
Besonders bevorzugt werden die Granulate bei Raumtemperatur mittels
eines Flügelradmischers
und innerhalb von 1–5
Minuten miteinander vermischt.
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Als
Schmelzaggregat kommen beispielsweise Maxwell-Mischer, Banbury-Mischer,
Kneter, Buss-Co-Kneter, Farrell-Kneter oder ein-, zwei oder mehrwellige
Extruder wie Ring- oder Planetwalzenextruder in Betracht.
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Bei
den Zweiwellen-Extrudern können
solche mit gleichsinnig drehenden oder solche mit gegenläufig drehenden
Wellen eingesetzt werden, wobei die gleichsinnig drehenden, kämmenden
besonders bevorzugt sind. Die bevorzugt eingesetzten gleichsinnig
drehenden Zweiwellen-Extruder sind in der Regel ausgestattet mit
mindestens einer Einzugszone, die mit fördernden Schneckenelementen
versehen ist, mindestens einer Aufschmelzzone, versehen mit knetenden
und rückfördernden
Elementen, mindestens einer Mischzone mit fördernden, rückfördernden und knetenden Elementen.
Dabei ist es möglich,
dass auch spezielle Mischelemente zum Einsatz kommen, beispielsweise
Zahnmischelemente, Schmelzmischelemente oder Turbinenmischelemente.
Bevorzugt enthalten die Extruder je eine Einzugszone, Aufschmelzzone
und Mischzone. Darüber
hinaus weisen die bevorzugten Extruder meist eine, zwei oder mehr
Entgasungszonen auf. Besonders bevorzugt schließen diese sich an die (letzte)
Mischzone an. Die Entgasungszonen können unter Normaldruck, Überdruck
oder Vakuum betrieben werden. Bevorzugt werden die Entgasungszonen
unter Normaldruck oder Vakuum betrieben. Besonders bevorzugt werden
die Entgasungszonen unter einem Vakuum von 10 bis 900 mbar, bevorzugt
20 bis 800 mbar, insbesondere 30 bis 600 mbar betrieben. Anschließend an
die Entgasungszone bzw. -Zonen weisen die bevorzugten Extruder im
Allgemeinen eine Austragszone auf und eine Granuliereinheit. Letztere
kann z.B. eine Stranggranulierung, Unterwassergranulierung oder
Wasserringgranulierung sein, wobei Strang- und Unterwassergranulierung
bevorzugt werden. Selbstverständlich
kann die Austragszone auch anstelle dessen eine Spritzgusseinheit
sein.
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Im
Allgemeinen liegt die Temperatur bei der Herstellung der Pfropfcopolymere
D) im Schmelzeverfahren im Bereich von 200 bis 350 °C, bevorzugt
im Bereich von 220 bis 340 °C.
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Erfindungsgemäß wird die
Gesamtmenge der Komponente C) mit einer Teilmenge der Komponente A)
zu den Pfropfcopolymeren D) umgesetzt, wobei die Menge an Komponente
A) in weiten Bereichen variieren kann. Die eingesetzte Teilmenge
an A) sollte jedoch so bemessen sein, dass einerseits eine hinreichende
Menge an Pfropfcopolymeren D) gebildet wird, andererseits nicht
ein großer Überschuss
an Polyamid A) neben dem Pfropfcopolymeren besteht. Die Pfropfcopolymeren
D) können
von 5 bis 95 Gew.-%, bevorzugt von 10 bis 90 Gew.-% an Copolymeren
C) und von 5 bis 95 Gew.-%, bevorzugt von 10 bis 90 Gew.-% an Polyamid
A) enthalten. Besonders bevorzugt wird die Menge an Polyamid so
bemessen, dass das molare Verhältnis
der funktionellen Gruppen der Komponente C) zu den Aminoendgruppen
des Polyamids A) von 0,8 : 1 bis 1,3 : 1 beträgt. Bevorzugt beträgt es von
0,9 : 1 bis 1,3 : 1.
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Die
so hergestellten Pfropfcopolymeren D) können mit der Restmenge der
Komponente A) sowie mit der Komponente B) und falls gewünscht mit
weiteren Komponenten gemischt werden.
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Komponente E)
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Als
weitere Komponente kann eine niedermolekulare Verbindung mitverwendet
werden, die nur eine Dicarbonsäureanhydridgruppe
aufweist. Es können
aber auch zwei oder mehr dieser Verbindungen als Komponente E) verwendet
werden. Diese Verbindungen können
neben der Dicarbonsäureanhydridgruppe
weitere funktionelle Gruppen enthalten, die mit den Endgruppen der
Polyamide reagieren können.
Geeignete Verbindungen E) sind z.B. C4-
bis C10-Alkyldicarbonsäureanhydride, beispielsweise
Bersteinsäureanhydrid,
Glutarsäureanhydrid,
Adipinsäureanhydrid.
Ferner kommen cycloaliphatische Dicarbonsäureanhydride wie 1,2-Cyclohexandicarbonsäureanhydrid
in Betracht. Darüber
hinaus können
aber auch Dicarbonsäureanhydride,
die ethylenisch ungesättigte
oder aromatische Verbindungen sind, eingesetzt werden, z.B. Maleinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid
oder Trimellitsäureanhydrid.
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Der
Anteil der Komponente E) beträgt
im Allgemeinen von 0 bis 3, bevorzugt von 0,001 bis 2 Gew.-%, bezogen
auf das Gesamtgewicht der Komponenten A bis F.
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Komponente F)
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Die
Formmassen können
Zusatzstoffe enthalten. Deren Anteil beträgt in der Regel von 0 bis 60,
bevorzugt von 0 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der
Komponenten A bis F.
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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
he rangezogen 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 μm
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 μm 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 40 Gew.-%, bevorzugt bis 30 Gew.-%, bezogen
auf das Gesamtgewicht von A bis F, eingesetzt werden.
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Als
Komponente F) 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 μm
aufweisen. Die verwendeten (Glas)fasern können vorzugsweise einen Durchmesser
von bis zu 25μm,
besonders bevorzugt 5 bis 13μm
aufweisen. Vorzugsweise weisen mindestens 70 Gew.-% der Glasfasern
eine Länge
von mehr als 60 μm
auf. Besonders bevorzugt beträgt
im fertigen Formteil die mittlere Länge der Glasfasern 0,08 bis
0,5 mm. 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 60, bevorzugt
bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von A bis F eingesetzt.
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Als
Komponente F) 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,
Phosphorsäurephenyl-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 20, vorzugsweise
0 bis 17,5 Gew.-% eingesetzt. Bei Vorliegen werden sie bevorzugt
in Mengen von 0,4 bis 10 Gew.-% eingesetzt. Die Mengenangaben sind
jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht von A bis F.
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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 45, vorzugsweise 0 bis 20, insbesondere 0 und
sofern sie vorliegen von 0,2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
von A bis F.
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Pigmente
und Farbstoffe sind allgemein in Mengen von 0 bis 4, bevorzugt 0
bis 3,5 und insbesondere 0 und sofern sie vorliegen von 0,5 bis
3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von A bis F 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 bis zu 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
von A bis F, einsetzbar.
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Beispiele
für UV-Stabilisatoren
sind verschiedene substituierte Resorcine, Salicylate, Benzotriazole und
Benzophenone, die im allgemeinen in Mengen bis zu 2 Gew.-%, bezogen
auf das Gesamtgewicht von A bis F eingesetzt werden.
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Gleit-
und Entformungsmittel, die in der Regel in Mengen bis zu 1 Gew.-%,
bezogen auf das Gesamtgewicht von A bis F 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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Es
hat sich herausgestellt, dass durch Zugabe von Stearaten oder Silikonöl in Mengen
von 0,3 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmassen,
die Bildung von Fließlinien
bei der Verarbeitung erheblich reduziert werden kann. Außerdem sind
die Formteile aus den Formmassen, die diese Additive enthalten,
besonders kratzfest. Bevorzugt werden für diesen Zweck die Stearate
oder Silikonöl
in Mengen im Bereich von 0,3 bis 1,3, insbesondere von 0,5 bis 1
Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmassen zugegeben.
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Hierbei
können
z.B. die vorstehend genannten Salze der Stearinsäure verwendet werden. Es ist
auch möglich,
eine Mischung aus zwei oder mehr unterschiedlichen Salzen der Stearinsäure einzusetzen.
Als Silikonöle
kommen bevorzugt solche in Betracht, die sich von linearen Polysiloxanen
ableiten. Besonders bevorzugt werden lineare Polydimethylsiloxane.
Zu den besonders bevorzugten Silikonölen zählen solche mit einer Viskosität im Bereich
von 20 bis 100 000, bevorzugt von 100 bis 60 000 mPas (dynamische
Viskosität
bei 25°C).
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Es
ist auch möglich,
eine Mischung aus zwei oder mehr unterschiedlichen Silikonölen einzusetzen.
Mischungen aus einem oder einer Mischung unterschiedlicher Stearate
mit einem oder einer Mischung unterschiedlicher Silikonöle kommt
ebenfalls in Betracht. Beispielsweise kann eine Mischung aus Calziumstearat mit
Polydimethylsiloxan verwendet werden. Bevorzugt wird jedoch entweder
ein Stearat oder ein Silikonöl
allei ne eingesetzt. Als besonders bevorzugtes Stearat wird Calziumstearat
und als besonders bevorzugtes Silikonöl wird Polydimethylsiloxan
eingesetzt. Als ganz besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen,
Calziumstearat alleine zu verwenden.
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Das
Stearat bzw. das Silikonöl
oder deren Mischungen können
auf unterschiedlichste Weise in die Formmassen eingebracht werden.
Beispielsweise können
sie getrennt oder in Mischung zudosiert werden. Dabei ist es z.B.
möglich,
diese Additive zusammen mit den anderen Komponenten oder nach Zugabe
einzelner der übrigen
Komponenten zuzugeben und mit diesen zu vermischen. Es ist aber
auch möglich,
diese Additive z.B. erst zu den granulierten Formmassen zuzugeben
und diese auf die Oberfläche
der Granulate aufzubringen.
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Die
Herstellung der erfindungsgemäßen thermoplastischen
Formmassen erfolgt nach an sich bekannten Verfahren durch Mischen
der Restmenge an Komponente A) mit den Komponenten B) und D) sowie
falls vorhanden den Komponenten E) und F). Es kann vorteilhaft sein,
einzelne Komponenten z.B. die Restmenge A) mit der Komponente E)
oder die Komponente B) mit F) oder auch D) mit F) vorzumischen.
Auch das Mischen der Komponenten in Lösung unter Entfernen der Lösungsmittel
ist möglich,
allerdings weniger bevorzugt.
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Das
Mischen der beispielsweise trockenen Komponenten kann nach allen
bekannten Methoden erfolgen. Vorzugsweise geschieht das Mischen
bei Temperaturen von 200 bis 320°C
durch gemeinsames Extrudieren, Kneten oder Verwalzen der Komponenten,
wobei die Komponenten gegebenenfalls zuvor aus der bei der Polymerisation
erhaltenen Lösung
oder aus der wässrigen
Dispersion isoliert worden sind.
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Die
erfindungsgemäßen thermoplastischen
Formmassen können
nach den bekannten Verfahren der Thermoplastverarbeitung verarbeitet
werden, beispielsweise durch Extrudieren, Spritzgießen, Kalandrieren, Hohlkörperblasen
oder Sintern.
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Die
erfindungsgemäßen Formmassen
können
zur Herstellung von Folien, Fasern, Formkörpern oder Schäumen eingesetzt
werden. Zudem können
sie besonders bevorzugt zur Herstellung von Gehäuse- oder Chassieteilen oder
gesamten Gehäusen
verarbeit werden. Sie finden aber auch Anwendung als Karosserieteile
im Automobilsektor und können
insbesondere zur Herstellung von großflächigen Automobilteilen eingesetzt
werden.
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Beispiele
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Die
Viskositätszahl
der Polyamide wurde nach DIN 53 727 an 0,5 Gew.%-igen Lösungen in
96 Gew.-% Schwefelsäure
bei 23°C
ermittelt.
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Die
Viskositätszahl
der Terpolymeren wurde in Dimethylformamid bei 25°C an 0,5
gew.-%igen Lösungen
bestimmt.
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Die
Wärmeformbeständigkeit
der Proben wurde mittels der Vicat-Erweichungstemperatur bestimmt. Die
Vicat-Erweichungstemperatur wurde nach DIN 53 460, mit einer Kraft
von 49,05 N und einer Temperatursteigerung von 50 K je Stunde, an
Normkleinstäben
ermittelt.
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Die
Kerbschlagzähigkeit
der Produkte wurde an ISO-Stäben
nach ISO 179 1 eA bestimmt.
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Die
Schädigungsarbeit
der Proben wurde nach ISO 6603 an Platten der Dicke 3 mm bestimmt.
Die Messung erfolgte bei –30°C.
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Die
Fließfähigkeit
wurde nach ISO 1133 bei 240°C
und 5 kg Belastung bestimmt.
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Die
Steifigkeit der Materialien wird durch den im Zugversuch nach ISO
527 ermittelten E-Modul charakterisiert.
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Zur
Beurteilung der Schubmarkierung (Fließlinien) werden Platten unterschiedlicher
Dicke und unterschiedlicher Oberflächenrauhigkeit spritzgegossen
(Platte 1: 350 × 120 × 1 mm,
glatte Oberfläche;
Platte 2: 210 × 175 × 2 mm,
erodierte Oberfläche).
Die Oberflächen
werden visuell nach der Skala von 1 bis 5 beurteilt: 1 (schlecht,
d.h. Schubmarkierungen ausgeprägt
und markant), 5 (gut, d.h. Schubmarkierungen mit bloßem Auge
nicht sichtbar).
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Zur
Bestimmung der Kratzfestigkeit wurden die Oberflächen der Platten mit Schmirgelpapier
beansprucht.
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Anschließend wurde
die Oberflächenqualität visuell
begutachtet und in die Klassen 1 (schlecht, d.h. markante Schleifspuren
feststellbar) bis 5 (gut, d.h. im wesentlichen mit bloßem Auge
keine Schleifspuren erkennbar).
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Komponente AI
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- Polyamid 6, erhalten aus ε-Caprolactam,
mit einer Viskositätszahl
von 150 ml/g.
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Komponente B1I
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- Pfropfkautschuk mit 62 Gew.-% Polybutadien als Pfropfgrundlage
und 38 Gew.-% einer Pfropfauflage aus 75 Gew.-% Styrol und 25 Gew.-%
Acrylnitril. Mittlere Teilchengröße ca. 400
nm.
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Komponente B1II
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- Pfropfkautschuk mit 75 Gew.-% Polybutadien als Pfropfgrundlage
und 25 Gew.-% einer Pfropfauflage aus 75 Gew.-% Styrol und 25 Gew.-%
Acrylnitril. Mittlere Teilchengröße ca. 270
nm.
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Komponente B1III
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- Pfropfkautschuk mit 70 Gew.-% Polybutadien als Pfropfgrundlage
und 30 Gew.-% einer Pfropfauflage aus 75 Gew.-% Styrol und 25 Gew.-%
Acrylnitril. Mittlere Teilchengröße ca. 370
nm.
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Komponente B2I
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- Styrol-Acrylnitril-Copolymer mit 75 Gew.-% Styrol und 25
Gew.-% Acrylnitril und einer Viskositätszahl von 80 ml/g (bestimmt
in 0,5 Gew.-%-iger DMF-Lösung
bei 25°C).
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Komponente CI
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- Styrol-Acrylnitril-Maleinsäureanhydrid-Terpolymer welches
eine Zusammensetzung von 74/23,5/2,5 (Gew.-%) und eine Viskositätszahl von
80 ml/g hatte.
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Komponente CII
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- Styrol-Acrylnitril-Maleinsäureanhydrid-Terpolymer welches
eine Zusammensetzung von 75/24/1 (Gew.-%) und eine Viskositätszahl von
80 ml/g hatte.
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Komponente EI
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Komponente FI
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- Schnittglasfaser mit Polyurethanschlichte, Faserdurchmesser
10 μm.
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Komponente FII
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- Talk mit einem Aspektverhältnis von 5 : 1
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Komponente FIII
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- (Bis-(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl))sebacat (Tinuvin®770).
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Komponente FIV
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- Calziumstearat (z.B. Ceasit® der
Firma Bärlocher).
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Herstellung Komponenten
DI bis DIV
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Die
in Tabelle 1 angegebenen Komponenten wurden in den unten angegebenen
Gewichtsverhältnissen
in Form ihrer Granulate gemischt und anschließend in einem Zweiwellenextruder
bei einer Massetemperatur von 240 bis 260°C umgesetzt. Die Schmelze wurde
durch ein Wasserbad geleitet und granuliert.
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Herstellung Formmassen
V1 bis 10
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Die
Komponenten wurden in einem Zweiwellenextruder bei einer Massetemperatur
von 240 bis 260°C gemischt.
Die Schmelze wurde durch ein Wasserbad geleitet und granuliert.
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Die
Ergebnisse der Prüfungen
sind in Tabelle 2 aufgeführt.
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Die
Formmassen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden,
wiesen verbesserte Steifigkeit und z. T. höhere Zähigkeit auf. Die Produkte wiesen
auch erhöhte
Vicat B-Wärmeformbeständigkeit
auf.
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Herstellung der Formmassen
V11 bis 16
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