DE1105608B - Thermoplastic molding compound for casting and extrusion from polyolefins - Google Patents
Thermoplastic molding compound for casting and extrusion from polyolefinsInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Die Erfindung betrifft thermoplastische Formmassen, die nach dem sogenannten Niederdruckpolymerisationsverfahren erhaltene Polyolefine und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, Polyäthylene enthalten. Bei einem derartigen Niederdruckverfahren wird bekanntlich das Olefin, ζ. B. Äthylen, Propylen oder Butylen oder ein Gemisch von zwei oder mehreren solchen Olefinen, in Gegenwart eines Katalysators unter einem Druck von weniger als 500 at polymerisiert, und die Bezeichnung »Niederdruck« wird verwendet, um das Verfahren von bekannten Olefinpolymerisationsverfahren grob abzutrennen, die unter Drücken in der Größenordnung von 1000 at oder mehr verlaufen.The invention relates to thermoplastic molding compositions which are produced by what is known as the low-pressure polymerization process polyolefins obtained and in particular, but not exclusively, polyethylenes. At a such low pressure process is known to be the olefin, ζ. B. ethylene, propylene or butylene or a Mixture of two or more such olefins, in the presence of a catalyst, under a pressure of less than 500 at polymerizes, and the term "low pressure" is used to describe the process of known olefin polymerization process to separate roughly, which under pressures in the order of magnitude of 1000 at or more.
Viele physikalische Eigenschaften derartiger Niederdruckpolyolefine können durch die besonderen bei ihrer Erzeugung herrschenden Polymerisationsbedingungen bestimmt oder gesteuert werden. Beispielsweise sind die Art oder die Verhältnisanteile des Katalysators und die Anwesenheit oder die Abwesenheit von Substanzen zur Modifizierung des Molekulargewichts wichtige Faktoren, welche Eigenschaften wie beispielsweise die Viskosität des gebildeten Polymeren beeinflussen.Many physical properties of such low pressure polyolefins can be determined by the particular polymerization conditions prevailing during their production or controlled. For example, the type or proportions of the catalyst and the presence or the absence of substances for modifying the molecular weight are important factors which Influence properties such as the viscosity of the polymer formed.
Es ist jedoch im allgemeinen weder möglich noch wünschenswert, durch Steuerung der Polymerisationsbedingungen alle Erfordernisse bezüglich der physikalischen Eigenschaften der Polyolefine erfüllen zu können, und es ist deshalb zuweilen notwendig, die Polyolefine mit Zusätzen zu vermischen, beispielsweise zur Herstellung von Formmassen.However, it is generally neither possible nor desirable by controlling the polymerization conditions to be able to meet all the requirements relating to the physical properties of the polyolefins, and it is therefore sometimes necessary to mix the polyolefins with additives, for example for the production of Molding compounds.
Die neuerdings entwickelten Niederdruckpolyolefine, welche an sich ganz neue Werkstoffe sind, weisen eine Reihe von guten Eigenschaften auf. Diese Polymerisate besitzen aber nicht in jeder Beziehung die gewünschte Kombination von Eigenschaften. Niedermolekulares »Ziegler«-Polyäthylen hat z. B. ein gutes Fließvermögen, was z. B. beim Strangpressen und beim Spritzgießen sehr wichtig ist, aber die Brüchigkeit bzw. Sprödigkeit ist für die meisten Anwendungszwecke zu groß. Bei höheren Molekulargewichten des »Ziegler«-Polyäthylens ist die Sprödigkeit viel geringer, und die Schlagfestigkeit ist gut. Der Nachteil ist aber, daß diese hochmolekularen »Ziegler«- Polyäthylene ein verringertes Fließvermögen aufweisen, wodurch sie viel schwieriger auf z. B. der Schneckenpresse verarbeitet werden können.The recently developed low-pressure polyolefins, which are in themselves completely new materials, have one Number of good properties. However, these polymers do not have the desired properties in every respect Combination of properties. Low molecular weight "Ziegler" polyethylene has z. B. a good fluidity, what z. B. in extrusion and injection molding is very important, but the fragility or brittleness is for too big for most uses. At higher molecular weights of the »Ziegler« polyethylene, the The brittleness is much lower and the impact resistance is good. The disadvantage, however, is that these high-molecular »Ziegler« - Polyethylenes have a reduced flowability, which makes them much more difficult to apply to e.g. B. the screw press can be processed.
Die Erfindung betrifft thermoplastische Formmassen, die aus im Niederdruckverfahren hergestellten Polyolefinen, z. B. Polyäthylenen, bestehen und die sich auf Grund ihrer zufriedenstellenden Fließeigenschaften besonders zum Formgießen und Strangpressen eignen.The invention relates to thermoplastic molding compositions made from polyolefins produced by the low pressure process, z. B. Polyethylenes exist and are particularly due to their satisfactory flow properties suitable for molding and extrusion.
Es hat sich herausgestellt, daß man durch Niederdruckpolymerisationsverfahren hergestellten Polyolefinen, z.B. Polyäthylen oder Polypropylen, wertvolle Fließeigenschaften verleihen kann, wenn man ihnen einen geringen Anteil eines raffinierten farblosen Mineralöls einverleibt,It has been found that by low pressure polymerization processes manufactured polyolefins, e.g. polyethylene or polypropylene, have valuable flow properties can be imparted by adding a small amount of a refined colorless mineral oil to them,
zum Gießen und Strangpressenfor casting and extrusion
aus Polyolefinenmade of polyolefins
Anmelder:
Petrochemicals Limited, LondonApplicant:
Petrochemicals Limited, London
Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls ίο und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2Representative: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Pulse ίο and Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Bad luck man, Patent Attorneys, Munich 9, Schweigerstr. 2
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 21. Dezember 1956
und 27. September 1957Claimed priority:
Great Britain December 21, 1956
and September 27, 1957
Robert Nobbs Haward, Bowdon, CheshireRobert Nobbs Haward, Bowdon, Cheshire
(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden(Great Britain),
has been named as the inventor
das unter den normalen Verarbeitungsbedingungen des Polyolefins, ζ. B. beim Ausformen oder Strangpressen, und unter den Bedingungen, bei denen das Polymer normalerweise verwendet wird, so gut wie nicht flüchtig ist. In der französischen Patentschrift 1 107 378 sind Massen beschrieben, die ein Kohlenwasserstoffpolymerisat und unter anderem ein nichtflüchtiges Lösungsmittel enthalten, das unter gleichzeitigem thermomechanischem Abbau des Polymerisats eingearbeitet worden ist. Abgesehen davon, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden raffinierten farblosen Mineralöle nicht in dieser Patentschrift erwähnt sind, erfolgt beim Einverleiben dieser Mineralöle gemäß der Erfindung in die Niederdruckpolyolefine kein Abbau.that under the normal processing conditions of the polyolefin, ζ. B. in molding or extrusion, and is virtually non-volatile under the conditions at which the polymer is normally used. In the French patent 1 107 378 compositions are described which a hydrocarbon polymer and contain, among other things, a non-volatile solvent, which under simultaneous thermomechanical Degradation of the polymer has been incorporated. Apart from the fact that the invention to be used Refined colorless mineral oils are not mentioned in this patent specification, takes place when they are incorporated Mineral oils according to the invention do not break down in the low-pressure polyolefins.
In der USA.-Patentschrift 2 339 958 sind Massen aus Hochdruckpolyisobutylen, -polyäthylen und vorzugsweise im Bereich von 50 bis HO0C schmelzendem Paraffinwachs beschrieben. Aus dem Beispiel 3 dieser Patentschrift ergibt sich, daß der Zusatz eines Paraffinwachses zu PoIyisobutylen-Polyäthylen-Gemischen den Schmelzpunkt erheblich herabsetzt. Demgegenüber wird bei der Verwendung der farblosen Mineralöle nach der Erfindung zu Niederdruckpolyolefinen der Erweichungspunkt jedoch nur sehr wenig herabgesetzt.In US Pat. No. 2,339,958, compositions of high pressure polyisobutylene, polyethylene and, preferably, paraffin wax melting in the range from 50 to HO 0 C are described. Example 3 of this patent shows that the addition of a paraffin wax to polyisobutylene-polyethylene mixtures significantly lowers the melting point. In contrast, when the colorless mineral oils according to the invention are used for low-pressure polyolefins, the softening point is only very slightly reduced.
In der USA.-Patentschrift 2 499 756 ist beschrieben, zur Verringerung der Wasserdampfdurchlässigkeit und Verbesserung der Steifigkeit von Hochdruckpolyäthylen diesem Paraffine mit einem Schmelzpunkt oberhalb 120° C in verhältnismäßig großen Mengen einzuverleiben.US Pat. No. 2,499,756 describes how to reduce water vapor permeability and Improvement of the stiffness of high pressure polyethylene this paraffine with a melting point above 120 ° C to be incorporated in relatively large quantities.
Erfindungsgemäß enthält eine thermoplastische Formmasse zum Gießen und Strangpressen aus Polyolefinen und Paraffinkohlenwasserstoffen ein Niederdruckpoly-According to the invention contains a thermoplastic molding composition for casting and extrusion from polyolefins and paraffinic hydrocarbons a low-pressure poly-
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olefin und, auf dieses bezogen, 0,5 bis 20 Gewichtsprozent eines farblosen hochraffinierten Mineralöls mit einem Anfangssiedepunkt von mindestens etwa 250° C. Vorzugsweise enthält das Polyolefin 2,0 bis 10 Gewichtsprozent von dem genannten Mineralöl. Bei Polyäthylen liegt die verwendete Mineralölmenge vorteilhafterweise bei 2 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polyäthylen. Bei dem Polyäthylen handelt es sich vorzugsweise um ein nach dem »Ziegler«-Verfahren hergestelltes Produkt.olefin and, based on this, 0.5 to 20 percent by weight a colorless highly refined mineral oil with an initial boiling point of at least about 250 ° C. Preferably the polyolefin contains 2.0 to 10 percent by weight of said mineral oil. In the case of polyethylene, the The amount of mineral oil used is advantageously 2 to 5 percent by weight, based on the polyethylene. In which Polyethylene is preferably a product manufactured according to the "Ziegler" process.
Die farblosen Mineralöle, die vorzugsweise zur Herstellung von Polyolefinmassen nach der Erfindung verwendet werden, sind die farblosen oder im wesentlichen farblosen, technischen, hauptsächlich aus gesättigten Kohlenwasserstoffen paraffinischer oder naphthenischer Natur bestehenden und praktisch von aromatischen und ungesättigten Verbindungen freien Mineralöle, die man bekanntlich durch Raffinieren von Schmierölfraktionen, beispielsweise durch Lösungsmittelextraktion und nachfolgende Behandlung mit Oleum herstellt. Derartige technische farblose besonders geeignete Mineralöle sind mit verschiedenen Viskositätswerten im Bereich von etwa 1,60 bis 4,90 Englergraden bei 6O0C im Handel. Hierbei sind insbesondere farblose Mineralöle mit einer Viskosität von etwa 1,60 bzw. 2,38 Englergraden bei 600C besonders geeignet. Andere technische farblose Mineralöle von ähnlicher Viskosität, vorzugsweise im Bereich von 1,60 bis 3,00 Englergraden bei 600C, die einen Anfangssiedepunkt von mindestens etwa 2500C aufweisen und bei denen der Hauptteil bis 5000C übergeht, können jedoch erfindungsgemäß ebenfalls verwendet werden.The colorless mineral oils, which are preferably used for the production of polyolefin compositions according to the invention, are the colorless or essentially colorless, technical mineral oils consisting mainly of saturated hydrocarbons of a paraffinic or naphthenic nature and practically free of aromatic and unsaturated compounds, which are known to be refined of lubricating oil fractions, for example by solvent extraction and subsequent treatment with oleum. Such technical colorless particularly suitable are mineral oils with different viscosity values in the range of about 1.60 to 4.90 Engler degrees at 6O 0 C in the trade. Here, in particular, colorless mineral oils having a viscosity of about 1.60 or 2.38 degrees Engler at 60 0 C are particularly suitable. Other technical colorless mineral oils of similar viscosity, preferably in the range from 1.60 to 3.00 Engler degrees at 60 0 C, having an initial boiling point of at least about 250 0 C and in which the main part merges to 500 0 C, however, can according to the invention also be used.
Man vermischt das farblose Mineralöl mit dem Niederdruckpolyolefin, wie Polyäthylen oder Polypropylen, z. B. leicht, indem man das Polymere und das Öl zwischen etwa 150 und 175° C, d. h. bei einer Temperatur vermengt, bei der das Polyäthylen genügend leicht bearbeitet werden kann. Das Vermischen wird zweckmäßigerweise so durchgeführt, daß man das Polymere und das Öl in einer Zweiwalzenmühle behandelt, obwohl ein Vermengen der Stoffe in einem Gummikneter oder durch Heißstrangpressen eines Gemisches ebenso durchgeführt werden kann. In dem Gemisch können auch Stabilisatoren oder andere Zusätze vorliegen. Beispielsweise kann man einen Abbau des Polymeren bei Arbeitstemperaturen über 1000C ohne erhöhte Verfärbung in bekannter Weise durch Zugabe organischer Phosphite im wesentlichen verhindern. Andere gebräuchliche Stabilisatoren und/oder Antioxydantien, insbesondere chloraufnehmende Stabilisatoren, wie Cadmium- und Calciumstearate, polymere Glycidylpolyäther und Alkylzinnester können in den Massen gemäß der Erfindung gemeinsam mit oder an Stelle der obenerwähnten Phosphite vorliegen. Gegebenenfalls können die thermoplastischen Formmassen noch geringe Mengen anderer üblicher Zusätze, wie Gleitmittel und Formablösemittel, enthalten.The colorless mineral oil is mixed with the low-pressure polyolefin such as polyethylene or polypropylene, e.g. B. easily by mixing the polymer and the oil between about 150 and 175 ° C, ie at a temperature at which the polyethylene can be processed easily enough. The blending is conveniently carried out by treating the polymer and the oil in a two-roll mill, although blending of the materials in a rubber kneader or by hot extrusion of a mixture can also be carried out. Stabilizers or other additives can also be present in the mixture. For example, degradation of the polymer at working temperatures above 100 ° C. without increased discoloration can essentially be prevented in a known manner by adding organic phosphites. Other conventional stabilizers and / or antioxidants, in particular chlorine-absorbing stabilizers, such as cadmium and calcium stearates, polymeric glycidyl polyethers and alkyl tin esters, can be present in the compositions according to the invention together with or instead of the abovementioned phosphites. The thermoplastic molding compositions can optionally also contain small amounts of other customary additives, such as lubricants and mold release agents.
Es hat sich herausgestellt, daß die Zugabe von farblosem Mineralöl, z. B. mit einer Viskosität zwischen 2,08It has been found that the addition of colorless mineral oil, e.g. B. with a viscosity between 2.08
ίο und 2,70 Englergraden bei 600C in geringer Menge, etwa in der Größenordnung von 2 bis 3 Gewichtsprozent und in einigen Fällen bis etwa 5 Gewichtsprozent zu einem Niederdruckpolyäthylen nicht nur dessen Fließeigenschaften verbessert, wie sich aus den verbesserten Formeigenschaften ergibt, sondern auch die Schlagfestigkeit des Polymeren erhöht. Diese beiden Eigenschaften kann man verbessern, ohne den Erweichungspunkt des Materials übermäßig zu erniedrigen.ίο and 2.70 Engler degrees at 60 0 C in a small amount, about in the order of 2 to 3 percent by weight and in some cases up to about 5 percent by weight of a low-pressure polyethylene not only improves its flow properties, as is evident from the improved shape properties, but also increases the impact strength of the polymer. Both of these properties can be improved without unduly lowering the softening point of the material.
Nach dem »Ziegler«-Verfahren unter homogenen stationären Bedingungen durch Polymerisation von Äthylen hergestellte Polyäthylenproben wurden durch langsame Zugabe eines hochraffinierten farblosen naphthenbasisehen Mineralöls zu dem Polyäthylen vermischt, wobei das letztere mit heißen Walzen bei 160 bis 17O0C behandelt wurde. Das verwendete Mineralöl besaß einen Anfangssiedepunkt von etwa 3000C, eine Viskosität von 2,30 Engler bei 600C und eine Dichte von 0,878 bei 160C.After the "Ziegler" process under homogeneous steady state conditions by polymerization of ethylene Polyäthylenproben made of a highly refined mineral oil were mixed colorless naphthenbasisehen to the polyethylene by the slow addition, the latter was treated with hot rolls at 160 to 17O 0 C. The mineral oil used had an initial boiling point of about 300 0 C, a viscosity of 2.30 Engler at 60 0 C and a density of 0.878 at 16 0 C.
Nach einer Behandlung von etwa 10 Minuten am Walzenstuhl wurde das Polymere in Streifenform entfernt, abgekühlt und in kleine Stücke zerteilt.After about 10 minutes of treatment on the roller mill, the polymer was removed in strip form and cooled and cut into small pieces.
Die Polyäthylene wurden in bekannter Weise unter Verwendung eines Katalysators hergestellt, der durch vorheriges Vermischen von Aluminiumdiäthylmonochlorid mit Titantetrachlorid in einem Gewichtsverhältnis von 1:1 bereitet und danach in Isooctan dispergiert worden war, welches ein flüssiges Reaktionsmedium bildete. Die Katalysatorkonzentration entsprach einer Konzentration von etwa 5 Millimol Al (oder Ti) je Liter Reaktionsmedium. Die Polymerisation wurde gewöhnlich durch Einleiten von praktisch acetylenfreiem Äthylen in das Reaktionsmedium bei etwa 400C durchgeführt. Das sich ergebende Polymere wurde in üblicher Weise aufgearbeitet.The polyethylenes were prepared in a known manner using a catalyst which had been prepared by previously mixing aluminum diethyl monochloride with titanium tetrachloride in a weight ratio of 1: 1 and then dispersed in isooctane, which formed a liquid reaction medium. The catalyst concentration corresponded to a concentration of about 5 millimoles Al (or Ti) per liter of reaction medium. The polymerization was carried out usually by passing practically acetylenfreiem ethylene in the reaction medium at about 40 0 C. The resulting polymer was worked up in the usual way.
In der folgenden Tabelle sind einige physikalische Eigenschaften der verschiedenen hergestellten Gemische angegeben.In the table below are some physical properties of the various blends made specified.
co" co"co "co"
0,080.04
0.08
17,911.9
17.9
* Die in den Gemischen B und C- verwendeten Polyäthylenpolymeren wurden unter etwas verschiedenen Reaktionsbedingungen nach dem »Ziegler«-Verfahren hergestellt.* The polyethylene polymers used in blends B and C- were under slightly different reaction conditions manufactured according to the "Ziegler" process.
Λ" 1Λ "1
** I. V. = ——— ; Λ" = Verhältnis der durchschnittlichen Viskosität einer Lösung des Polymeren in Dekahydronaphthalin** I.V. = ———; Λ "= ratio of the average viscosity of a solution of the polymer in decahydronaphthalene
zur durchschnittlichen Viskosität des Lösungsmittels. C = Gewichtsprozent des Polymeren in der Lösung. Die Viskositäten sind kinematische Viskositäten, in Centistokes, gemessen in einem üblichen Ubbelohde-Viskosimeter bei 120° C.the average viscosity of the solvent. C = weight percent of the polymer in the solution. The viscosities are kinematic Viscosities, in centistokes, measured in a conventional Ubbelohde viscometer at 120 ° C.
*** Die Erweichungstemperatur ist die Temperatur, bei der eine konstante Deformation der Polymerenprobe unter konstanter Belastung erfolgt. Die Deformation wird bei einem Deformationswinkel bei 30° oder 600C, nach der British Standard Specification Nr. 1493 von 1948, gemessen.*** The softening temperature is the temperature at which a constant deformation of the polymer sample takes place under constant load. The deformation is measured at a deformation angle at 30 ° or 60 0 C, according to the British Standard Specification no. 1493 of 1948,.
**** Die Schmelzindexzahlen in der Tabelle wurden nach dem in British Standard Specification Nr. 1973 von 1953 beschriebenen Verfahren erhalten.**** The melt index numbers in the table are based on that described in British Standard Specification No. 1973 of 1953 Procedure received.
Ein nach dem Niederdruckverfahren hergestelltes Polypropylen (Dichte = 0,906, grundmolare Viskositätszahl = 2,77, Schmelzindex = 1,20) wurde durch Behandlung am Walzenstuhl vermischt mit 5 Gewichtsprozent eines technischen farblosen Mineralöls einer Viskosität von 1,61 Englergraden bei 60° C und einem Anfangssiedepunkt von etwa 3000C.A polypropylene produced by the low pressure process (density = 0.906, intrinsic viscosity = 2.77, melt index = 1.20) was mixed with 5 percent by weight of a technical colorless mineral oil with a viscosity of 1.61 Engler degrees at 60 ° C and a Initial boiling point of about 300 0 C.
Das so erhaltene Gemisch zeigte einen Schmelzindex von 2,46, woraus hervorgeht, daß eine erhebliche Verbesserung des Fließvermögens eingetreten war.The mixture thus obtained showed a melt index of 2.46, from which it can be seen that a considerable improvement the fluidity had occurred.
Durch den Ölzusatz wurde ebenfalls eine Verbesserung der Schlagfestigkeit erzielt, wie bei der Erprobung von aus dem Polypropylen mit und ohne Ölzusatz erzeugten Proberohren festgestellt wurde. Bei Anwendung einer Hammerenergie von 2 kg/m auf Rohrabschnitte von 10 cm Länge, welche auf 0° C abgekühlt waren, zerbrachen 100 % der erprobten 60 Rohrabschnitte im Falle des Polypropylens ohne Ölzusatz und 0 °/0 im Falle des Polypropylens mit Ölzusatz.The addition of oil also resulted in an improvement in the impact resistance, as was found in the testing of test tubes made from the polypropylene with and without the addition of oil. When applying a hammer energy of 2 kg / m to pipe sections of 10 cm length, which had cooled to 0 ° C, 100% of the tested 60 pipe sections broke in the case of polypropylene without added oil and 0 ° / 0 in the case of polypropylene with oil added.
Die thermoplastischen Formmassen der Erfindung besitzen insbesondere ein verbessertes Fließvermögen sowie eine erhöhte Schlagfestigkeit. Abgesehen von der als überraschend anzusehenden Verbesserung dieser Eigenschaften, war es nicht vorherzusehen, daß die erfindungsgemäß zugesetzten geringen Mengen eines farblosen Mineralöls mitThe thermoplastic molding compositions of the invention in particular have improved flowability and also increased impact resistance. Apart from the surprising improvement in these properties, it was not foreseeable that the small amounts of a colorless mineral oil added according to the invention would also be present
einem Anfangssiedepunkt von mindestens 250°
erhebliche Erhöhung des Schmelzindex bewirken, ohne daß dies gleichzeitig mit einer starken Herabsetzung des
Erweichungspunktes des Niederdruckpolyolefins verbunden ist.an initial boiling point of at least 250 °
bring about a considerable increase in the melt index without this being associated with a significant reduction in the softening point of the low-pressure polyolefin at the same time.
Claims (4)
Französische Patentschrift Nr. 1107 378;
USA.-Patentschriften Nr. 2 339 958, 2 499 756.Considered publications:
French Patent No. 1107,378;
U.S. Patent Nos. 2,339,958, 2,499,756.
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