DE112019001653T5

DE112019001653T5 - Verstärkter polyolefin-verbundwerkstoff

Info

Publication number: DE112019001653T5
Application number: DE112019001653.9T
Authority: DE
Inventors: Warintorn THITSARTARN; Chaobin He; Chee Chuan Jayven YEO; Nopphawan Phonthammachai; Supakitt Treethammakul; Tanapon Sukachonmakul
Original assignee: Agency for Science Technology and Research Singapore; SCG Chemicals PCL
Current assignee: Agency for Science Technology and Research Singapore; SCG Chemicals PCL
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2020-12-10
Also published as: JP2024028594A; US20210139684A1; KR20200139186A; JP2021519835A; CN112204097A; JP7507379B2; SG11202009306UA; WO2019190407A1

Abstract

Ein verstärkter Polyolefin-Verbundwerkstoff wird bereitgestellt. Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff umfasst ein Polyolefin, wie Polyethylen oder Polypropylen, einen starren Mikrofüllstoff wie Glasfaser, Kohlenstoff- oder Cellulosefasern, und mindestens einen Nanofüllstoff, wie Ton. Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff kann auch ein modifiziertes Polyolefin sein, das eine darauf gepfropfte polare funktionelle Gruppe wie Maleatmonoester, ein Säureanhydrid oder ein Acrylat hat. Der Tonnanofüllstoff kann auch mit einem Organosilan modifiziert sein. Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff kann auch einen Stabilisator oder andere Additive umfassen. Es wird auch ein Verfahren zur Herstellung des verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs bereitgestellt, umfassend Mischen eines Polyolefins, eines starren Mikrofüllstoffs und mindestens eines Nanofüllstoffs, um eine Mischung zu erhalten, Schmelzen der Mischung und Kneten der geschmolzenen Mischung. Der erhaltene Polyolefin-Verbundwerkstoff wird im Transportwesen, in der Infrastruktur, in Verbrauchsgütern und im Bauwesen verwendet.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 29. März 2018 eingereichten Singapur-Patentanmeldung Nr. 10201802637R , deren Inhalt hierin durch Verweis in seiner Gesamtheit für alle Zwecke übernommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich auf einen verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoff und ein Verfahren zur Herstellung des verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs, sowie auf die Anwendung des verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs.
HINTERGRUND
Polyolefine werden wegen ihrer guten Verarbeitbarkeit, sogar bei niedrigen Temperaturen, ihrer hohen Flexibilität, ihrer guten chemischen Beständigkeit und wegen ihres geringen Gewichts und ihrer Kosteneffizienz, um nur einige ihrer Vorteile zu nennen, in großem Umfang als Formstoffe eingesetzt. Auf der anderen Seite sind einige ihrer Nachteile geringe Festigkeit, geringe Zähigkeit und geringe Wärmeformbeständigkeit. Bei der Verwendung der Polyolefine für einige Anwendungen, wie beispielsweise für mechanische oder strukturelle Teile, ist eine höhere Steifigkeit und Hitzebeständigkeit erforderlich. Um die oben genannten Nachteile zu überwinden, besteht eine Lösung darin, große Mengen an anorganischen Füllstoffen wie Talkum, Glimmer und Glasfasern einzuarbeiten. Die verwendeten großen Mengen können jedoch zu Problemen wie schlechter Füllstoffdispersion oder Füllstoffagglomeration, erhöhtem Gewicht, großem Verzug und schlechter Verarbeitbarkeit (insbesondere bei Füllstoffen aus Glas oder Kohlenstoff) des resultierenden Polyolefin-Verbundwerkstoffs führen. Eine andere Lösung für die oben genannten Probleme ist die reaktive Compoundierung. Diese ist jedoch oft unkontrollierbar und mit Schwierigkeiten beim Recycling des resultierenden Polymers verbunden.
Daher besteht nach wie vor Bedarf an einem verbesserten Polyolefin-Verbundwerkstoff und einem Verfahren zur Herstellung des Polyolefin-Verbundwerkstoffs, die eines oder mehrere der oben genannten Probleme adressieren oder zumindest lindern.
ZUSAMMENFASSUNG
In einem ersten Aspekt wird ein verstärkter Polyolefin-Verbundwerkstoff umfassend ein Polyolefin und in dem Polyolefin dispergierte Füllstoffe, wobei die Füllstoffe einen starren Mikrofüllstoff und mindestens einen Nanofüllstoff umfassen, bereitgestellt.
In einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zum Bereitstellen eines verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs umfassend ein Polyolefin und in dem Polyolefin dispergierte Füllstoffe, wobei die Füllstoffe einen starren Mikrofüllstoff und mindestens einen Nanofüllstoff umfassen, bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: (i) Mischen eines Polyolefins, eines starren Mikrofüllstoffs und mindestens eines Nanofüllstoffs, um eine Mischung zu bilden; (ii) Schmelzen der Mischung, um eine geschmolzene Mischung zu bilden; und (iii) Kneten der geschmolzenen Mischung.
In einem dritten Aspekt wird ein verstärkter Polyolefin-Verbundwerkstoff bereitgestellt, der durch das Verfahren, wie im zweiten Aspekt definiert, bereitgestellt wird.
In einem vierten Aspekt wird die Verwendung eines verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs, wie im ersten Aspekt oder im dritten Aspekt definiert, im Transportwesen, in der Infrastruktur, in Verbrauchsgütern und/oder im Bauwesen bereitgestellt.
Figurenliste
Die Erfindung wird in Bezug auf die detaillierte Beschreibung besser verstanden, wenn sie in Verbindung mit den nicht einschränkenden Beispielen und den begleitenden Abbildungen betrachtet wird, in denen:

ist eine Tabelle, die verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoffe gemäß der vorliegenden Offenbarung und Vergleichsbeispiele sowie einen Vergleich ihrer mechanischen Eigenschaften zeigt.
ist eine Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)-Aufnahme, die die Dispersion von Füllstoffen in dem verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoff wie für Beispiel 1 erhalten zeigt. Der Maßstabsbalken repräsentiert eine Länge von 1 µm.
ist eine TEM-Aufnahme, die die Dispersion von Füllstoffen im verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoff wie für Beispiel 2 erhalten zeigt. Der Maßstabsbalken repräsentiert eine Länge von 1 µm.
ist eine TEM-Aufnahme, die die Dispersion von Füllstoffen im verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoff wie für Beispiel 3 erhalten zeigt. Der Maßstabsbalken repräsentiert eine Länge von 1 µm.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Verschiedene hierin offenbarte Ausführungsformen sind auf einen verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoff ausgerichtet. Im weitesten Sinne umfasst der Verbundwerkstoff der vorliegenden Offenbarung (a) ein Polyolefin, (b) einen starren Mikrofüllstoff und (c) mindestens einen Nanofüllstoff.
Dementsprechend wird in einem ersten Aspekt ein verstärkter Polyolefin-Verbundwerkstoff bereitgestellt, der ein Polyolefin und in dem Polyolefin dispergierte Füllstoffe umfasst, wobei die Füllstoffe einen starren Mikrofüllstoff und mindestens einen Nanofüllstoff umfassen.
Vorteilhafterweise dient die Kombination eines starren Mikrofüllstoffs und mindestens eines Nanofüllstoffs zur Verstärkung des Polyolefins, um zu einem verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoff mit einem insgesamt niedrigeren Füllstoffgehalt (der bei oder unter 15 Gew.-% liegen kann) zu führen, während eine hohe Dispersion der Füllstoffe innerhalb des verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs beibehalten wird. Zusätzlich ist es durch die Zugabe des mindestens einen Nanofüllstoffs möglich, die Menge an starrem Mikrofüllstoff innerhalb der Matrix, die durch das Polyolefin gebildet wird, zu reduzieren. Dies ist wichtig, um die Gesamtdichte des verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs zu verringern und ihn damit leichter zu machen als beispielsweise technische Kunststoffe. Dementsprechend hat der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen Dichten im Bereich von etwa 0,9 g/cm³ bis 0,97 g/cm³ gezeigt, im Vergleich zu Dichten von etwa 1,2 g/cm³ bis 1,4 g/cm³, die für ein Polypropylen erhalten wurden, das mit der gleichen Gewichtsmenge an Füllstoff verstärkt wurde, wobei der Füllstoff jedoch nur aus Glasfasern besteht. Diese Abnahme der Gesamtdichte kann auf eine geringere Dichte des mindestens einen Nanofüllstoffs im Vergleich zur Dichte der Glasfaser als Beispiel für einen starren Mikrofüllstoff zurückzuführen sein. Zudem kann trotz der Verwendung eines zusätzlichen Füllstofftyps in Form von mindestens einem Nanofüllstoff die Verarbeitbarkeit erhalten bleiben. Je nach verwendetem Nanofüllstoff können die physikalischen Eigenschaften durch die Verwendung einer Kombination aus einem starren Mikrofüllstoff und mindestens einem Nanofüllstoff als Füllstoffe zumindest erhalten bleiben und in einigen Ausführungsformen auch verbessert werden.
Beispielsweise ist es möglich, durch Zugabe von mindestens einem Nano-Füllstoff in die Polyolefinmatrix die Menge an Glasfüllstoff (ein Beispiel für einen starren Mikrofüllstoff) zu reduzieren, wodurch die Dichte des verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs verringert wird. Eine reduzierte Menge an Glasfüllstoff (zum Beispiel), wurde von den Erfindern auch als vorteilhaft für die Verarbeitbarkeit beurteilt, da gefunden wurde, dass eine hohe Menge an Glasfüllstoff die Verarbeitungsausrüstung schädigt.
Die Verwendung von Füllstoffen umfassend einen starren Mikrofüllstoff und mindestens einen Nanofüllstoff zur Verstärkung von Polyolefin weist daher Vorteile gegenüber bestehenden Technologien auf, bei denen nur starre Mikrofüllstoffe verwendet werden. Diese Technologien opfern das geringe Gewicht und die Verarbeitbarkeit der Polyolefinmatrix, um eine hohe Verstärkung zu erzielen. Überraschenderweise stellten die Erfinder fest, dass die kombinierte Verwendung eines starren Mikrofüllstoffs und mindestens eines Nanofüllstoffs als Füllstoffe zur Verstärkung von Polyolefin einen Synergieeffekt bietet, indem eine hohe Verstärkung des Polyolefins bei gleichzeitig geringem Gewicht und Verarbeitbarkeit beobachtet wurde. Dieser synergistische Effekt kann auf den verschiedenen Arten der Füllstoffe in Form eines starren Mikrofüllstoffs und mindestens eines Nanofüllstoffs beruhen, die dazu dienen, verschiedene Mechanismen der mechanischen Verstärkung aufgrund des Größenunterschieds der Füllstoffe (unter anderen) und der guten Haftung zwischen den Füllstoffen und der Polyolefinmatrix durchzuführen. Zum Beispiel kann der mindestens eine Nanofüllstoff die Wirkung haben, unterschiedliche Polaritäten zwischen dem im Wesentlichen polaren starren Mikrofüllstoff und der im Wesentlichen unpolaren Polyolefinmatrix zu überbrücken.
Gemäß verschiedenen hierin offenbarten Ausführungsformen wird ein Polyolefin bereitgestellt, das eine Matrix zum Dispergieren von Füllstoffen umfassend einen starren Mikrofüllstoff und mindestens einen Nanofüllstoff bildet. In verschiedenen Ausführungsformen reagiert das Polyolefin nicht chemisch mit den Füllstoffen und geht daher keine kovalente Bindung mit den Füllstoffen ein. Typischerweise ist ein Polyolefin ein unpolares oder hydrophobes Material. Das Polyolefin kann ein substituiertes Polyolefin oder ein unsubstituiertes Polyolefin sein. Zum Beispiel kann das Polyolefin ein unsubstituiertes Polyolefin sein, das nur ein polymeres Rückgrat enthält, das aus polymerisierenden Monomeren des Polyolefins ohne zusätzliche darauf aufgepfropfte Gruppen gebildet ist. Das Polyolefin kann zum Beispiel Polypropylen sein. In einem anderen Beispiel kann das Polyolefin ein substituiertes Polyolefin sein, das auf das Polyolefin aufgepfropfte funktionelle Gruppen umfasst. Die funktionellen Gruppen können vor der Polymerisation auf den Monomeren des Polyolefins vorhanden sein, so dass die funktionellen Gruppen auch auf dem resultierenden Polyolefin vorhanden sind, oder nach der Polymerisation der Monomere des Polyolefins auf das Polyolefin aufgepfropft werden. Zum Beispiel kann das Polyolefin ein mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polypropylen sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Polyolefin ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einem Polymer oder einem statistischen Copolymer oder einem Blockcopolymer aus einem C_2-20 Alkylen, einem C_4-20 Alkyldien, einem C_6-20 Alkyltrien, einem C_3-20 Cycloalkylen, einem C_4-20 Cycloalkyldien, einem C_5-20 Cycloalkyltrien, einem C_8-20-Phenylalkylen und einer Kombination davon. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Polyolefin ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einem Polymer oder einem statistischen Copolymer oder einem Blockcopolymer von Ethylen, Propylen, 1-Penten, 1-Buten, 4-Methyl-1-penten, 1-Hexen, 1-Octen, 1-Decen, Styrol, Ethylidennorbornen, 1,4-Hexadien, 1,5-Hexadien, 1,7-Octadien, 1,9-Decadien, Dicyclopentadien und Ethylen-Propylen-Dien-Monomer. In einigen Ausführungsformen kann das Polyolefin Polyethylen sein. In anderen Ausführungsformen ist das Polyolefin Polypropylen, gegebenenfalls in Kombination mit einem Plastomer und/oder Elastomer, wahlweise ausgewählt aus einem Ethylen-α-Olefin-Copolymer.
In einigen Ausführungen kann das Polyolefin bei einer Temperatur von 230 °C bei einem Gewicht von 2,16 kg eine Schmelzflussrate von ungefähr 5 g/10 min bis 50 g/10 min haben.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Polyolefin in einem Gewichtsprozentbereich von ungefähr 30 Gew.-% bis ungefähr 95 Gew.-% oder von ungefähr 40 Gew.-% bis ungefähr 95 Gew.-% oder von ungefähr 50 Gew.-% bis ungefähr 95 Gew.-% oder von ungefähr 50 Gew.-% bis ungefähr 90 Gew.-% oder von ungefähr 50 Gew.-% bis ungefähr 80 Gew.-% oder von ungefähr 50 Gew.-% bis ungefähr 70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs, vorhanden sein.
In bestimmten Ausführungsformen kann das Polyolefin ein darauf aufgepfropftes Polymer mit polaren funktionellen Gruppen haben. Die polare funktionelle Gruppe kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einem Säureanhydrid, einem Ester, einem Acrylat und einer Kombination davon. Aufgrund des Vorhandenseins einer polaren funktionellen Gruppe, die auf das Polyolefin aufgepfropft ist, kann die Wechselwirkung mit der Kombination aus Mikrofüllstoff und dem mindestens einen Nanofüllstoff vorteilhaft verstärkt werden, was zu einer verbesserten Festigkeit und einer besseren Dispersion des Polyolefin-Verbundwerkstoffs führt.
In einigen Ausführungsformen kann die polare funktionelle Gruppe ein Säureanhydrid sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Maleinsäureanhydrid, Bernsteinsäureanhydrid, Citraconsäureanhydrid, Endo-bi-cyclo[2,2,1]-1,4,5,6,7,7-Hexachlor-5-hepten-2,3-dicarbonsäureanhydrid, Endo-bi-cyclo[2,2,1]-5-hepten-2,3-dicarbonsäureanhydrid, cis-4-Cyclohexen-1,2-dicarbonsäureanhydrid und einer Kombination davon. Alternativ kann die polare funktionelle Gruppe ein Ester sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Maleatmonoester, einem Maleatdiester und einer Kombination davon. Alternativ kann die polare funktionelle Gruppe jedoch auch ein Acrylat sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylacrylat, Ethylmethacrylat, Butylacrylat, Butylmethacrylat und einer Kombination.
Falls das Polyolefin unsubstituiert ist, d.h. keine auf das Polyolefin aufgepfropfte funktionelle Gruppe enthält, kann es im Wesentlichen unpolar oder unpolar sein. Da die meisten Füllmaterialien polarer Natur sind, kann es schwierig sein, eine gute Wechselwirkung zwischen dem Polyolefin und den Füllmaterialien zu erreichen. Aus diesem Grund kann dem verstärkten Polymerverbundwerkstoff ein modifiziertes Polymer, hierin definiert als ein Polymer mit einer darauf aufgepfropften polaren funktionellen Gruppe, weiterhin hinzugefügt werden. Beispiele für funktionelle Gruppen, die auf das modifizierte Polymer aufgepfropft werden können, wurden bereits oben beschrieben. Dementsprechend umfasst der verstärkte Polymerverbundwerkstoff in bestimmten Ausführungsformen des Weiteren ein modifiziertes Polymer. Vorteilhaft umfasst das modifizierte Polymer sowohl die unpolaren Eigenschaften des Polyolefins, aufgrund eines im Wesentlichen hydrophoben Rückgrats, als auch polare Eigenschaften, aufgrund der darauf aufgepfropften polaren funktionellen Gruppe. Daher wirkt es als Kompatibilisierungsmittel zur Verbesserung der polaren und unpolaren Wechselwirkungen zwischen dem Polyolefin und dem Füllstoffmaterial.
In einigen Ausführungsformen kann das modifizierte Polymer, auf das eine polare funktionelle Gruppe aufgepfropft ist, ein modifiziertes Polyolefin sein. Das modifizierte Polyolefin kann ein Polyolefin ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Polymer oder einem statistischen Copolymer oder einem Blockcopolymer eines C_2-20 Alkylens, eines C_4-20 Alkyldiens, eines C_6-20 Alkyltriens, eines C_3-20 Cycloalkylens, eines C_4-20 Cycloalkyldiens, eines C_5-20 Cycloalkyltriens, eines C_8-20 Phenylalkylens und einer Kombination davon umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann das modifizierte Polyolefin ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einem Polymer oder einem statistischen Copolymer oder einem Blockcopolymer von Ethylen, Propylen, 1-Penten, 1-Buten, 4-Methyl-1-penten, 1-Hexen, 1-Octen, 1-Decen, Styrol, Ethylidennorbornen, 1,4-Hexadien, 1,5-Hexadien, 1,7-Octadien, 1,9-Decadien, Dicyclopentadien und Ethylen-Propylen-Dien-Monomer. In einer Ausführungsform ist das modifizierte Polyolefin modifiziertes Polypropylen. In einem Beispiel ist das modifizierte Polyolefin Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Polypropylen.
Das modifizierte Polymer kann in einem Gewichtsprozentbereich von bis zu ungefähr 50 Gew.-% oder zwischen ungefähr 0,1 Gew.-% und ungefähr 50 Gew.-% oder zwischen ungefähr 0,001 Gew.-% und ungefähr 30 Gew.-% oder zwischen ungefähr 1 Gew.-% und ungefähr 30 Gew.-% oder zwischen ungefähr 4 Gew.-% und ungefähr 10 Gew.-% oder zwischen ungefähr 4 Gew.-% und ungefähr 6 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs, vorhanden sein.
Füllstoffe umfassend einen starren Mikrofüllstoff und mindestens einen Nanofüllstoff sind in dem Polyolefin dispergiert. In diesem Sinne kann das Polyolefin als polymere Matrix wirken, in der die Füllstoffe dispergiert sind. Der Begriff „starrer Mikrofüllstoff“ bezieht sich gemäß der vorliegenden Offenbarung auf jedes starre Material, das zur Verstärkung des Polyolefins verwendet werden kann und eine maximale Abmessung von ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 10.000 µm hat. Mit dem Begriff „maximale Abmessung“ wird sich auf eine Größe des starren Mikrofüllstoffs, gemessen an seiner größten Abmessung in jeder Richtung, bezogen. In Ausführungsformen, in denen mehr als ein Mikrofüllstoff vorhanden ist und ein Agglomerat der Mikrofüllstoffe im Polyolefin bildet, wobei eine maximale Abmessung des Agglomerats ungefähr 10.000 µm überschreiten kann, wird das Agglomerat der Mikrofüllstoffe dennoch als Mikrofüllstoff betrachtet, da die Bestandteile des Agglomerats Mikrofüllstoffe sind, die jeweils eine maximale Abmessung von ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 10.000 µm haben. In diesem Sinne bezieht sich der Begriff „Agglomerat“ auf eine Anordnung der Mikrofüllstoffe, die nur durch van der Waals-Kräfte reversibel miteinander verbunden sind. In verschiedenen Ausführungsformen liegt der starre Mikrofüllstoff in diskreter Form vor und ist im Polyolefin dispergiert. In verschiedenen Ausführungsformen kann der starre Mikrofüllstoff eine Größe von ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 1000 µm, oder ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 800 µm, oder ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 500 µm, oder ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 100 µm, oder ungefähr 1 µm bis ungefähr 1000 µm, oder ungefähr 1 µm bis ungefähr 100 µm, oder ungefähr 100 µm bis ungefähr 800 µm, oder ungefähr 200 µm bis ungefähr 700 µm, oder ungefähr 300 µm, oder ungefähr 650 µm haben. Die Abmessungen des starren Mikrofüllstoffs können von ihrer Verarbeitungsstufe abhängen. Beispielsweise kann vor einem Compoundierungsschritt zur Herstellung des verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs der Mikrofüllstoff so beschaffen sein, dass eine erste Abmessung (zum Beispiel der Durchmesser) des Mikrofüllstoffs ungefähr 50 µm bis ungefähr 200 µm oder ungefähr 100 µm beträgt. Eine zweite Abmessung (zum Beispiel die Länge) kann ungefähr 1000 µm bis ungefähr 10.000 µm oder ungefähr 5000 µm betragen. Der starre Mikrofüllstoff kann aus jedem Material ausgewählt werden, vorausgesetzt, dass es die Festigkeit des verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs erhöht. Es wird daher als starres Material bezeichnet. Die Steifigkeit kann in Form des Elastizitätsmoduls des starren Mikrofüllstoffs ausgedrückt werden. Wenn zum Beispiel ein Glasmaterial als starrer Mikrofüllstoff verwendet wird, kann der Elastizitätsmodul im Bereich von ungefähr 50 GPa bis ungefähr 90 GPa, oder im Bereich von ungefähr 70 GPa bis ungefähr 90 GPa liegen. Es ist klar, dass das für den starren Mikrofüllstoff verwendete Material relativ starrer ist, d.h. einen höheren Elastizitätsmodul aufweist, als das Material des mindestens einen Nanofüllstoffs. Darüber hinaus reagiert der starre Mikrofüllstoff nicht chemisch mit den anderen Komponenten des Polyolefin-Verbundwerkstoffs, geht also keine kovalente Bindung mit den anderen Komponenten ein. Ungeachtet dessen bleibt es möglich, dass der starre Mikrofüllstoff andere Arten der Wechselwirkung bildet, wie beispielsweise ionische Wechselwirkung zwischen dem starren Mikrofüllstoff und den anderen Komponenten, zum Beispiel dem modifizierten Polymer.
Ein Material des starren Mikrofüllstoffs kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Glas, Kohlenstoff, Zellulose und einer Kombination davon.
In einigen Ausführungsformen kann das Material des starren Mikrofüllstoffs Glas sein. Der Glasmikrofüllstoff kann als Glasfaserbündel, geschnittener Glasstrang, starre, stabförmige Glaspartikel oder gemahlene Glasfaser vorliegen.
In einigen Ausführungen kann der starre Mikrofüllstoff in einem Gewichtsprozentbereich von bis zu ungefähr 60 Gew.-%, bis zu ungefähr 50 Gew.-%, bis zu ungefähr 40 Gew.-%, bis zu ungefähr 30 Gew.-%, bis zu ungefähr 20 Gew.-%, bis zu ungefähr 10 Gew.-% oder zwischen ungefähr 1 Gew.-% und ungefähr 60 Gew.-% oder zwischen ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 40 Gew.-% oder zwischen ungefähr 0,1 Gew.-% und ungefähr 30 Gew.-% oder zwischen ungefähr 10 Gew.-% und ungefähr 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs, vorhanden sein.
Mindestens ein Nanofüllstoff ist im Polyolefin dispergiert. Der Begriff „Nanofüllstoff“ bezieht sich gemäß der vorliegenden Offenbarung auf jedes geeignete Material mit einer maximalen Abmessung von bis zu ungefähr 100 nm. Dementsprechend kann der Nanofüllstoff Nanopartikel umfassen oder aus Nanopartikeln gebildet sein. In Ausführungsformen, in denen mehr als ein Nanofüllstoff vorhanden ist und ein Agglomerat der Nanofüllstoffe im Polyolefin bildet, wobei eine maximale Abmessung des Agglomerats 100 nm überschreiten kann, wird das Agglomerat der Nanofüllstoffe dennoch als Nanofüllstoff betrachtet, da die Bestandteile des Agglomerats Nanofüllstoffe mit einer maximalen Abmessung von jeweils ungefähr 100 nm oder weniger sind. In verschiedenen Ausführungsformen sind die mindestens einen Nanofüllstoffe diskrete Nanopartikel, wobei jedes Nanopartikel eine maximale Abmessung von bis zu ungefähr 100 nm aufweist. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Nanofüllstoffmaterial eine Größe von ungefähr 0,01 nm bis ungefähr 100 nm, oder von ungefähr 0,1 nm bis ungefähr 100 nm, oder von ungefähr 1 nm bis ungefähr 100 nm, oder von ungefähr 10 nm bis ungefähr 100 nm, oder von ungefähr 1 nm bis ungefähr 90 nm, oder von ungefähr 1 nm bis ungefähr 80 nm, oder von ungefähr 1 nm bis ungefähr 70 nm, oder von ungefähr 1 nm bis ungefähr 60 nm, bezogen auf mindestens eine Abmessung davon, haben. In bestimmten Ausführungsformen ist die Teilchengröße des mindestens einen Nanofüllstoffs kleiner als der Zwischenkettenabstand des Polyolefins. Der Zwischenkettenabstand des Polyolefins bezieht sich auf den mittleren Abstand zwischen zwei nebeneinander ausgerichteten Hauptrückgraten. Die geringe Größe des mindestens einen Nanofüllstoffs kann die Leistung des Polyolefin-Verbundwerkstoffs verbessern und gleichzeitig die Verwendung von starrem Mikrofüllstoff in dem Herstellungsverfahren reduzieren. Ohne durch die Theorie gebunden sein zu wollen, können die mechanischen Eigenschaften des verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs umfassend mindestens einen Nanofüllstoff durch einen Verstärkungseffekt verbessert werden, der Phänomene wie molekulare Oberflächenumlagerungen, Partikelverschiebungen, interpartikulärer Kettenbruch sowie starke und schwache Bindung ausnutzt. Wie aus den Beispielen ersichtlich wird, kann eine sorgfältige Auswahl des Nanofüllstofftyps, der Größenverteilung und der Beladung dazu verwendet werden, einzelne Aspekte der physikalischen Leistung gezielt zu verändern, ohne andere Aspekte zu verändern. Somit ist die kundenspezifische Anpassung von verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffen für spezifische Anwendungen mit der Vorteilhaftigkeit der vorliegenden Offenbarung möglich.
Der mindestens eine Nanofüllstoff kann in einem Gewichtsprozentbereich von bis zu ungefähr 90 Gew.-%, bis zu ungefähr 70 Gew.-%, bis zu ungefähr 50 Gew.-%, bis zu ungefähr 30 Gew.-%, bis zu ungefähr 20 Gew.-%, bis zu ungefähr 10 Gew.-%, oder zwischen ungefähr 0,1 Gew.-% und ungefähr 90 Gew.-% oder zwischen ungefähr 1 Gew.-% und ungefähr 60 Gew.-% oder zwischen ungefähr 0,1 Gew.-% und ungefähr 40 Gew.-% oder zwischen ungefähr 0,1 Gew.-% und ungefähr 30 Gew.-% oder zwischen ungefähr 5 Gew.-% und ungefähr 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs, vorhanden sein.
Ein Material des mindestens einen Nanofüllstoffs kann Ton sein. Ton kann einen niedrigeren Elastizitätsmodul haben als der Elastizitätsmodul des starren Mikrofüllstoffs. Zum Beispiel kann der Elastizitätsmodul zwischen ungefähr 0,1 MPa und ungefähr 100 MPa liegen, abhängig von der Art des verwendeten Tons. Falls der Ton, wie weiter unten erwähnt, mit einem Organosilan modifiziert ist, kann das Material des mindestens einen Nanofüllstoffs als modifizierter Ton bezeichnet werden.
Der Ton kann mit einem Acrylat oberflächenbehandelt sein. Das Acrylat kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus 2-Aminoethylmethacrylathydrochlorid, N-(3-Aminopropyl)methacrylamidhydrochlorid, (2-Boc-Amino)ethylmethacrylat, Methyl-3-(3-amino-5-methoxypyridin4-yl)acrylat, 3-(Trimethoxysilyl)propylacrylat, 2-[[(Butylamino)carbonyl]oxy]ethylacrylat, Ethyl-3-(2-amino-5-brom-3-pyridyl)acrylat, [2-(Acryloyloxy)ethyl]trimethylammoniumchlorid oder Methyl-2-[(5-chlor-2-nitrophenoxy)methyl]acrylat und einer Kombination davon. In einem Beispiel ist das Acrylat 2-Aminoethylmethacrylathydrochlorid.
Der Ton kann ferner ein organisches Silikat enthalten. Das organische Silikat kann durch die Formel Si-(OR₃)₄ dargestellt werden, wobei R C_1-20 Alkyl ist. In einem Beispiel ist das organische Silikat Tetraethylorthosilikat (TEOS).
Der Ton kann Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus anorganischem Silikat, Alumosilikat, pelletartigem Metalloxid und -hydroxid, anionischem und kationischem Schichtmetalloxid und -hydroxid, Montmorillonit (MMT), Kaolinit, Dickit, Halloysit und Nacrit, Nontronit, Beidellit, Saponit, Illit, Biotit, Lepidolith, Phlogopit, Clintonit, Sepiolith, Zinnwaldit, Phengit, Glimmer, Schichtmetalloxid, Schichtmetallhydroxid, Attapulgit (AT) und einer Kombination davon umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann das anorganische Silikat Calciumsilikat sein.
Der Ton kann Schicht- und/oder pelletartige Metalloxid umfassen, das aus mindestens einem Sauerstoffatom und mindestens einem Metall besteht. Das Schicht- und/oder pelletartige Metalloxid kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus SiO₂, TiO₂, ZnO, CaO, Al₂O₃, Fe₂O₃ und einer Kombination davon.
Der starre Mikrofüllstoff und der mindestens eine Nanofüllstoff können das gleiche Material oder voneinander verschiedene Materialien umfassend oder daraus hergestellt sein.
Im verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoff können mehr als eine Art von Nanofüllstoff verwendet werden, zum Beispiel 2, 3 oder 4 Arten verschiedener Nanofüllstoffe, die sich hinsichtlich ihrer Größe oder ihres Materials unterscheiden können.
Der starre Mikrofüllstoff oder der mindestens eine Nanofüllstoff oder beide können mit einem Organosilan weiter modifiziert werden. Durch Modifizierung des starren Mikrofüllstoffs oder des mindestens einen Nanofüllstoffs kann ein modifizierter starrer Mikrofüllstoff oder ein modifizierter Nanofüllstoff erhalten werden. Die Modifikation eines der Füllstoffe oder beider mit einem Organosilan kann die Oberfläche der Füllstoffmaterialien vorteilhaft hydrophober machen, wodurch die Wechselwirkung mit der polymeren Matrix, die das Polyolefin umfasst, verstärkt und die Affinität für das in der Matrix umfasste Polyolefin verbessert wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Modifikation mit einem Organosilan als Schlagzähmodifizierungsmittel verwendet werden, um die Schlagfestigkeit zu erhöhen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Organosilan durch die Formel (X-R₁)Si-(OR₂)₃ dargestellt werden, wobei R₁ und R₂ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus C_1-20 Alkyl und X Wasserstoff oder -NH₂ ist. Wenn der mindestens eine Nanofüllstoff mit einem Organosilan modifiziert ist, wobei X -NH₂ ist, kann diese Aminogruppe die Wechselwirkung zwischen dem mindestens einen Nanofüllstoff und dem starren Mikrofüllstoff vorteilhaft verstärken. Andererseits, wenn der mindestens eine Nanofüllstoff mit einem Organosilan modifiziert ist, wobei X Wasserstoff ist, kann dies die Wechselwirkung zwischen dem mindestens einen Nanofüllstoff und dem Polyolefin verstärken. Daher ermöglicht die Modifikation mit einem Organosilan eine flexible Abstimmung der Polarität innerhalb des Polyolefin-Verbundwerkstoffs, wodurch eine starke Dispersion ermöglicht wird.
Das Organosilan kann ein Trimethoxyaminoalkylsilan sein. In einem Beispiel kann das Trimethoxyaminoalkylsilan ein 3-Aminopropyltrimethoxysilan sein. Alternativ kann das Organosilan ein Triethoxyalkylsilan sein. In einem Beispiel kann das Triethoxyalkylsilan ein Triethoxy(octyl)silan sein.
In einigen Ausführungsformen kann das Organosilan eine aktive funktionelle Gruppe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Octyl, Amin, Vinyl, Hydroxyl und Thiol umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff des Weiteren einen Stabilisator ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Antioxidationsmittel, einem Ultraviolettstrahlenabsorber und einer Kombination umfassen. Der Stabilisator kann ein gehindertes Phenol, ein Phosphit, einen Thioether, ein Benzophenon, ein Benzotriazol und eine Kombination davon umfassen. Das Antioxidationsmittel kann in einem Gewichtsprozentbereich von ungefähr 0,01 Gew.-% bis ungefähr 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs, vorhanden sein.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff kann des Weiteren Additive ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Gleitmittel, einem Antistatikmittel, einem Pigment und einer Kombination davon umfassen. Das Pigment kann ausgewählt sein aus einem anorganischen Pigment, einem organischen Pigment oder einer Kombination davon.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff kann des Weiteren ein Polymer auf Styrolbasis enthalten. Das Polymer auf Styrolbasis kann auch als Nebenphasenpolymerharz bezeichnet werden. Das Polymer auf Styrolbasis kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Polystyrol und Styrol-Acrylnitril-Harz und einer Kombination davon.
In einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zum Bereitstellen eines verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs umfassend ein Polyolefin und in dem Polyolefin dispergierte Füllstoffe, wobei die Füllstoffe einen starren Mikrofüllstoffund mindestens einen Nanofüllstoff umfassen, bereitgestellt, wobei das Verfahren (i) das Mischen eines Polyolefins, eines starren Mikrofüllstoffs und mindestens eines Nanofüllstoffs zur Bildung einer Mischung; (ii) das Schmelzen der Mischung zur Bildung einer geschmolzenen Mischung; und (iii) das Kneten der geschmolzenen Mischung umfasst.
Um den mindestens einen Nanofüllstoff zu erhalten, kann das Verfahren des Weiteren einen ersten Schritt der Herstellung des mindestens einen Nanofüllstoffs umfassen. Der mindestens eine Nanofüllstoff kann in einem Masterbatch-Verfahren hergestellt werden. Das Masterbatch-Verfahren, umfassend die Synthese des mindestens einen Nanofüllstoffs, kann in einem Medium umfassend ein Polyolefin, ein modifiziertes Polymer, ein Nebenphasenpolymerharz, wie ein Polymer auf Styrolbasis, zum Beispiel ein Polystyrol, oder eine Kombination davon durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann ein Masterbatch den mindestens einen Nanofüllstoff in dem oben genannten Polymermedium enthalten. In anderen Ausführungsformen kann der Nanofüllstoff aus dem Masterbatch-Prozess in Pulverform gewonnen werden.
In einigen Ausführungen kann das Masterbatch-Verfahren in einem geschmolzenen Polymermedium durchgeführt werden. In anderen Ausführungsformen kann das Masterbatch-Verfahren in einem lösungsmittelbasierten Medium durchgeführt werden.
Falls das Masterbatch-Verfahren im lösungsmittelbasierten Medium durchgeführt wird, kann das Verfahren einen ersten Schritt des Dispergierens eines Vorläufermaterials, wie beispielsweise Ton, in einem wässrigen Lösungsmittel mit Acrylat umfassen. Dies kann zur Bildung von positiv geladenen Ionen auf den Partikeln des Vorläufermaterials führen. Die so oberflächenbehandelten Partikel können in einem organischen Lösungsmittel gelöst werden. Die Dispersion enthaltend die oberflächenbehandelten Teilchen kann anschließend mit einem Organosilikat, wie weiter oben definiert, in Kontakt gebracht und mit einem Organosilan, wie oben definiert, in Gegenwart eines basischen flüssigen Katalysators modifiziert werden, um eine Siliciumdioxidschicht auf den oberflächenbehandelten Teilchen des Vorläufermaterials zu bilden, wodurch der Nanofüllstoff gebildet wird. In den obigen Verfahrensschritten kann der basische flüssige Katalysator Ammoniak, Ammoniumhydroxid oder Alkylamin umfassen. Das Alkylamin kann, ohne darauf beschränkt zu sein, Methylamin und Ethylamin beinhalten. Die Base kann vorteilhafterweise als Katalysator für eine Sol-Gel-Reaktion von Organosilikat- und Silanverbindungen dienen.
Nach der Bildung des Nanofüllstoffs kann der Nanofüllstoff in Pulverform aus dem lösungsmittelbasierten Medium durch Ausfällung aus dem Medium erhalten werden. Die Ausfällung kann durch Verwendung eines Lösungsmittels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aceton, Methanol, Ethanol, Propanol, n-Butanol, i-Butanol, sec-Butanol, tert-Butanol, Ethylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, Hexan, Heptan, Octan, Benzol, Toluol, Xylol und einer Kombination erleichtert werden.
Der Mischschritt i) des Verfahrens, bei dem ein Polyolefin, ein starrer Mikrofüllstoff und mindestens ein Nanofüllstoff gemischt werden, um eine Mischung zu bilden, kann das Mischen des Polyolefins, des starren Mikrofüllstoffs und des mindestens einen Nanofüllstoffs in einem Mischer oder einem Trommelbecher umfassen.
Die oben genannten Schmelz- und Knetschritte ii) und iii), in denen das Gemisch aus Polyolefin, einem starren Mikrofüllstoff und mindestens einem Nanofüllstoff geschmolzen wird, um eine geschmolzene Mischung zu bilden, beziehungsweise das Kneten der geschmolzenen Mischung können ein physikalisches Rühren der Mischung in einem Mischer, mindestens einer Walze, einem Zwillingsextruder oder einer Kombination davon umfassen.
In einem dritten Aspekt wird ein verstärkter Polyolefin-Verbundwerkstoff bereitgestellt, der durch das oben beschriebene Verfahren bereitgestellt wird.
In einem vierten Aspekt wird die Verwendung eines verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs, wie hierin beschrieben, im Transportwesen, in der Infrastruktur, in Verbrauchsgütern und/oder im Bauwesen bereitgestellt. Die Verwendung im Transportwesen kann aus der Gruppe bestehend aus Luft- und Raumfahrt, Automobil, Zug und einer Kombination davon ausgewählt werden. Die Verwendung in der Infrastruktur kann aus der Gruppe bestehend aus Rohr, Tank und einer Kombination davon ausgewählt sein. Die Verwendung in Verbrauchsgütern kann aus der Gruppe bestehend aus Verpackung, Sportartikeln, Elektronik und einer Kombination davon ausgewählt sein.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Polyolefin-Verbundwerkstoffe mit einer verbesserten mechanischen Eigenschaft, die die oben genannten Probleme minimiert. In verschiedenen Ausführungsformen wurde ein Drei-Füllstoff-System umfassend eine Glasfaser, modifizierten Silikat-Nanofüllstoff und Kern-Schale-Nanofüllstoff verwendet. Es wurde überraschenderweise festgestellt, dass bei der Mischung eines Polyolefins mit den oben genannten drei Füllstoffen die drei Füllstoffe einen synergistischen Effekt aufweisen, indem sie dem Verbundwerkstoff eine verbesserte Steifigkeit und Festigkeit verleihen. Darüber hinaus weist der Verbundwerkstoff eine verbesserte Schlagfestigkeit auf. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Verbundwerkstoff der vorliegenden Offenbarung (a) ein Polyolefin, das gegebenenfalls mit einem geringen Gehalt an modifiziertem Polymer modifiziert ist, (b) modifizierte Glasfaser wie offenbart und (c) Masterbatch von Nanofüllstoffen (d.h. modifizierter Ton, modifiziertes Silikat oder Hybridsilikat) umfassen.
Die Zusammensetzung dieser Offenbarung ist hinsichtlich der Formbarkeit und Entformbarkeit beim Spritzgießen überlegen; und sie kann auch für das Extrusionsformen verwendet werden. Die resultierenden Formteile sind in Bezug auf mechanische Festigkeit, Schweißnahtfestigkeit, Verzug, Hitzebeständigkeit, Steifigkeit und glattes Aussehen überlegen sowie chemisch beständig, wie es bei Polyolefinen der Fall ist. Es wird erwartet, dass sie in vielen Anwendungsbereichen Verwendung finden, insbesondere bei Armaturenbrettern von Kraftfahrzeugen, Maschinenteilen und Strukturteilen mit selbstschneidenden Gewinden oder komplizierten Formen, die eine hohe Schweißnahtfestigkeit erfordern.
Die hier illustrativ beschriebene Erfindung kann in geeigneter Weise in Ermangelung eines oder mehrerer Elemente, Einschränkungen oder Beschränkungen, die hier nicht ausdrücklich offenbart sind, ausgeübt werden. So sind beispielsweise die Begriffe „umfassen“, „einschließen“, „enthalten“ usw. weitläufig und ohne Einschränkung zu lesen. Darüber hinaus wurden die hierin verwendeten Begriffe und Ausdrücke als Beschreibungs- und nicht als Beschränkungsbegriffe verwendet, und es ist nicht beabsichtigt, bei der Verwendung solcher Begriffe und Ausdrücke Äquivalente der gezeigten und beschriebenen Merkmale oder Teile davon auszuschließen, aber es wird anerkannt, dass im Rahmen der beanspruchten Erfindung verschiedene Modifikationen möglich sind. Es sollte daher verstanden werden, dass, obwohl die vorliegende Erfindung ausdrücklich durch bevorzugte Ausführungsformen und optionale Merkmale offenbart worden ist, Modifikation und Variation der darin enthaltenen, hierin offenbarten Erfindungen von Fachleuten in Anspruch genommen werden können und dass solche Modifikationen und Variationen als in den Umfang dieser Erfindung fallend angesehen werden.
Im Folgenden wird die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf die begleitenden Abbildungen, in denen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt werden, ausführlicher beschrieben. Diese Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen verkörpert sein und sollte nicht so ausgelegt werden, dass sie auf die hier dargelegten beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr werden diese Ausführungsformen bereitgestellt, so dass diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und den Fachleuten den Umfang der Erfindung vollständig vermittelt. In den Abbildungen können die Längen und Größen von Schichten und Regionen aus Gründen der Klarheit übertrieben sein.
EXPERIMENTALTEIL
Die Verbundwerkstoff-Formulierungen umfassend mindestens einen Nanofüllstoff, hergestellt nach der vorliegenden Offenbarung, bilden hoch dispergierte Nanofüllstoffe in Polymermatrices und bieten eine gute Kompatibilität mit Polymermatrices. Sie können als multifunktionaler Füllstoff wirken und dadurch sowohl die mechanischen Eigenschaften als auch die funktionellen Eigenschaften wie Flammschutz und Barriereeigenschaften von Kompositharzen verbessern. Die Verbundwerkstoff-Formulierungen dieser Offenbarung haben ein geringeres Gewicht als bestehende und kommerziell erhältliche Polypropylen (PP)-Compound-Technologien (PP/Glasfaser (GF), PP/Talcom) und sind leichter als die am häufigsten verwendeten technischen Kunststoffe in Verbundwerkstoff-Polyamid (PA).
Materialien: Die in der Zusammensetzung dieser Offenbarung verwendbaren Polyolefine umfassen die breite Palette von Polyolefinen, d.h. Polyethylen niedriger Dichte, lineares Polyethylen niedriger Dichte, Polyethylen mittlerer und hoher Dichte, Polypropylen, Poly-1-Buten, Poly-4-methyl-1-Penten, Ethylen-Propylen-Block- oder statistisches Copolymer, Ethylen-1-Buten-Copolymer, Propylen-1-Buten-Copolymer und Mischungen davon. Diese Polyolefine sollten vorzugsweise einen MFR von 5 bis 50 bei 230 °C, 2,16 kg, haben.
Die polare funktionelle Gruppe, die auf die Polyolefinkette aufgepfropft ist, schließt beispielsweise Säureanhydride und Ester wie Maleinsäureanhydrid, Citraconsäureanhydrid, Endo-bi-cyclo[2,2,1]-1,4,5,6,7,7-hexachlor-5-hepten-2,3-dicarbonsäureanhydrid, Endo-bi-cyclo[2,2,1]-5-hepten-2,3-dicarbonsäureanhydrid, cis-4-Cyclohexen-1,2-dicarbonsäureanhydrid, Methylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylacrylat, Ethylmethacrylat, Butylacrylat, Butylmethacrylat und Maleatester (Monoester und Diester) ein. Bevorzugt werden unter diesen genannten Gruppen Maleinsäureanhydrid. Die modifizierten Polyolefine sollten der Polyolefinmischung vorzugsweise in einer Menge von 0,001 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 4-10 Gew.-%, zugesetzt werden.
Für starre Faserfüllstoffe handelt es sich bei der in dieser Offenbarung verwendeten Glasfaser um Glasfaserbündel, geschnittener Glasstrang oder gemahlene Glasfaser, die üblicherweise zur Verstärkung von Harz verwendet werden. Sie sollten vorzugsweise mit zum Beispiel einem Organosilan oberflächenbehandelt sein, um die Affinität zum Harz zu verbessern, und/oder mit einem Schlagzähmodifikator, um die Schlagfestigkeit zu erhöhen.
Der in dieser Offenbarung verwendete Metalloxid-Nanofüllstoff schließt beispielsweise ein Naturprodukt wie Montmorillonit (MMT), Kaolinit, Dickit, Halloysit und Nacrit, Nontronit, Beidellit, Saponit, Illit, Biotit, Lepidolith, Phlogopit, Clintonit, Sepiolith, Zinnwaldit, Phengit, Glimmer, geschichtetes Doppelhydroxid (LDH) oder Attapulgit (AT) und/oder Metalloxid, das aus mindestens einem Sauerstoffatom und einem anderen Element zusammengesetzt ist, wie SiO₂, TiO₂, ZnO, CaO, Al₂O₃, Fe₂O₃ und/oder der Mischung davon, ein.
Methodik: Die Zusammensetzung der Offenbarung kann durch Mischen von vorläufig modifiziertem Polyolefin, unmodifiziertem Polyolefin, Glasfaser, faserigem Kalziumsilikat, mindestens einem Nanofüllstoff und Ethylen-α-Olefin-Copolymerkautschuk unter Verwendung eines Henschel-Mischers oder Trommelbechers und anschließendem Schmelzen und Kneten der Mischung unter Verwendung eines Banbury-Mischers, Walzen, eines Zwillingsextruders oder ähnlichem hergestellt werden. Diese Offenbarung ist jedoch nicht auf diese Verfahren beschränkt. Die Zusammensetzung dieser Offenbarung kann mit Stabilisatoren wie Antioxidantien und Absorbern für ultraviolette Strahlen sowie mit Zusätzen wie Gleitmitteln, Antistatika und Pigmenten versehen werden. Die Zusammensetzung dieser Offenbarung ist in der Formbarkeit und Entformbarkeit beim Spritzgießen überlegen; und sie kann auch für das Extrusionsgießen verwendet werden. Die resultierenden Formteile sind überlegen in Bezug auf mechanische Festigkeit, Schweißnahtfestigkeit, Verzug, Hitzebeständigkeit, Steifigkeit und glattes Aussehen sowie die dem Polyolefin innewohnende chemische Beständigkeit. Es wird erwartet, dass sie in vielen Anwendungsbereichen Verwendung finden, insbesondere bei Armaturenbrettern von Kraftfahrzeugen, Maschinenteilen und Strukturteilen mit selbstschneidenden Gewinden oder komplizierten Formen, die eine hohe Schweißfestigkeit erfordern.
Charakterisierung: Hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (HRTEM) Mikrofotografien wurden mit einem Philips CM300 bei 300 kV aufgenommen. Die Proben mit einer Dicke von ungefähr 100 nm wurden bei Raumtemperatur mit einem Diamantmesser mikrotomiert und auf 200-Mesh Kupfergittern gesammelt.
Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FESEM) Mikrofotografien wurden mit FESEM, JEOL-6700F aufgenommen, durchgeführt im hochauflösenden Modus mit einer großen Objektivöffnung bei 200 kV.
Mechanische Eigenschaft: Der Biegemodul wurde durch einen 3-Punkt-Biegeversuch gemäß ASTM-Norm D 790-96 bestimmt. Die spritzgegossene Probe hat eine Probengröße von 60 x 10 x 1 mm³. Die Versuche wurden mit einer Traversengeschwindigkeit von 1 mm/min bei einer Spannweite von 25,4 mm durchgeführt.
Die spritzgegossene Probe für den Zugversuch wurde gemäß ASTM D 638-03 durchgeführt. Die Typ-V-Abmessung betrug 63,5 x 3,14 x 3,2 mm³. Der Test wurde mit der Instron 5569 Tisch-Universalprüfmaschine mit einer Zuggeschwindigkeit von 1 mm/min durchgeführt.
Beispiel 1
Polypropylen (SCG Chemicals) wurde mit Maleinsäureanhydrid-gepfropftem Polypropylen (Polyone) mit 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmischung, gemischt. Zusätzlich enthält das PP-Compound auch (1) die lange geschnittene Glasfaser mit 10 % und (2) ein Ton-Masterbatch, das nach dem unten beschriebenen Verfahren hergestellt wurde:
Reiner Ton (10 g) wurde mit deionisiertem Wasser (300 ml) gemischt und 45 min lang mit Ultraschall behandelt und dann 24 h lang kräftig gerührt, um eine gleichmäßige Aufschlämmung zu erhalten. Aceton (800 ml) wurde dann langsam in die Aufschlämmung gegeben, wodurch ein weißes flockiges Produkt ausgefällt wurde. Nach Zentrifugieren und mehrmaligem Waschen mit Aceton wurde der Niederschlag in eine Acetonlösung von 3-Aminopropyltrimethoxysilan (5 Gew.-% des reinen Tons) überführt. Die Aceton/Ton/Silan-Aufschlämmung wurde 30 min lang mit Ultraschall behandelt und dann gerührt, um die Reaktion zwischen Silan und Tonoberfläche zu erleichtern, um silanmodifizierten Ton (SMC) zu erhalten. Die SMC-Lösung wurde in Epoxidharz (40 g) bei Raumtemperatur unter Verwendung eines Homogenisators bei 14.000 Umdrehungen pro Minute (U/min) dispergiert. Nach Mischen für 2 Stunden wurden die Mischungen über 48 Stunden im Vakuum gehalten, um das Aceton zu entfernen, um den Masterbatch mit einem Tongehalt von 20 Gew.-% zu erhalten.
Der so erhaltene Nanofüllstoff wurde als i-Clay bezeichnet und in einer Menge von 5 und 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmischung, hinzugefügt.
Beispiel 2
Polypropylen (SCG Chemicals) wird mit Maleinsäureanhydrid-gepfropftem Polypropylen (Polyone) mit 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmischung, gemischt. Zusätzlich enthält das PP-Compound auch (1) die lange geschnittene Glasfaser mit 10 % und (2) ein Ton-Masterbatch, das nach dem unten beschriebenen Verfahren hergestellt wurde:
Ton (Cloisit 20 von Southern clay products) (2 g) wurde 3 Stunden lang mit einem Magnetrührer in Xylol (40 ml) gerührt, um die Tonschichten zu interkalieren. Danach wurde die interkalierte Ton-Xylol-Suspension 30 Minuten lang mit Ultraschall behandelt, durch einen Homogenisierungsverfahren mit 8.000 U/min Laufraddrehzahl 15 Minuten lang hoch dispergiert und dann über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Triethoxy(octyl)silan wurde ausgewählt, um die Oberfläche des Tons zu modifizieren, indem die Ton-Xylol-Suspension 15 Minuten lang homogenisiert, 0,2 ml Triethoxy(octyl)silan in die Ton-Xylol-Suspension gegeben, 4 Stunden lang auf 80 °C erhitzt, 15 Minuten lang homogenisiert und dann über Nacht bei Raumtemperatur gerührt wurde.
Der Nanoton-Masterbatch (Clay-MB) wurde durch Zugabe von heißem, mit Triethoxy(octyl-)Silan modifiziertem Ton (80 °C) in heißer Polypropylenlösung und anschließendem Rühren für 2 Stunden bei 120°C hergestellt. Die heiße Polypropylenlösung wurde durch Auflösen von 4,0 g Polypropylen in 40 ml Xylol bei 120°C, bis sich das Polypropylen vollständig in Xylol auflöst, hergestellt.
Anschließend wurde die Suspension von Clay-MB mit Ethanol ausgefällt und dreimal mit Ethanol gewaschen, um das restliche Xylol zu entfernen. Der Clay-MB-Niederschlag wurde mit Ofenluft getrocknet und mit einer Pulverisierungsmaschine zu Clay-MB-Pulver gemahlen.
Der so erhaltene Nanofüllstoff wurde als s-Clay bezeichnet und in einer Menge von 5 und 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmischung, hinzugefügt.
Beispiel 3
Polypropylen (SCG Chemicals) wird mit Maleinsäureanhydrid-gepfropftem Polypropylen (Polyone) mit 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmischung, gemischt. Zusätzlich enthält das PP-Compound auch (1) die lange geschnittene Glasfaser mit 10 % und (2) ein Kieselsäure-Ton-Hybrid, das mit einem Verfahren wie unten beschrieben hergestellt wird:
5 g reiner Ton wurden in 100 ml deionisiertem Wasser in Gegenwart von 200 mg 2-Aminoethylmethacrylathydrochlorid dispergiert und 1 Stunde lang bei 80 °C gerührt. Die gelartige Suspension wurde 1 Stunde lang bei 9000 U/min zentrifugiert, um Wasser von modifiziertem Ton zu trennen, der zur späteren Verwendung in 50 ml Aceton erneut dispergiert wurde.
Der in Aceton dispergierte modifizierte Ton wurde bei 50 °C kräftig gerührt. (3-Aminopropyl)-trimethoxysilan (APTMS) und Tetraethylorthosilikat (TEOS) wurden in die gerührte Lösung gegeben, gefolgt von Zugabe von konzentriertem Ammoniumhydroxid (NH₄OH). Das Gewichtsverhältnis von Ton:APTMS:TEOS:NH₄OH betrug 1:0,2:1:0,62. Das Gewichtsverhältnis zwischen festem Ton und TEOS konnte von 1:0,1 bis 1:1 variiert werden. Die Mischung wurde 1 Stunde lang kräftig gerührt. Dann wurde das Lösungsmittel oder Medium und der überschüssige Katalysator unter Vakuum entfernt. Das feuchte Produkt wurde mit einem Rotationsverdampfer weiter getrocknet und über Nacht im Ofen bei 80°C getrocknet. Der resultierende Nanofüllstoff wurde in Pulverform aufbewahrt. Die Nanofüllstoffprodukte wurden als Kern-Schale-Nanofüllstoff (CS) bezeichnet.
Der CS-Nanofüllstoff wurde in Masterbatch-Pulver hergestellt und in einer Menge von 5 und 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmischung, zugegeben.
Vergleichsbeispiel 1
Polypropylen (SCG Chemicals) wurde mit Maleinsäureanhydrid-gepfropftem Polypropylen (Polyone) mit 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmischung, gemischt.
Vergleichsbeispiel 2
Polypropylen (SCG Chemicals) wurde mit Maleinsäureanhydrid-gepfropftem Polypropylen (Polyone) mit 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmischung, und der lang geschnittenen Glasfaser mit 10 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmischung, gemischt.
Der Ergebnissatz in Tabelle 1 ( ) zeigt, dass durch die Zugabe des entwickelten Füllstoffsystems die mechanische Eigenschaft bemerkenswert ansteigt. Im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 2, das das allgemein verwendete System darstellt, ist die mechanische Eigenschaft der entwickelten PP-Compounds (insbesondere Beispiel 2 und Beispiel 3) aufgrund der guten Dispersion des Füllstoffs in der PP-Matrix (wie in , und zu sehen) und der starken Wechselwirkung zwischen Füllstoff und Matrix vergleichbar. Die Verwendung des entwickelten Systems bietet viele Vorteile gegenüber dem üblicherweise verwendeten System. Erstens enthält das entwickelte System einen geringeren GF-Gehalt; daher ist das Gewicht des Compounds geringer (d.h. die Dichte des PP/GF-Compounds beträgt etwa 1,2-1,4 g/cm³, während die Dichte des entwickelten PP-Compounds 0,9-0,97 g/cm³ beträgt). Es ist auch bekannt, dass der GF nicht relativ „verarbeitungsfreundlich“ ist, da der harte Füllstoff die Oberfläche von Extruderschnecke und -kammer zerkratzen kann, was zu hohen Wartungskosten führt. Die Verwendung des entwickelten Füllstoffsystems kann helfen, dieses Problem zu vermindern.
Während die vorliegende Erfindung insbesondere anhand von beispielhaften Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, wird denjenigen, die sich auf dem Gebiet der Technik auskennen, klar sein, dass darin verschiedene Form- und Detailänderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung, wie durch die folgenden Ansprüche definiert, abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

SG 10201802637 R [0001]

Claims

Ein Verstärkter Polyolefin-Verbundwerkstoff, umfassend ein Polyolefin und in dem Polyolefin dispergierte Füllstoffe, wobei die Füllstoffe einen starren Mikrofüllstoff und mindestens einen Nanofüllstoff umfassen.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 1, wobei sich ein Material des starren Mikrofüllstoffs von dem Material des mindestens einen Nanofüllstoffs unterscheidet.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Polyolefin ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Polymer oder einem statistischen Copolymer oder einem Blockcopolymer eines C_2-20 Alkylens, eines C_4-20 Alkyldiens, eines C_6-20 Alkyltriens, eines C_3-20 Cycloalkylens, eines C_4-20 Cycloalkyldiens, eines C_5-20 Cycloalkyltriens, eines C_8-20 Phenylalkylens, und einer Kombination davon, gegebenenfalls aus einem Polymer oder einem statistischen Copolymer oder einem Blockcopolymer von Ethylen, Propylen, 1-Penten, 1-Buten, 4-Methyl-1-penten, 1-Hexen, 1-Octen, 1-Decen, Styrol, Ethylidennorbornen, 1,4-Hexadien, 1,5-Hexadien, 1,7-Octadien, 1,9-Decadien, Dicyclopentadien und Ethylen-Propylen-Dien-Monomer.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polyolefin Polyethylen ist.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei das Polyolefin Polypropylen ist, gegebenenfalls in Kombination mit einem Ethylen-α-Olefin-Copolymer.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polyolefin eine Schmelzflussrate von ungefähr 5 g/10 min bis 50 g/10 min bei einer Temperatur von 230 °C bei einem Gewicht von 2,16 kg hat.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polyolefin in einem Gewichtsprozentbereich von ungefähr 30 Gew.-% bis ungefähr 95 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs, vorhanden ist.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polyolefin eine polare funktionelle Gruppe aufgepfropft hat.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff des Weiteren ein modifiziertes Polymer umfasst.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 9, wobei das modifizierte Polymer eine darauf aufgepfropfte funktionelle Gruppe aufweist.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die polare funktionelle Gruppe ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Säureanhydrid, einem Ester, einem Acrylat und einer Kombination davon.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die polare funktionelle Gruppe ein Säureanhydrid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Maleinsäureanhydrid, Bernsteinsäureanhydrid, Citraconsäureanhydrid, Endo-bi-cyclo[2,2,1]-1,4,5,6,7,7-hexa-chlor-5-hepten-2,3-dicarbonsäureanhydrid, Endo-bi-cyclo[2,2,1]-5-hepten-2,3-dicarbonsäureanhydrid, cis-4-Cyclohexen-1,2-dicarbonsäureanhydrid und einer Kombination davon ist.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die polare funktionelle Gruppe ein Ester ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Maleatmonoester, einem Maleatdiester und einer Kombination davon ist.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die polare funktionelle Gruppe ein Acrylat ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylacrylat, Ethylmethacrylat, Butylacrylat, Butylmethacrylat und einer Kombination davon ist.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei das modifizierte Polymer mit einer darauf aufgepfropften polaren funktionellen Gruppe ein modifiziertes Polyolefin ist.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 15, wobei das modifizierte Polyolefin ein Polyolefin ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Polymer oder einem statistischen oder Block-Copolymer eines C_2-20 Alkylens, eines C_4-20 Alkyldiens, eines C_6-20 Alkyltriens, eines C_3-20 Cycloalkylens, eines C_4-20 Cycloalkyldiens, eines C_5-20 Cycloalkyltriens, eines C_8-20 Phenylalkylens und einer Kombination davon, wahlweise aus einem Polymer oder einem statistischen Copolymer oder einem Block-Copolymer von Ethylen, Propylen, 1-Penten, 1-Buten, 4-Methyl-1-penten, 1-Hexen, 1-Octen, 1-Decen, Styrol, Ethylidennorbornen, 1,4-Hexadien, 1,5-Hexadien, 1,7-Octadien, 1,9-Decadien, Dicyclopentadien und Ethylen-Propylen-Dien-Monomer umfasst.
Der verstärkter Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 16, wobei das modifizierte Polyolefin modifiziertes Polypropylen ist.
Der verstärkter Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß einem der Ansprüche 9 bis 17, wobei das modifizierte Polymer in einem Gewichtsprozentbereich von bis zu ungefähr 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs, vorhanden ist.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der starre Mikrofüllstoff in einem Gewichtsprozentbereich von bis zu ungefähr 60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs, vorhanden ist.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Material des starren Mikrofüllstoffs ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Glas, Kohlenstoff, Cellulose und einer Kombination davon.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 20, wobei das Material des mikrostarren Füllstoffs Glas ist.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Nanofüllstoff in einem Gewichtsprozentbereich von bis zu ungefähr 90 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs, vorhanden ist.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Material des mindestens einen Nanofüllstoffs Ton umfasst.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 23, wobei der Ton mit einem Organosilan modifiziert ist.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 24, wobei das Organosilan ein Trimethoxyaminoalkylsilan ist.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 24, wobei das Organosilan ein Triethoxyalkylsilan ist.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 24, wobei das Organosilan eine aktive funktionelle Gruppe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Octyl, Amin, Vinyl, Hydroxyl und Thiol umfasst.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß einem der Ansprüche 23 bis 27, wobei der Ton des Weiteren mit einem Acrylat oberflächenbehandelt ist.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß einem der Ansprüche 23 bis 28, wobei der Ton ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus anorganischem Silikat, Alumosilikat, pelletartigem Metalloxid und -hydroxid, anionischem und kationischem Schichtmetalloxid und -hydroxid, Montmorillonit (MMT), Kaolinit, Dickit, Halloysit und Nacrit, Nontronit, Beidellit, Saponit, Illit, Biotit, Lepidolith, Phlogopit, Clintonit, Sepiolith, Zinnwaldit, Phengit, Glimmer, Schichtmetalloxid, Schichtmetallhydroxid, Attapulgit (AT) und einer Kombination davon umfasst.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 29, wobei das anorganische Silikat Calciumsilikat ist.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß einem der Ansprüche 23 bis 30, wobei der Ton geschichtetes und/oder pelletartiges Metalloxid umfasst.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 31, wobei das geschichtete und/oder pelletartige Metalloxid ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus SiO₂, TiO₂, ZnO, CaO, Al₂O₃, Fe₂O₃ und einer Kombination davon.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, des Weiteren umfassend einen Stabilisator ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Antioxidationsmittel, einem Ultraviolettstrahlen-Absorber und einer Kombination davon.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 33, wobei der Stabilisator ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem gehinderten Phenol, Phosphit, Thioether, Benzophenon, Benzotriazol und einer Kombination davon.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 33, wobei das Antioxidationsmittel in einem Gewichtsprozentbereich von ungefähr 0,01 Gew.-% bis ungefähr 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs, vorhanden ist.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren umfassend Additive ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Schmiermittel, einem Antistatikmittel, einem Pigment und einer Kombination davon.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren umfassend ein Polymer auf Styrolbasis.
Der verstärkte Polyolefin-Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 37, wobei das Polymer auf Styrolbasis ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polystyrol und Styrol-Acrylnitril-Harz und einer Kombination davon.
Verfahren zur Bereitstellung eines verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs, umfassend ein Polyolefin und in dem Polyolefin dispergierte Füllstoffe, wobei die Füllstoffe einen starren Mikrofüllstoff und mindestens einen Nanofüllstoff umfassen, wobei das Verfahren umfasst: (i) Mischen eines Polyolefins, eines starren Mikrofüllstoffs und mindestens eines Nanofüllstoffs, um eine Mischung zu bilden; (ii) Schmelzen der Mischung, um eine geschmolzene Mischung zu bilden; und (iii) Kneten der geschmolzenen Mischung.
Das Verfahren gemäß Anspruch 39, des Weiteren umfassend einen ersten Schritt der Herstellung des mindestens einen Nanofüllstoffs.
Das Verfahren gemäß Anspruch 40, wobei der mindestens eine Nanofüllstoff in einem Masterbatch-Verfahren hergestellt wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 41, wobei das Masterbatch-Verfahren Dispergieren eines Nanofüllstoffmaterials in einem wässrigen Lösungsmittel mit Acrylat, um positiv geladene Ionen auf den Teilchen des Nanofüllstoffmaterials zu bilden; Dispergieren der Teilchen, die positiv geladen sind, in einem organischen Lösungsmittel; und In-Kontakt-bringen der Dispersion der modifizierten Teilchen des Tons mit einem Organosilikat und einem Organosilan in Gegenwart eines basischen flüssigen Katalysators, um eine Schicht aus Siliciumdioxid auf den positiv geladenen Teilchen des Nanofüllstoffmaterials zu bilden, umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 39 bis 42, wobei das Mischen das Mischen des Polyolefins, des starren Mikrofüllstoffs und des mindestens einen Nanofüllstoffs in einem Mischer oder einem Trommelbecher umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 39 bis 43, wobei das Schmelzen und Kneten ein physikalisches Rühren der Mischung in einem Mischer, mindestens einer Walze, einem Zwillingsextruder oder einer Kombination davon umfasst.
Verstärkter Polyolefin-Verbundwerkstoff bereitgestellt durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 39 bis 44.
Verwendung eines verstärkten Polyolefin-Verbundwerkstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 38 oder gemäß Anspruch 45 im Transportwesen, in der Infrastruktur, in Verbrauchsgütern und/oder im Bauwesen.
Die Verwendung gemäß Anspruch 46, wobei das Transportwesen ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Luft- und Raumfahrt, Automobil, Eisenbahn und einer Kombination davon.
Die Verwendung gemäß Anspruch 46, wobei die Infrastruktur ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Rohr, Tank und einer Kombination davon.
Die Verwendung gemäß Anspruch 46, wobei die Verbrauchsgüter ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Verpackung, Sportartikeln, Elektronik und einer Kombination davon.