DE1167015B - Process for the production of highly filled moldings from polyethylene - Google Patents
Process for the production of highly filled moldings from polyethyleneInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Internat. KL: C08fBoarding school KL: C08f
Deutsche Kl.: 39 b-22/06German class: 39 b-22/06
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C 15142IV c/39 b
10. Juli 1957
2. April 1964C 15142IV c / 39 b
July 10, 1957
April 2, 1964
Polyäthylene und andere von Äthylen abgeleitete Polymere haben auf den normalen Anwendungsgebieten der Kunststoffe weitgehend Eingang und gute Aufnahme gefunden. Jedoch standen trotz ihrer vielen grundlegend erwünschten Eigenschaften der weitgehenden Verwendung auf Anwendungsgebieten, wo sie besonders hohen Beanspruchungen ausgesetzt sind, einige Mängel entgegen. Zu den größten dieser Nachteile gehören niedrige Festigkeit, besonders bei erhöhten Temperaturen, und Anfälligkeit zu Abbau, insbesondere durch Sauerstoff und Sonnenlicht, oder vorzeitige Rißbildung bei Einwirkung von Witterung, Wasser oder Seifen und anderen Umgebungseinflüssen. Polyethylene and other ethylene-derived polymers have been in the normal fields of application of plastics have largely found their way into and well received. However, in spite of them, stood many fundamentally desired properties of the extensive use in fields of application, where they are exposed to particularly high loads, there are some deficiencies. Among the greatest of these Disadvantages include low strength, especially at elevated temperatures, and susceptibility to degradation, in particular through oxygen and sunlight, or premature cracking when exposed to the weather, Water or soaps and other environmental influences.
Die durch Polymerisation bei verhältnismäßig niedrigen Drücken und in Anwesenheit heterogener metallorganischer Katalysatoren hergestellten Polyäthylene, die sich durch eine lineare Struktur und höhere Kristallinität auszeichnen und höhere Dichten und höhere Molekulargewichte als die üblichen Hochdruck-Polyäthylene aufweisen, haben zwar eine höhere Festigkeit, insbesondere bei erhöhten Temperaturen und können in einem weiteren Temperaturbereich angewandt werden als die üblichen Polyäthylene. Sie weisen jedoch auch gewisse Nachteile auf. Beispielsweise sind sie schwieriger zu verarbeiten und zeigen nach der Verarbeitung einen stärkeren Schrumpf, so daß die Formbeständigkeit zu einem schwierigen Problem wird. Ferner sind sie wegen des verwendeten kostspieligen Katalysators und der schwierigen Entfernung der Katalysatorreste aus .dem Polymeren unwirtschaftlicher.The polymerization at relatively low pressures and in the presence of heterogeneous organometallic Catalysts made polyethylene, which are characterized by a linear structure and higher They are characterized by crystallinity and have higher densities and higher molecular weights than the usual high-pressure polyethylene have a higher strength, especially at elevated temperatures and can be used in a wider temperature range than the usual polyethylenes. she however, they also have certain disadvantages. For example, they are more difficult to process and show after processing a greater shrinkage, so that the dimensional stability becomes difficult Problem becomes. Furthermore, they are because of the expensive catalyst used and difficult to remove the catalyst residues from .dem polymer uneconomical.
Schutz gegen Ultraviolettlicht ist bei diesen linearen Polyäthylenarten ebenso notwendig wie bei den Hochdruckpolyäthylenen. Es wurde bereits festgestellt, daß die Beständigkeit gegen Abbau durch UV-Licht durch Zusatz geringer Rußmengen stark verbessert werden kann. Beispielsweise reichen 1 bis 4 Gewichtsprozent Ruß für diesen Zweck aus, und diese Mengen sind mit jeder Polyäthylenart verträglich. Jedoch verschlechtert sich die Flexibilität insbesondere der hochmolekularen, linearen Polyäthylene mit hoher Dichte schnell durch die Anwesenheit großer Rußmengen. Protection against ultraviolet light is just as necessary with these linear types of polyethylene as with the High pressure polyethylenes. It has already been established that the resistance to degradation by UV light can be greatly improved by adding small amounts of soot. For example, 1 to 4 range Weight percent carbon black for this purpose, and these amounts are compatible with any type of polyethylene. However, the flexibility especially of the high molecular weight, linear polyethylenes deteriorates with high Dense quickly due to the presence of large amounts of soot.
Zwar wird durch den Zusatz von Ruß und anderen Füllstoffen zu Polyäthylenen deren Erweichungspunkt und Festigkeit bei hoher Temperatur etwas erhöht, jedoch verschlechtert sich dadurch die Versprödungstemperatur. It is true that the addition of carbon black and other fillers to polyethylenes increases their softening point and strength at high temperature is increased somewhat, but the embrittlement temperature is thereby worsened.
Angesichts der viel niedrigeren Kosten von Ruß und vielen anderen Füllstoffen im Vergleich zu Polyäthylen, insbesondere im Vergleich zu den linearen Verfahren zur Herstellung hochgefüllter Formkörper aus PolyäthylenGiven the much lower cost of carbon black and many other fillers compared to polyethylene, especially in comparison to the linear process for the production of highly filled moldings made of polyethylene
Anmelder:Applicant:
Cabot Corporation, Boston, Mass. (V. St. A.)Cabot Corporation, Boston, Mass. (V. St. A.)
Vertreter:Representative:
Dr.-Ing. A. v. Kreisler, Dr.-Ing. K. Schönwald,Dr.-Ing. A. v. Kreisler, Dr.-Ing. K. Schönwald,
Dr.-Ing. Th. MeyerDr.-Ing. Th. Meyer
und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. J. F. Fues,and Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. J. F. Fues,
Patentanwälte, Köln 1, DeichmannhausPatent attorneys, Cologne 1, Deichmannhaus
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Eli M. Dannenberg, Waban, Mass. (V. St. A.)Eli M. Dannenberg, Waban, Mass. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
V. St. v. Amerika vom 12. Juli 1956,V. St. v. America July 12, 1956,
vom 15. November 1956dated November 15, 1956
Niederdruckpolyäthylenen, ist der wirtschaftliche Nachteil der Tatsache, daß keine wesentlichen Füllstoffmengen zugemischt werden können, leicht ersichtlich. Low pressure polyethylenes, the economic disadvantage is the fact that there are no substantial amounts of filler can be mixed, easily seen.
Mit einer Ausnahme erwies es sich bisher als unmöglich, ein Polyäthylen mit guter Festigkeit bei hoher Temperatur, hohem Erweichungspunkt und guten Flexibilitätseigenschaften mit einem Füllstoffzusatz von über 5 Gewichtsprozent herzustellen. Diese eine Ausnahme ist die Behandlung von Polyäthylen durch elektromagnetische Bestrahlung mit einer im UV-Bereich liegenden oder kürzeren Wellenlänge. Diese Behandlung ist jedoch teuer, umständlich und auf keinen Fall einheitlich auf alle Formen und Größen von Polyäthylenartikeln anwendbar.With one exception, it has so far proven impossible to use a polyethylene with good strength high temperature, high softening point and good flexibility properties with an addition of filler of over 5 percent by weight. This one exception is the treatment of polyethylene by electromagnetic radiation with a wavelength lying in the UV range or shorter. However, this treatment is expensive, cumbersome and by no means uniform to all forms and Polyethylene article sizes applicable.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung hochgefüllter Formkörper aus einem bei Raumtemperatur festen Polyäthylen unter Vernetzung mit Hilfe von Peroxyden und unter Zusatz von Füllstoffen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man in 100 Gewichtsteilen des Polyäthylens wenigstens 5 Gewichtsteile eines Füllstoffes mit einem pH-Wert nicht unter 5 oder eines solchen mit einem pn-Wert unter 5, der durch ein Amin oder einen anderen alkalischen Zusatzstoff neutralisiert ist, und mit einer mittleren Teilchengröße von weniger als etwa 1 μ und 0,5 bis 10 Gewichtsteile Di-(a-aralkyl)-peroxyd bei Temperaturen nicht wesentlich über 127 0C ein-The invention now relates to a process for the production of highly filled molded bodies from a polyethylene which is solid at room temperature with crosslinking with the aid of peroxides and with the addition of fillers, which is characterized in that at least 5 parts by weight of a filler with a pH are added to 100 parts by weight of the polyethylene. Value not below 5 or one with a pn value below 5, which is neutralized by an amine or another alkaline additive, and with an average particle size of less than about 1 μ and 0.5 to 10 parts by weight of di- (a- aralkyl) peroxide at temperatures not significantly above 127 0 C
409 557/552409 557/552
arbeitet, die so erhaltene Masse, gegebenenfalls in einer
Presse, verformt und auf Temperaturen von wenigstens
135 0C bringt.works, the mass thus obtained, optionally in a
Press, deformed and to temperatures of at least
135 0 C brings.
Gemäß der Erfindung werden organische Peroxyde
angewandt, in denen die an den Alkylradikalen
Λ-substituierten Arylgruppen durch Alkyl-, Chloroder Nitrogruppen, nicht aber durch Arylgruppen,
substituiert sein können.According to the invention, organic peroxides
applied in which those on the alkyl radicals
Λ-substituted aryl groups by alkyl, chlorine or nitro groups, but not by aryl groups,
can be substituted.
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß jedeIt has surprisingly been found that each
Die genaue Temperatur, die bei der Wärmebehandlung des Materials gemäß der Erfindung nach dem Mischen und Formen anzuwenden ist, hängt weitgehend von der Wandstärke des Artikels und von der 5 in diesem Teil des Verarbeitungsganges gewünschten Reaktionsgeschwindigkeit ab. Bei den meisten Artikeln, also bei Wandstärken von etwa 25 mm oder weniger, wird vorzugsweise eine Temperatur von etwa 135 bis etwa 2050C angewandt. Die Zeit, die erforder-Rußsorte und jedes beliebige anorganische Pigment io lieh ist, um im wesentlichen das gesamte Peroxyd zu im durchschnittlichen Teilchengrößenbereich unter zersetzen und die gewünschten Änderungen der etwa 1 μ im Verfahren gemäß der Erfindung verwendet Eigenschaften des verarbeiteten Materials zu bewirken, werden kann, vorausgesetzt, daß der Füllstoff nicht liegt im oberen Teil dieses Temperaturbereichs bei einen pn-Wert unter etwa 5 besitzt. Auch stark saure etwa 2 bis 15 Minuten, während im unteren Teil dieses Füllstoffe sind verwendbar, wenn ihnen eine solche 15 Temperaturbereiches Zeiten von 30 bis 120 Minuten Menge eines Amins oder eines anderen alkalischen erforderlich sein können.The exact temperature to be used in the heat treatment of the material according to the invention after mixing and molding depends largely on the wall thickness of the article and on the rate of reaction desired in this part of the processing step. For most articles, that is to say with wall thicknesses of approximately 25 mm or less, a temperature of approximately 135 to approximately 205 ° C. is preferably used. The time required for carbon black and any inorganic pigment to decompose substantially all of the peroxide in the average particle size range and to effect the desired changes in the approximately 1 micron properties of the processed material used in the method according to the invention will be can, provided that the filler is not in the upper part of this temperature range has a pn value below about 5. Even strongly acidic about 2 to 15 minutes, while in the lower part of these fillers can be used if such a temperature range, times of 30 to 120 minutes, amount of an amine or another alkaline amount may be required.
Zusatzstoffes beigegeben wird, daß diese Azidität Die nach dem Verfahren gemäß der ErfindungAdditive is added that this acidity Die by the method according to the invention
neutralisiert wird. hergestellten Fertigprodukte zeichnen sich durchis neutralized. manufactured finished products are characterized by
Das Pigment und das Peroxyd können in das außergewöhnlich gute Eigenschaften aus und sind in Polyäthylen in jeder beliebigen Weise eingearbeitet 20 dieser Hinsicht den bisher bekannten Polyäthylenen werden, bei der durch intensives Mischen eine gute überlegen, gleichgültig, nach welchen Verfahren sie Verteilung erzielt wird. Beispielsweise kann die Bei- hergestellt wurden. Die Verfahrensprodukte sind in mischung zum Kunststoff auf einem Zweiwalzen- einem weiteren Temperaturbereich anwendbar infolge kalander oder in einem Banbury-Mischer oder in der erzielten Erhöhung des Erweichungspunktes und jedem anderen geeigneten Mischer mit hoher Scher- 25 der Wärmebeständigkeit ohne den normalerweise wirkung, der zur Behandlung und zum Mischen auftretenden Flexibilitätsverlust und haben eine höhere viskoser Materialien dient, erfolgen. Es wurde fest- Schlagfestigkeit und eine niedrigere Versprödungsgestellt, daß die Reihenfolge, in welcher das Pigment temperatur. Diese Vorteile sind um so bemerkens- und das Peroxyd zugesetzt werden, keinen Einfluß werter angesichts der Tatsache, daß sich die Produkte hat. Jedoch wird gewöhnlich das Peroxyd zuletzt 30 infolge der Möglichkeit eines viel höheren Zusatzes zugesetzt, um die Zeit zu verkürzen, in der es während an Füllstoffen mit niedrigeren Kosten herstellen lassen, der Verarbeitung der Charge erhöhten Temperaturen als es normalerweise der Fall ist. ausgesetzt ist. Dies kann besonders wichtig sein bei Besonders deutlich werden die Vorteile dei ErfindungThe pigment and the peroxide can be found in the exceptionally good properties and are in Polyethylene incorporated in any desired way 20 in this respect the previously known polyethylenes be considered in which by intensive mixing a good superior, no matter what method they use Distribution is achieved. For example, the accessories may have been produced. The process products are in Mixture to the plastic on a two-roll another temperature range applicable as a result calender or in a Banbury mixer or in the achieved increase in the softening point and any other suitable high-shear mixer without the usual heat resistance effect, the loss of flexibility occurring for treatment and mixing and have a higher used for viscous materials. It was found to be strong impact resistance and a lower embrittlement, that the order in which the pigment temperature. These advantages are all the more remarkable and the peroxide added, has no bearing on the fact that the products Has. However, the peroxide usually becomes 30 last due to the possibility of a much higher addition added to reduce the time it takes to make it while on lower cost fillers, the processing of the batch at higher temperatures than is normally the case. is exposed. This can be particularly important when the advantages of the invention become particularly clear
hochmolekularen Polymeren mit verhältnismäßig in bezug auf Kosten und Einfachheit des Verfahrens hohem Erweichungspunkt, beispielsweise im Bereich 35 beim Vergleich mit der zur Verbesserung der Eigenvon 116 bis 127° C. schäften von Polyäthylenverbindungen angewandtenhigh molecular weight polymers with relative in terms of cost and simplicity of the process high softening point, for example in the region of 35 when compared with that to improve the Eigenvon 116 to 127 ° C. Shafts of polyethylene compounds applied
Die maximale Pigmentmenge, die gemäß der Erfin- bekannten Bestrahlung mit hoher Energie, die zu
dung angewandt werden kann, hängt von dem Produkten mit ähnlichen Eigenschaften führt, wie sie
jeweiligen Kunststoff und dem jeweiligen eingearbeite- gemäß der Erfindung hergestellt werden. Die Art der
ten Pigment ab. So ist für den optimalen Zusatz die 40 Behandlung durch Bestiahlung mit hoher Energie ist
Teilchenfeinheit des Pigments sowie das Molekular- jedoch äußerst schwierig anzuwenden und wird um so
gewicht und die Viskosität des Polymeren maßgebend, schwieriger und teurer, je mehr die Wandstärken der
wobei die Pigmentmenge mit zunehmender Teilchen- Artikel oder die Füllstoffmenge zunehmen oder je
feinheit und zunehmendem Molekulargewicht und komplizierter die Form wird. Ein Problem, das durch
zunehmender Viskosität kleiner sein muß, und um- 45 den »Maskierungseffekt« der Füllstoffe noch vergekehrt.
Bei üblichen Polyäthylenen mit einem durch- größert wird, liegt ferner darin, daß es selbst unter
schnittlichen Molekulargewicht von 20000 bis 30000 den besten Bedingungen schwieirg ist, den ganzen
können Pigmente im Teilchengrößenbereich über Artikel den Wirkungen der Bestrahlungsenergie gleich-80
πιμ in Mengen bis zu etwa 200 Teilen und mehr pro mäßig auszusetzen. Bei Pigmentkonzentrationen, die
100 Teile Kunststoff zugesetzt werden, während bei 50 wesentlich über 35 Teilen pro 100 Teile des Polymeren
Niederdruckpolyäthylenen mit durchschnittlichen liegen, wird die mangelnde Gleichmäßigkeit der
Molekulargewichten von 60000 bis 200000 dei maximale Zusatz von Pigmenten im Teilchengrößenbereich
unter etwa 80 ΐημ in der Größenordnung von 25 bis
70 Teilen pro 100 Teile Kunststoff zu liegen pflegt. 55
Ohne Rücksicht auf das Molekulargewicht des Polyäthylens ist jedoch der optimale Zusatz bei Pigmenten
mit größeren Teilchendurchmessern höher als bei
solchen mit geringerer Teilchengröße.The maximum amount of pigment that, according to the invention, known high-energy irradiation that can be used to produce, depends on the products with similar properties as they are made in the respective plastic and the respective incorporated according to the invention. The type of th pigment. For the optimal addition, the treatment by irradiating with high energy is, however, extremely difficult to use particle fineness of the pigment and the molecular weight and the more weight and the viscosity of the polymer are decisive, more difficult and expensive, the greater the wall thicknesses of the amount of pigment as the particulate article or the amount of filler increases, or as the fineness and molecular weight and the more complicated the shape becomes. A problem that has to be smaller due to increasing viscosity, and on the other hand the "masking effect" of the fillers. In conventional polyethylenes with a larger diameter, it is also due to the fact that it is difficult even under average molecular weights of 20,000 to 30,000 under the best conditions; about 200 parts and more per moderate exposure. At pigment concentrations that are added to 100 parts of plastic, while at 50 are significantly above 35 parts per 100 parts of the polymer, the inadequate molecular weight uniformity of 60,000 to 200,000 is the maximum addition of pigments in the particle size range
below about 80 ΐημ on the order of 25 to
70 parts per 100 parts plastic tends to lie. 55
Regardless of the molecular weight of the polyethylene, however, the optimal addition is for pigments
with larger particle diameters higher than at
those with a smaller particle size.
Die optimale Peroxydmenge liegt gewöhnlich im 60 von 2,1, einem spezifischen Gewicht von 0,92 und Bereich von etwa 1 bis 3 Gewichtsteilen pro 100 Teile einer durchschnittlichen Zugfestigkeit von etwa 123 kg/ Polyäthylen. Aus wirtschaftlichen Gründen werden cm2 bei 23 ° C wurde auf einem auf etwa 93 ° C erhitzten selten höhere Mengen als 5 Gewichtsteile pro 100 Teile Zweiwalzenkalander zu einer Masse mit zusammen-Polyäthylen zugesetzt, da im allgemeinen durch höhere hängender Konsistenz geknetet. In die Masse wurden Mengen kein zusätzlicher Vorteil erzielt wird. Als 65 pro 100 Gewichtsteile des Polyäthylens 44 Gewichtssinnvolle obere Grenze wird eine Menge von 10 Ge- teile eines hochverstärkenden Öl-Ofenrußes mit einer wichtsteilen Peroxyd pro 100 Gewichtsteile Polyäthylen durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 17 bis betrachtet. 20 ΐημ, einem pH von etwa 9,8 und einer durchschnittThe optimal amount of peroxide is usually in the 60 of 2.1, specific gravity of 0.92 and range of about 1 to 3 parts by weight per 100 parts of an average tensile strength of about 123 kg / polyethylene. For economic reasons, cm 2 at 23 ° C. was rarely added in amounts greater than 5 parts by weight per 100 parts of a two-roll calender, which was heated to about 93 ° C., to a mass with polyethylene together, as it was generally kneaded by a higher hanging consistency. In the bulk quantities, no additional benefit was obtained. An upper limit of 65 per 100 parts by weight of polyethylene 44 parts by weight is considered to be an amount of 10 parts of a highly reinforcing oil furnace black with an average particle size of about 17 to 17 parts by weight peroxide per 100 parts by weight of polyethylene. 20 ΐημ, a pH of about 9.8 and an average
bestrahlten Materialien immer größer, so daß sie für viele Anwendungszwecke, besonders dort, wo hohe Drücke auftreten, z. B. bei Rohren, ungeeignet sind.irradiated materials are getting bigger, so they can be used for many purposes, especially where high Pressures occur, e.g. B. in pipes, are unsuitable.
Die Vorteile der Erfindung werden durch die folgenden Beispiele veranschaulicht:The advantages of the invention are illustrated by the following examples:
Beispiel 1 Ein Hochdruckpolyäthylen mit einem SchmelzindexExample 1 A high pressure polyethylene with a melt index
lichen spezifischen Oberfläche von etwa 138 m2/g und 3 Gewichtsteile technisches Dicumylperoxyd mit einer Reinheit von etwa 95 % gleichmäßig eingearbeitet.Union specific surface of about 138 m 2 / g and 3 parts by weight of technical dicumyl peroxide with a purity of about 95% incorporated evenly.
Nach Abnahme von der Walze wurde das hochgefüllte Material durch einstündiges Erhitzen in einer Presse auf 1600C zu Tafeln mit einer Stärke von etwa 1,6 mm geformt.After being removed from the roller, the highly filled material was shaped into panels with a thickness of about 1.6 mm by heating it in a press to 160 ° C. for one hour.
Die erhaltene Tafel war bemerkenswert biegsam, zäh und stark, insbesondere in bezug auf Schlagfestigkeit. Sie konnte beispielsweise bei Raumtemperatur wiederholt scharf gebogen werden, ohne zu reißen oder zu brechen, während Tafeln von gleicher Stärke, die nach den üblichen Verfahren aus dem gleichen Polyäthylen mit gleichem oder erheblich höherem Rußzusatz hergestellt wurden, so spröde sind, daß sie beim ersten oder zweiten scharfen Biegen oder Knicken selbst bei Raumtemperatur reißen oder brechen.The resulting panel was remarkably pliable, tough and strong, particularly in terms of impact resistance. For example, it could be bent sharply repeatedly at room temperature without too much tear or break, while panels of the same thickness, which are removed by the usual procedures the same polyethylene with the same or significantly higher carbon black addition, so brittle are that on the first or second sharp bending or kinking they will crack or even at room temperature break.
Die stark verbesserten Eigenschaften, die bei dieser Polyäthylen-FüUstoff-Mischung erzielt werden, ergibt sich aus den angegebenen Meßwerten, die nachstehend den Eigenschaften des gleichen Polyäthylens, dem die gleiche Menge Ruß, aber kein Dicumylperoxyd zugesetzt wurde, gegenübergestellt sind.The greatly improved properties that are achieved with this polyethylene-FüUstoff mixture results from the stated measured values, the following the properties of the same polyethylene, which the the same amount of carbon black, but no dicumyl peroxide was added, are compared.
Tabelle 1
Polyäthylen mit 30 Gewichtsprozent RußTable 1
Polyethylene with 30 percent by weight carbon black
B. Versprödungstemperatur
C. Formbeständigkeit bei 1500C A. Specific tensile strength at room temperature ...
B. Embrittlement temperature
C. Dimensional stability at 150 ° C
unter —60°C
sehr gut253 kg / cm 2
below -60 ° C
very good
über +250C
sehr schlecht160 kg / cm 2
above +25 0 C
very bad
Diese Werte zeigen, daß das Polyäthylen mit dem Zusatz an Peroxyd bei — 600C biegsamer ist als ein auf übliche Weise verarbeitetes gleiches Polyäthylen mit der gleichen Rußdosierung bei 25° C. Trotz dieser verbesserten Biegsamkeit ist es bei jeder beliebigen Temperatur stärker und formbeständiger. Die Verbesserung der Formbeständigkeit zeigt sich augenfällig in der unterschiedlichen Durchbiegung von 12 mm breiten Streifen, die aus den obengenannten Polyäthylentafeln geschnitten und an einem Ende in waagerechter Lage in einem bei einer konstanten Temperatur von 1500C gehaltenen Ofen eingespannt werden. Nach 5 Minuten ist der ohne Dicumylperoxydzusatz hergestellte Streifen so weich geworden, daß er sich durch sein Eigengewicht rechtwinklig zu seiner ursprünglichen Lage auf seiner ganzen freien Länge von ungefähr 5 cm nach unten gebogen hat, während das freie Ende des Streifens aus dem mit Dicumylperoxydzusatz hergestellten Material nur einen ganz geringen Durchgang hat (etwa 12 mm von der ursprünglichen Lage).These values show that the polyethylene with the addition of peroxide at - 60 0 C is more flexible than a processed in the usual way with the same polyethylene having the same Rußdosierung at 25 ° C. In spite of this improved flexibility, it is more at any temperature and dimensionally stable. The improvement of the dimensional stability appears obvious in the different deflection of 12 mm wide strips which are cut from the above Polyäthylentafeln and clamped at one end in a horizontal position in a room kept at a constant temperature of 150 0 C oven. After 5 minutes, the strip produced without the addition of dicumyl peroxide has become so soft that it has bent downwards through its own weight at right angles to its original position over its entire free length of about 5 cm, while the free end of the strip is made of the material produced with the addition of dicumyl peroxide has only a very small passage (about 12 mm from the original position).
Wenn an Stelle von 3 Teilen 2 Teile Dicumylperoxyd in dem obigen Versuch verwendet werden, ist die Verbesserung der Eigenschaften fast genauso groß. Wenn die Tafel bei 188°C anstatt bei 1600C geformt wird, ist die Annäherung der mit 2 Teilen Dicumylperoxyd erzielten Ergebnisse an die obengenannten Werte noch größer.If 2 parts of dicumyl peroxide are used instead of 3 parts in the above experiment, the improvement in properties is almost as great. When the panel at 188 ° C instead of being molded at 160 0 C, the convergence of the results obtained with 2 parts of dicumyl peroxide to the above values is even greater.
Ein im Niederdruckverfahren hergestelltes hochmolekulares Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 2,1, in das auf übliche Weise etwa 11 Gewichtsteile eines hoch abriebfesten Ofenrußes mit einem pH-Wert von etwa 9,0 und einer Teilchengröße von 23 bis 25 ηαμ pro 100 Teile Polyäthylen eingearbeitet wurden, versprödete bereits bei einer Temperatur von 200C. Durch Zusatz von 1,5 Gewichtsteilen Dicumylperoxyd mit einer Reinheit von 95% neben den 11 Gewichtsteilen Ruß zum gleichen Polyäthylen und Erhitzen des zu Tafeln geformten Materials für 30 Minuten bei 1600C kann ein Material erhalten werden, das bei 2O0C nicht nur vollkommen biegsam ist, sondern auch einen höheren Erweichungspunkt und eine höhere Zugfestigkeit hat als die Vergleichsprobe.A high molecular weight polyethylene with a melt index of 2.1 produced in the low pressure process, into which about 11 parts by weight of a highly abrasion-resistant furnace carbon black with a pH of about 9.0 and a particle size of 23 to 25 ηαμ per 100 parts of polyethylene were incorporated in the usual way already brittle at a temperature of 20 0 C. by the addition of 1.5 parts by weight of dicumyl peroxide having a purity of 95% in addition to 11 parts by weight of carbon black for the same polyethylene and heating the shaped material to panels for 30 minutes at 160 0 C, a material can be obtained, which is not only completely flexible at 2O 0 C, but also has a higher softening point and a higher tensile strength than the comparison sample.
An Stelle der im obigen Beispiel verwendeten 1,5 Teile Dicumylperoxyd können mit gleichem Erfolg etwa 2 Teile Bis-(p-tert.-butylcumyl)-peroxyd zugesetzt werden.Instead of the 1.5 parts of dicumyl peroxide used in the above example, you can achieve the same success about 2 parts of bis (p-tert-butylcumyl) peroxide are added.
Aus den vorstehenden Beispielen ergibt sich, daß die gemäß der Erfindung verwendeten Mischungen in unerwartetem Maße bessere Eigenschaften aufweisen als nach bekannten Verfahren hergestellte Polyäthylen-Füllstoff-Mischungen. From the above examples it can be seen that the mixtures used according to the invention in unexpectedly have better properties than polyethylene filler mixtures produced by known processes.
Zwar wird für die gemäß der Erfindung verwendeten Mischungen bevorzugt Ruß als Füllstoff verwendet, jedoch können auch andere bekannte, neutrale oder alkalische Füllstoffe als Zusatz verwendet werden. Geeignete Füllstoffe sind beispielsweise Carbonate und Silicate von Calcium, Magnesium und anderen Metallen.Although carbon black is preferably used as filler for the mixtures used according to the invention, however, other known, neutral or alkaline fillers can also be used as additives. Suitable fillers are, for example, carbonates and silicates of calcium, magnesium and others Metals.
Außer den in den obigen Beispielen speziell genannten organischen Peroxyden können folgende a-arylsubstituierte Alkylperoxyde verwendet werden:In addition to the organic peroxides specifically mentioned in the above examples, the following a-aryl-substituted Alkyl peroxides are used:
A. Symmetrische Peroxyde
Bis-(<x-phenyläthyl)-peroxyd,
H HA. Symmetrical peroxides
Bis (<x-phenylethyl) peroxide,
HH
C6H5 — C — O — O — C-C6H6 C 6 H 5 - C - O - O - CC 6 H 6
CH3 CH3 CH 3 CH 3
oder Bis-(«-methylbenzyl)-peroxyd;or bis («- methylbenzyl) peroxide;
Bis-(«-p-isopropylcumyl)-peroxyd,
CH3 CHsBis - («- p-isopropylcumyl) peroxide,
CH 3 CHs
C—O—O—CC-O-O-C
CH3 CH8 CH3 CH 3 CH 8 CH 3
Bis-(«-p-nitrocumyl)-peroxyd,
CH3 CH3 Bis - («- p-nitrocumyl) peroxide,
CH 3 CH 3
OaN<O a N <
C—O—O—CC-O-O-C
NO2 NO 2
CH3 CH3 CH 3 CH 3
und deren Isomere, Homologe oder Derivate.and their isomers, homologues or derivatives.
B. Unsymmetrische PeroxydeB. Unsymmetrical Peroxides
\-Cumyl-«-p-tert.~butylcumylperoxyd,\ -Cumyl - «- p-tert. ~ Butylcumyl peroxide,
CH3 CH 3
CH3 CH 3
—C-O-O—C——C-O-O — C—
CH3 CH 3
CH3 CH 3
\-Cumyl- ü-p-xylylperoxyd,\ -Cumyl- ü-p-xylyl peroxide,
CH3 CH 3
ρ O ρ O
CH3 CH 3
Γ"Γ "
-CH3 -CH 3
x-Cumyl-Ä-diphenylmethylperoxyd,x-cumyl--diphenylmethyl peroxide,
CH,CH,
V-C- O — O — C-HV-C-O-O-C-H
CH3 CH 3
Ä-Cumyl-Ä-a'-naphthylmethylperoxyd,Ä-Cumyl-Ä-a'-naphthylmethyl peroxide,
CH.CH.
V- C—O—O — C —V - C - O - O - C -
CH3 H χCH 3 H χ
Ä-Cumyl-si-p-nitrocumylperoxyd, CH3 CH3 Ä-Cumyl-si-p -nitrocumyl peroxide, CH 3 CH 3
—C—O—O—C—<—C — O — O — C— <
-NO«,-NO «,
CH3 CH3 CH 3 CH 3
und deren Isomere, Homologe oder Derivate.and their isomers, homologues or derivatives.
Auf einem Zweiwalzenstuhl, dessen Walzen auf etwa 93°C erhitzt sind, wird eine gewogene Masse aus dem Hochdruckpolyäthylen des Beispiels 1 bis zu einer gleichmäßigen, zusammenhängenden Konsistenz durchgearbeitet. Auf je 100 Gewichtsteile dieser polymeren Masse werden die folgenden Substanzen hinzugefügt und sorgfältig eingearbeitet:A weighed mass is placed on a two-roller mill, the rollers of which are heated to around 93 ° C from the high-pressure polyethylene of Example 1 to a uniform, cohesive consistency worked through. The following substances are used for every 100 parts by weight of this polymeric composition added and carefully incorporated:
1. 75 Gewichtsteile eines gefällten Calciumsilikates mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von einem Durchmesser von 60 m μ. Das gefällte Calciumsilikat hat in wäßriger Suspension einen PH-Wert von etwa 10.1. 75 parts by weight of a precipitated calcium silicate with an average particle size of a diameter of 60 m μ. The precipitated calcium silicate has a in aqueous suspension PH of about 10.
2. 2,5 Gewichtsteile technisches Dicumylperoxyd (Reinheit etwa 95%).2. 2.5 parts by weight of technical dicumyl peroxide (purity about 95%).
Nach der Entfernung des Felles von dem Walzenstuhl wird die Mischung zu Platten von 1,6 mm Dicke verformt und in der Plattenpresse bei etwa 175° C Minuten erhitzt.After the skin has been removed from the roller mill, the mixture becomes sheets 1.6 mm thick deformed and heated in the platen press at about 175 ° C minutes.
Eine aus der fertigen Platte herausgeschnittene Probe wurde getestet und eine Streckgrenze von 2,9 kg/cm2 bei etwa 23° C gefunden. Das fertige Produkt quillt CH3 nur leicht beim Eintauchen in Xylol während 24 Stun-A sample cut from the finished sheet was tested and found to have a yield strength of 2.9 kg / cm 2 at about 23 ° C. The finished product swells CH 3 only slightly when immersed in xylene for 24 hours.
; 5 den bei 80°C, und es verliert dabei nur 14°/0 an; 5 den at 80 ° C, and it only loses 14 ° / 0
- C — CH3 Gewicht. Dagegen ist das Ausgangshochdruckpoly- C - CH 3 weight. On the other hand, the starting point is high pressure poly
äthylen in Xylol bei 80° C vollständig löslich.Ethylene is completely soluble in xylene at 80 ° C.
£j_[ Die besonderen Vorteile des Verfahrens gemäß der£ j_ [The particular advantages of the procedure according to the
Erfindung sind darin zu erkennen, daß bei den soInvention can be seen in the fact that the so
ίο hergestellten Formstücken durch die Verwendung größerer Mengen bestimmter Füllstoffe in Verbindung mit den Peroxyden eine erhebliche Steigerung der Streckgrenze, vor allem bei erhöhten Temperaturen zu verzeichnen ist. Überraschend ist hierbei die Tatsache, daß mit dieser Steigerung nicht gleichzeitig ein bemerkenswerter Verlust in bezug auf die Biegsamkeit oder Widerstandsfähigkeit im Vergleich mit dem Versprödungsbruch bei niederen Temperaturen verbunden ist und darüber hinaus die Steigerung der Zugfestigkeit und der Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannungsrißbildung wiederum ohne wesentlichen Verlust der Biegsamkeit bei niederen Temperaturen einhergeht. Ebenso hoch gefüllte Formstücke, die aber im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Verfahren in Abwesenheit der genannten Peroxyde hergestellt wurden, sind unter den gleichen Bedingungen so spröde, daß sie für die meisten Anwendungszwecke nur sehr bedingt in Frage kommen.ίο manufactured fittings through the use Larger amounts of certain fillers in connection with the peroxides result in a significant increase in the Yield strength, especially at elevated temperatures. What is surprising here is the fact that with this increase there is not at the same time a remarkable loss of flexibility or resistance compared to the low temperature brittleness fracture and, moreover, the increase in tensile strength and resistance to Stress cracking again without significant loss of flexibility at low temperatures goes hand in hand. Also highly filled shaped pieces, but in contrast to the method according to the invention in the absence of the peroxides mentioned are so under the same conditions brittle in that they are only suitable to a very limited extent for most applications.
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Patent Citations (1)
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