DE19710610A1

DE19710610A1 - Spritzgießverfahren zur Herstellung von pigmentierten oder füllstoffhaltigen Formkörpern

Info

Publication number: DE19710610A1
Application number: DE1997110610
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Phys Dipl Tischer; Werner Brennig; Burkhard Dipl Chem Dr Koehler
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2017-03-15
Also published as: DE19710610C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Spritzgießverfahren zur Herstellung von pigmentierten oder füllstoffhaltigen Formkörpern, bei dem Mischungen aus Polymeren und Pigmenten und/oder Füllstoffen direkt in einer Spritzgußmaschine zu Formkörpern verarbeitet werden, wobei die Pulver oder Granulate der Ausgangsstoffe vor dem Spritzgießen außerhalb der Spritzgußmaschine kalt miteinander vermischt werden, die Mischung in der Spritzgußmaschine aufgeschmolzen und verarbeitet wird, wobei die Spritzguß maschine einen Schersteg enthält und der Schnecke der Spritzgußmaschine statische Mischerelemente nachgeschaltet sind.

Aufgabe der Erfindung war es, ein einfaches Spritzgießverfahren zur Herstellung von pigmentierten und/oder füllstoffhaltigen Formkörpern aus Polymeren zu finden. Eine schnelle Bereitstellung von Formkörpern ist für die Überwachung von Polymerpro duktionsprozessen von besonderem Interesse, da nur bei einer schnellen Bereitstellung von Prüfkörpern gegebenenfalls korrigierend rechtzeitig in den Produktionsprozeß eingegriffen werden kann. Besondere Bedeutung kommt dabei der Farbechtheit bzw. Farbhomogenität der erhaltenen Probeformkörper zu.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 44 43 153 A1 beschreibt die Herstellung von Formkörpern in einer Spritzgußmaschine unter Kaltvermischung und Kompaktierung der Einsatzstoffe. Die nach diesem Verfahren hergestellten Formkörper erreichen je doch nicht immer eine befriedigende Farbhomogenität, selbst wenn, wie in DE 44 43 153 beschrieben im Eingangsbereich der Spritzgußmaschine statische Mischer elemente eingesetzt werden.

Aus der Patentschrift US 5 130 076 ist ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus zwei miteinander unverträglichen Thermoplasten bekannt geworden, bei dem Thermoplasten als Granulatgemisch einer Spritzgußmaschine zugeführt werden, auf geschmolzen und miteinander vermischt werden. Aus der Schmelze werden anschlie ßend in üblicher Weise Formteile durch Spritzgießen gefertigt. Die Dispergierung der unverträglichen Komponenten wird dadurch erreicht, daß spezielle Misch- und Scherelemente in der Kompressionszone der Schnecke verwendet werden und die Einwirkung der Scherung auf die Schmelze dadurch verlängert wird, daß die Rota tionszeit der Schnecke um ca. 15% verlängert wird, wobei eine Scherrate von wenig stens 300 s^-1 eingehalten wird.

Es wurde gefunden, daß sich durch Kaltvermischen der pulverförmigen oder granulatförmigen Polymere, der Pigmente und/oder Füllstoffe und anschließende Verarbeitung in der Spritzgußmaschine Formkörper mit besonderer Farbhomogenität herstellen lassen, wenn als Schnecke der Spritzgußmaschine eine Entgasungsschnecke mit Schersteg eingesetzt wird, ohne daß im Bereich der Entgasungsschnecke eine Druckverminderung stattfindet und dadurch, daß der Schnecke der Spritzgußmaschine statische Mischelemente nachgeschaltet sind.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von pigmentierten und/oder füllstoffhaltigen Formkörpern oder Formteilen aus Polymeren und Pigmen ten und/oder Füllstoffen mit Hilfe des Spritzgießverfahrens, bei dem die Ausgangs stoffe der Mischung vor dem Spritzgießen außerhalb der Spritzgußmaschine intensiv miteinander vermischt werden und die Mischung anschließend in der Spritz gußmaschine aufgeschmolzen und verarbeitet wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Spritzgußmaschine eine Schnecke mit 20 bis 50 D, d. h. mit der 20 bis 50fachen Länge im Verhältnis zum Durchmesser der Schnecke aufweist, die, in Vor triebsrichtung gesehen, hinter dem ersten Drittel der Schneckenlänge, vorzugsweise hinter der ersten Hälfte der Schneckenlänge einen Schersteg aufweist, und daß der Schnecke der Spritzgußmaschine statische Mischerelemente nachgeschaltet sind.

Das kalte Mischen der Komponenten erfolgt bevorzugt, indem die Komponenten der Mi schung als Pulver mit einer Teilchengröße (Durchmesser Zahlenmittel) von 0,05 bis 1 mm, bevorzugt von 0,15 bis 0,7 mm in üblichen mechanischen Mischern oder in Behältern auf Walzenstühlen gemischt werden.

Die Polymerkomponenten können gegebenenfalls auch als Granulat mit einem Teilchen durchmesser von 1 bis 10 mm eingesetzt werden. Die Polymerpulver oder -granulate kön nen gegebenenfalls auch einen Teil der Pigmente oder Füllstoffe vor dem Kaltvermischen enthalten. Gegebenenfalls können auch Recyclate oder Produktionsabfälle von Polymeren, die gegebenenfalls schon Pigmente und/oder Füllstoffe enthalten, im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden.

Die Mischung der Komponenten kann auch vor der Spritzgußverarbeitung nach dem Kaltvermischen kompaktiert werden.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzenden Komponenten können auch vor, während oder nach dem mechanischen Vermischen im kalten Zustand mit einem zusätzli chen Verarbeitungshilfsmittel versetzt werden, wobei die Menge an Verarbeitungshilfsmit tel von 0,05 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Mischung, beträgt. Als Verarbeitungshilfsmittel werden bevorzugt flüssige organische Substanzen mit einer Vis kosität von 5 bis 3.000.000 cSt, vorzugsweise von 10 bis 500.000 cSt, eingesetzt. Bei spiele für geeignete Verarbeitungshilfsmittel sind Mineralöle, Paraffinöle, Fettsäureester des Glycerins oder des Trimethylolpropans, des Pentaerythrits oder des Ethylenglycols oder des Propylenglycols, Polydimethylsiloxane, Polyethylenglycole, Polypropylenglycole oder gemischte Polyether des Ethylenglycols und Propylenglycols, Polyisobutylene, Poly butadienöle, Fettsäuren mit einem Molekulargewicht von über 185 g/mol, Dimerfettsäu ren oder hydrierte Dimerfettsäuren.

Thermoplasten, insbesondere amorphe Thermoplasten, die im Sinne des erfindungs gemäßen Verfahrens eingesetzt werden können sind beispielsweise ABS, Polystyrol, SAN-Harze, hochschlagzähes Polystyrol (HIPS), Polyphenylenoxid, Polycarbonat und Polymethylmethacrylat (PMMA). Vorzugsweise werden ABS oder Polycarbonat ein gesetzt.

Als teilkristalline Thermoplasten kommen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver fahrens insbesondere Polyamide, Polybutylenterephthalat, Polyethylenterephthalat, Poly ethylen und Polypropylen in Frage.

Es können auch Mischungen der genannten Thermoplasten eingesetzt werden.

Die Thermoplasten können soweit möglich gegebenenfalls mit Kautschuk schlagzähmodi fiziert sein. Solchen Mischungen können Kompatibilisatoren, wie z. B. Pfropfcopolymere zugesetzt werden.

Den Mischungen können ferner auch UV-Stabilisatoren, Flammschutzmittel, Entfor mungsmittel und andere übliche Kunststoffadditive zugesetzt werden.

Der Schersteg bewirkt kurz nach dem Aufschmelzen der Polymerkomponenten eine Zer teilung von Pigmentagglomerat. Der Schersteg bewirkt ferner eine Stauung des Schmelze flusses an einer Stelle der Vorrichtung, wo die Schmelze noch hochviskos ist, woraus eine sehr starke Friktion der Schmelze resultiert.

Auch wenn als Schnecke insbesondere eine Entgasungsschnecke verwendet wird, wird auf die Nutzung eines Ausdampfdomes im Verfahren verzichtet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß die dann nachher gestellten Formkörper eine sehr gute Homogenität aufweisen und daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Formkörper, z. B. für Qualitätsprüfzwecke, in sehr kurzer Zeit bereitgestellt werden können.

Das Verfahren eignet sich zur Herstellung von Spritzgußkunststoffartikeln und von Prüf körpern zur Produktionsüberwachung und Partieprüfung.

Beispiele

Zur Durchführung der Beispiele werden folgende Thermoplasten eingesetzt:

M60: Copolymerisat aus 72 Gew.-% Styrol und 28 Gew.-% Acrylnitril mit einer Grenzviskosität von 0,55 dl/g (gemessen in DMF, bei 20°C).

P50: Pfropfcopolymerisat von 45 Gew.-% Styol/Acrylnitril im Gewichtsverhältnis Sty rol:Acrylnitril von 72 : 28 auf 55 Gew.-% eines teilchenförmigen Polybutadien kautschuks (mittlerer Teilchendurchmesser 400 nm).

M2600: Polycarbonat mit einer relativen Lösungsviskusität von 1,26 (gemessen als 0,5%ige Lösung in Methylenchlorid bei 25°C).

Die Pigmente werden in Form einer Farbvormischung, bestehend aus
0,002 Teile Makrolexgelb G (Hersteller: Bayer AG)
0,0425 Teile Bayferrox 120M (Hersteller: Bayer AG)
0,0942 Teile Bayferrox 318M (Hersteller: Bayer AG)
0,0613 Teile Lichtblau 4G (Hersteller: Bayer AG)
10 Teile Titandioxid RFK3 (Hersteller: Bayer AG)
0,1 Teile Buy4067 (Stabilisator, Hersteller: Bayer AG)
0,75 Teile Pentaerythrittetrastearat sowie
19 Teilen P50
11 Teile M60
70 Teile M2600
eingesetzt.

Bei Raumtemperatur werden 1181 g Farbvormischung, 672 g P50, 678 g M60 sowie 4317 g M2600 gemischt. Mit dieser Mischung wurden die nachfolgend beschriebenen Versuchsbeispiele durchgeführt.

Die Spritzgußverarbeitung erfolgte auf einer Spritzgußmaschine vom Typ Arburg 221-55-250, der als statisches Mischerelement ein Mischerelement Typ SMK-R (Fa. Sulzer) nachgeschaltet ist.

Zur Beurteilung der Farbhomogenität wurden Platten der Abmessung 150×90×3 mm (Farbmusterplättchen) hergestellt. Die Beurteilung erfolgte visuell.

Vergleichsbeispiel 1

Man führt die Spritzgußverarbeitung auf einer Maschine mit Dreizonenschnecke Typ 25 D, Hersteller Fa. Arburg, bestehend aus einer Einzugszone, Kompressionszone und einer Mischzone, mit folgendem Temperaturprofil durch:

Die Farbmusterplättchen weisen noch deutlich sichtbar Stippen aufgrund nicht aufge schlossener Pigmentpartikel auf

Beispiel 1

Man mischt 86,86 g Pfropfcopolymerisat P50 (als Pulver), 255,85 g SAN-Harz M60 (gemahlen) und 58,28 g der oben genannten Farbvormischung und führt die Spritzguß verarbeitung auf einer Maschine mit einer Plastifizierschnecke Typ 25 Entgasung, also einer Entgasungsschnecke mit der 25fachen Länge im Verhältnis zum Durchmesser der Schnecke, die nach 13 D, d. h. nach einem Abstand, der dem 13fachen des Schnecken durchmessers entspricht, einen Schersteg enthält, mit dem in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Temperaturprofil durch:

Die hiernach erhaltenen Farbmusterplättchen sind vollkommen homogen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von pigmentierten und/oder füllstoffhaltigen Form körpern oder Formteilen mit Hilfe des Spritzgießverfahrens aus Mischungen von Polymeren und Pigmenten und/oder Füllstoffen, wobei die Ausgangsstoffe der Mischung vor dem Spritzgießen außerhalb der Spritzgußmaschine intensiv mit einander vermischt werden und diese Mischung anschließend in der Spritzguß maschine aufgeschmolzen und verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzgußmaschine eine Schnecke mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Schnecke von 20 : 1 bis 50 : 1 aufweist, die, in Vortriebsrichtung gesehen, hinter dem ersten Drittel der Schneckenlänge, vorzugsweise hinter der ersten Hälfte der Schneckenlänge, einen Schersteg enthält und daß der Schnecke der Spritzgußmaschine statische Mischelemente nachgeschaltet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Komponenten als Pulver mit einem Teilchendurchmesser von 0,05 bis 1 mm eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerkom ponenten als Granulat mit einem Teilchendurchmesser von 1-10 mm eingesetzt werden und das der Mischung Verarbeitungshilfsmittel zugesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzugszone der Spritzgußmaschine auf eine Temperatur von 30-100°C gehalten wird.