DE19905503A1 - Thermoplastische Nanocomposites - Google Patents
Thermoplastische NanocompositesInfo
- Publication number
- DE19905503A1 DE19905503A1 DE19905503A DE19905503A DE19905503A1 DE 19905503 A1 DE19905503 A1 DE 19905503A1 DE 19905503 A DE19905503 A DE 19905503A DE 19905503 A DE19905503 A DE 19905503A DE 19905503 A1 DE19905503 A1 DE 19905503A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- weight
- thermoplastic
- component
- nanocomposites
- thermoplastic nanocomposites
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/34—Silicon-containing compounds
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Polyamides (AREA)
- Polymerisation Methods In General (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft thermoplastische Nanocomposites, enthaltend DOLLAR A a) einen thermoplastischen Kunststoff (A), in dem 0,1 bis 10 Gew.-% der in Komponente (A) vorliegenden Monomereinheiten ionische Gruppen tragen, DOLLAR A b) mindestens ein Phyllosilikat (B), das gleichmäßig in der Komponente (A) dispergiert ist. DOLLAR A Des weiteren betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung dieser Nanocomposites sowie ihre Verwendung.
Description
Die Erfindung betrifft thermoplastische Nanocomposites mit vorteilhaft
ausgeglichenem mechanischem Eigenschaftsprofil.
Verbundmaterialien aus organischen Polymeren wie Polyamiden und schichtför
migen Silikaten (Phyllosilikate) sind bekannt. Diese Materialien zeichnen sich
durch eine hohe Steifigkeit aus. Neben einer Verbesserung der Steifigkeit nimmt
jedoch die Zähigkeit durch den Zusatz der Phyllosilikate ab.
Üblicherweise wird eine dauerhafte Mischung des organischen Materials mit dem
anorganischen Material durch Modifizierung des anorganischen Materials in
einem vorgeschalteten Schritt erreicht.
WO93/04117 betrifft Compositematerialien, die eine Polymermatrix und darin
dispergierte plättchenförmige Partikel, bevorzugt Phyllosilikate, aufweisen. Die
Partikel sind mit Oniumverbindungen der allgemeinen Formeln
+NH3R1, +NH2R2R3, +PR4R5R6R7
verknüpft, also hydrophobiert. Die Hydrophobierung wird in einem der Mischung
mit dem Polymeren vorgeschalteten Schritt durchgeführt.
DE-A 43 21 247 betrifft Polyamid-Harzmassen, die eine Polyamid-Komponente
und einen anorganischen Füllstoff enthalten. Zur dauerhaften Mischung des
Polyamids und der anorganischen Füllstoffe können auf die anorganischen
Füllstoffe bekannte Silankupplungsmittel in einem vorgeschalteten Schritt
aufgebracht werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, thermoplastische
Nanocomposites mit einem ausgeglichen vorteilhaften mechanischen Profil
bereitzustellen. Dabei soll eine Modifizierung des anorganischen Materials durch
einen vorgeschalteten Schritt, zum Beispiel eine Hydrophobierung der
eingesetzten Phyllosilikate, eingespart werden.
Diese Aufgabe wird durch thermoplastische Nanocomposites, enthaltend
- a) einen thermoplastischen Kunststoff (A), in dem 0,1 bis 10 Gew.-% der in Komponente (A) vorliegenden Monomereinheiten ionische Gruppen tragen und
- b) mindestens ein Phyllosilikat (B), das gleichmäßig in der Komponente (A) dispergiert ist,
gelöst.
Bevorzugt tragen 2 bis 8 Gew.-%, besonders bevorzugt 4 bis 6 Gew.-% der in
Komponente (A) vorliegenden Monomereinheiten ionische Gruppen.
Die erfindungsgemäßen thermoplastischen Nanocomposites weisen gegenüber
bekannten thermoplastischen Nanocomposites eine höhere Wärmeformbeständig
keit, höhere Festigkeit und höhere Steifigkeit von daraus hergestellten
Spritzgußteilen auf.
Gegenüber glasfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen wird eine
Verbesserung der Oberfläche von aus den thermoplastischen Nanocomposites
hergestellten Formkörpern bei vergleichbaren mechanischen Eigenschaften bei
niedrigerem Füllstoffgehalt erreicht.
Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen thermoplastischen
Nanocomposites
- a) 30 bis 99,99 Gew.-%, bevorzugt 30 bis 79 Gew.-%, besonders bevorzugt 30 bis 68 Gew.-% der Komponente (A),
- b) 0,01 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 15 Gew.-%, besonders bevorzugt 4 bis 10 Gew.-% der Komponente (B),
- c) 0 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 bis 20 Gew.-% weiterer Füllstoffe (C),
- d) 0 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 bis 20 Gew.-% weiterer Zusatzstoffe (D),
worin die Summe aller Komponenten 100 Gew.-% ergibt.
Die thermoplastischen Kunststoffe sind vorzugsweise ausgewählt aus
Polyamiden, Vinylpolymeren, Polyestern, Polycarbonaten, Polyaldehyden und
Polyketonen. Besonders bevorzugt sind Polyamide.
Als polyamidbildende Monomere kommen Lactame wie ε-Caprolactam,
Önantlactam, Capryllactam und Lauryllactam sowie deren Mischungen,
bevorzugt ε-Caprolactam in Frage. Als weitere polyamidbildende Monomere
können beispielsweise Dicarbonsäuren, wie Alkandicarbonsäuren mit 6 bis 12
Kohlenstoffatomen, insbesondere 6 bis 10 Kohlenstoffatomen, wie Adipinsäure,
Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure oder Sebazinsäure sowie Terephthalsäure
und Isophthalsäure, Diamine wie C4- bis C12-Alkyldiamine, insbesondere mit 4
bis 8 Kohlenstoffatomen wie Hexamethylendiamin, Tetramethylendiamin oder
Octamethylendiamin, ferner m-Xylylendiamin, Bis-(4-aminophenyl)-methan, Bis-
(4-aminophenyl)-propan-2,2 oder Bis-(4-aminoxyclohexyl)-methan, sowie
Mischungen von Dicarbonsäuren und Diaminen jeweils für sich in beliebigen
Kombinationen im Verhältnis zueinander, jedoch vorteilhaft im äquivalenten
Verhältnis wie Hexamethylendiammoniumadipat, Hexamethylendiammonium
terephthalat oder Tetramethylendiammoniumadipat, bevorzugt Hexamethylendi
ammoiumadipat und Hexamethylendiammoniumterephthalat eingesetzt werden.
Besondere technische Bedeutung haben Polycaprolactam, Polyamide, die aus
Hexamethylendiamin und Adipinsäure und Polyamide, die aus ε-Caprolactam,
Hexamethylendiamin, Isophthalsäure und/oder Terephthalsäure aufgebaut sind,
insbesondere Polyamid 6 (aus ε-Caprolactam) und Polyamid 6,6 (aus
Hexamethylendiamin/Adipinsäure) erlangt.
Zur Herstellung von Vinylpolymeren geeignete Monomere sind Ethylen,
Propylen, Butadien, Isopren, Chloropren, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid,
Vinylfluorid, Vinylidenfluorid, Styrol, α-Methylstyrol, Divinylbenzol,
Acrylsäure, Methacrylat, Ethylacrylat, n-Propylacrylat, Isopropylacrylat, n-
Butylacrylat, Isobutylacrylat, tert.-Butylacrylat, Methacrylsäure,
Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, n-Propylmethacrylat, Isopropylmethacrylat,
n-Butylmethacrylat, Isobutylmethacrylat, tert.-Butylmethacrylat, Acrylamid,
Methacrylamid, Ethylacrylamid, n-Propylacrylamid, Isopropylacrylamid,
Acrylnitril, Vinylalkohol, Norbonadien, N-Vinylcarbazol, Vinylpyridin, 1-Buten,
Isobuten, Vinylidencyanid, 4-Methylpenten-1-vinylacetat, Vinylisobutylether,
Methylvinylketon, Vinylvinylketon, Methylvinylether, Vinylvinylether,
Vinylvinylsulfid und Acrolein. Diese Monomeren können alleine oder in
Kombiation untereinander verwendet werden. Bevorzugte Vinylpolymere sind
Polystyrol, insbesondere syndiotaktisches Polystyrol, Polyethylen, Polypropylen
und Polyvinylchlorid.
Des weiteren sind Polyester als thermoplastische Kunststoffe geeignet, bevorzugt
auf der Basis von Terephthalsäure und Diolen, besonders bevorzugt sind
Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephthalat.
Weitere geeignete thermoplastische Kunststoffe sind Polycarbonate, Polyketone
und Polyaldehyde wie Polyoxymethylen.
Erfindungsgemäß tragen 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 8 Gew.-%, besonders
bevorzugt 4 bis 6 Gew.-% der in Komponente (A) vorliegenden
Monomereinheiten ionische Gruppen.
Dadurch wird eine dauerhafte Mischung des anorganischen Materials mit dem
thermoplastischen Kunststoff erreicht, ohne daß eine Modifizierung des
anorganischen Materials in einem vorgeschalteten Schritt durchgeführt werden
muß.
Als ionische Gruppen sind vorzugsweise anionische Gruppen wie Carboxylate,
Sulfonate, Phosphate geeignet, soweit die entsprechenden, zur Polymerisation
geeigneten Monomere herstellbar sind. Besonders bevorzugt handelt es sich bei
den ionischen Gruppen in den Monomereinheiten um Carboxylate und Sulfonate.
Ganz besonders bevorzugt ist Natriumsulfoisophthalsäure.
Als entsprechende Monomere sind beispielsweise Tri- und Tetracarbonsäuren
sowie Carbonsäuredianhydride und Salze von Tri- und Tetrasulfonsäuren
geeignet.
Beispiele für Tricarbonsäuren sind Benzol-1,2,3-tricarbonsäure, 2-Methyl-benzol-
1,3,5-tricarbonsäure, Trimellitsäure (Benzol-1,2,4-tricarbonsäure) und cis,cis-
1,3,5-Trimethylcyclohexan-1,3,5-tricarbonsäure.
Beispiele für Tetracarbonsäuren sind Cyclopentan-1,2,3,4-tetracarbonsäure,
Cyclobutan-1,2,3,4-tetracarbonsäure und 2,2-Dimethyl-cyclobutan-1,1,3,3-
tetracarbonsäure.
Als Carbonsäuredianhydride sind beispielsweise Pyromellitsäuredianhydrid,
Naphthalin-1,4,5,8-tetracarbonsäuredianhydrid und 3,3,4,4-Biphenyltetracarbon
säuredianhydrid geeignet.
Geeignete Salze von Tri- und Tetrasulfonsäuren sind beispielsweise Naphthalin-
1,3,6-trisulfonsäure Trinatriumsalz, 8-Tetradecyloxypyren-1,3,6-trisulfonsäure
Trinatriumsalze und Pyren-1,3,6,8-tetrasulfonsäure Tetranatriumsalz.
Bevorzugt werden Carbonsäuredianhydride eingesetzt, besonders bevorzugt ist
Pyromellitsäuredianhydrid.
In der wässrigen Polymerisationslösung liegen die genannten Monomere in Form
ihrer entsprechenden Anionen vor.
Unter einem Phyllosilikat (Schichtsilikat) versteht man im allgemeinen Silikate, in
welchen die SiO4-Tetraeder in zweidimensionalen unendlichen Netzwerken
verbunden sind. (Die empirische Formel für das Anion lautet (Si2O5 2- n)). Die
einzelnen Schichten sind durch die zwischen ihnen liegenden Kationen
miteinander verbunden, wobei meistens als Kationen Na, K, Mg, Al oder/und Ca
in den natürlich vorkommenden Schichtsilikaten vorliegen.
Als Beispiele für synthetische und natürliche Phyllosilikate (Schichtsilikate) seien
Montmorillonit, Smectit, Illit, Sepiolit, Palygorskit, Muscovit, Allevardit, Amesit,
Hectorit, Fluorhectorit, Saponit, Beidellit, Talkum, Nontronit, Stevensit, Bentonit,
Glimmer, Vermiculit, Fluorvermiculit, Halloysit und Fluor enthaltende
synthetische Talkum-Typen genannt. Besonders bevorzugt ist Montmorillonit.
Die Schichtdicken der Phyllosilikate betragen üblicherweise 5 bis 100 Å und ganz
besonders bevorzugt 8 bis 25 Å (Abstand der Schichtoberkante zur folgenden
Schichtoberkante).
Hierbei ist es möglich, den Schichtabstand weiter zu vergrößern, indem man das
Phyllosilikat beispielsweise mit Polyamidmonomeren z. B. bei Temperaturen von
25 bis 300°C, vorzugsweise von 80 bis 280°C und insbesondere von 80 bis 260°C
über eine Verweilzeit von in der Regel von 5 bis 120 Min., vorzugsweise von
10 bis 60 Min., umsetzt (Quellung). Je nach Dauer der Verweilzeit und Art des
gewählten Monomeren vergrößert sich der Schichtabstand zusätzlich um 10 bis
150 Å, vorzugsweise um 10 bis 50 Å. Die Länge der Blättchen beträgt
üblicherweise bis zu 2000 Å, vorzugsweise bis zu 1500 Å. Etwa vorhandene oder
sich aufbauende Präpolymere tragen in der Regel ebenfalls zur Quellung der
Schichtsilikate bei.
Als Füllstoffe eignen sich teilchen- oder faserförmige Füllstoffe. Als
teilchenförmige Füllstoffe eignen sich Carbonate wie Magnesiumcarbonat
(Kreide). Bevorzugt werden faserförmige Füllstoffe eingesetzt. Beispiele
geeigneter faserförmiger Füllstoffe sind Kohlenstoffasern, Kaliumtitanatwhisker,
Aramidfasern oder Glasfasern. Besonders bevorzugt werden Glasfasern
verwendet. Bei der Verwendung von Glasfasern können diese zur besseren
Verträglichkeit mit dem Matrixmaterial mit einer Schlichte und einem
Haftvermittler ausgerüstet sein. Im allgemeinen haben die verwendeten
Kohlenstoff und Glasfasern einen Durchmesser im Bereich von 6 bis 16 µm. Die
Einarbeitung der Glasfasern kann sowohl in Form von Kurzglasfasern als auch in
Form von Endlossträngen (Rovings) erfolgen. Kohlenstoff oder Glasfasern
können auch in Form von Geweben, Matten oder Glasseidenrovings eingesetzt
werden.
Die Zusammensetzungen können darüber hinaus Zusatzstoffe enthalten. Als
solche Zusatzstoffe sind beispielsweise Verarbeitungshilfsmittel, Stabilisatoren
und Oxidationsverzögerer, Mittel gegen Wärmezersetzung und Zersetzung durch
ultraviolettes Licht, Gleit- und Entformungsmittel, Flammschutzmittel, Farbstoffe
und Pigmente und Weichmacher zu nennen.
Pigmente und Farbstoffe sind allgemein in Mengen von 0 bis 4 Gew.-%, bevor
zugt von 0,5 bis 3,5 Gew.-% und besonders bevorzugt von 0,5 bis 3 Gew.-%, be
zogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzungen, enthalten.
Die Pigmente zur Einfärbung von Thermoplasten sind allgemein bekannt, siehe
z. B. R. Gächter und H. Müller, Taschenbuch der Kunststoffadditive, Carl Hanser
Verlag, 1983, S. 494 bis 510. Als erste bevorzugte Gruppe von Pigmenten sind
Weißpigmente zu nennen wie Zinkoxid, Zinksulfid, Bleiweiß
(2 PbCO3.Pb(OH)2), Lithopone, Antimonweiß und Titandioxid. Von den beiden
gebräuchlichsten Kristallmodikfikationen (Rutil- und Anatas-Typ) des
Titandioxids wird insbesondere die Rutilform zur Weißfärbung der
erfindungsgemäßen thermoplastischen Nanocomposites verwendet.
Schwarze Farbpigmente, die erfindungsgemäß eingesetzt werden können, sind
Eisenoxidschwarz (Fe3O4), Spinellschwarz (Cu(Cr,Fe)2O4), Manganschwarz
(Mischung aus Mangandioxid, Siliciumdioxid und Eisenoxid), Kobaltschwarz und
Antimonschwarz sowie besonders bevorzugt Ruß, der meist in Form von Furnace-
oder Gasruß eingesetzt wird (siehe hierzu G. Benzing, Pigmente für
Anstrichmittel, Expert-Verlag (1988), S. 78 ff).
Selbstverständlich können zur Einstellung bestimmter Farbtöne anorganische
Buntpigmente wie Chromoxidgrün oder organische Buntpigmente wie
Azopigmente und Phthalocyanine erfindungsgemäß eingesetzt werden. Derartige
Pigmente sind allgemein im Handel erhältlich.
Weiterhin kann es von Vorteil sein, die genannten Pigmente bzw. Farbstoffe in
Mischung einzusetzen, z. B. Ruß mit Kupferphthalocyaninen, da allgemein die
Farbdispergierung im Thermoplasten erleichtert wird.
Oxidationsverzögerer und Wärmestabilisatoren, die den thermoplastischen
Massen gemäß der Erfindung zugesetzt werden können, sind z. B. Halogenide von
Metallen der Gruppe I des Periodensystems, z. B. Natrium-, Kalium-, Lithium-
Halogenide, ggf. in Verbindung mit Kupfer-(I)-Halogeniden, z. B. Chloriden
Bromiden oder Iodiden. Die Halogenide, insbesondere des Kupfers, können auch
noch elektronenreiche π-Liganden enthalten. Als Beispiel für derartige
Kupferkomplexe seien Cu-Halogenid-Komplexe mit z. B. Triphenylphosphin
genannt. Weiterhin können Zinkfluorid und Zinkchlorid verwendet werden.
Ferner sind sterisch gehinderte Phenole, Hydrochinone, substituierte Vertreter
dieser Gruppe, sekundäre aromatische Amine, gegebenenfalls in Verbindung mit
phosphorhaltigen Säuren bzw. deren Salze, und Mischungen dieser
Verbindungen, im allgemeinen in Konzentrationen bis zu 1 Gew.-%, bezogen auf
das Gewicht der Mischung, einsetzbar.
Beispiele für UV-Stabilisatoren sind verschiedene substituierte Resorcine,
Salicylate, Benzotriazole und Benzophenone, die im allgemeinen in Mengen bis
zu 2 Gew.-% eingesetzt werden.
Gleit- und Entformungsmittel, die in der Regel in Mengen bis zu 1 Gew.-% der
thermoplastischen Masse zugesetzt werden, sind Stearinsäure, Stearylalkohol,
Stearinsäurealkylester und -amide sowie Ester des Pentaerythrits mit langkettigen
Fettsäuren. Es können auch Salze des Calciums, Zinks oder Aluminiums der
Stearinsäure sowie Dialkylketone, z. B. Distearylketon, eingesetzt werden.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen thermoplastischen Nanocomposites kann
auf unterschiedlichen Wegen erfolgen.
In der In-situ-Methode wird das Phyllosilikat (B) in Suspension oder als Feststoff
mit zu dem thermoplastischen Kunststoff (A) polymerisierbaren Monomeren,
wobei 0,1 bis 10 Gew.-% der Monomere ionische Gruppen trägen, gemischt. Es
folgt eine Quellung des Phyllosilikats mit den Monomeren. Die anschließende
Polymerisation der Monomere kann in üblicher Weise durchgeführt werden. Die
so erhaltenen Nanocomposites werden anschließend gegebenenfalls mit weiteren
Komponenten (C) und (D) konfektioniert.
Unter Konfektionierung ist im Sinne der vorliegenden Erfindung die Mischung
der Komponenten, aus denen die Nanocomposites aufgebaut sind, zum Beispiel
im Extruder, zum fertigen Nanocomposite zu verstehen.
Dazu werden die hydrophobierten Phyllosilikate (B) in flüssigen, zur Komponente
(A) (thermoplastische Kunststoffe) polymeriserbaren Monomeren suspendiert und
in Gegenwart von im allgemeinen 0,1 bis 8 Gew.-%, bevorzugt von 0,1 bis 7
Gew.-% Wasser, bezogen auf die Monomeren, polymerisiert. Bevorzugt wird die
Polymerisation in Gegenwart von mehr als 0,2 Gew.-% Wasser, beispielsweise von
0,25 bis 6 Gew.-% Wasser durchgeführt.
Das Wasser kann der Suspension zugegeben werden. Enthalten diese
Suspensionen bereits Wasser, wird entweder kein weiteres Wasser zugegeben
oder nur soviel Wasser zugesetzt, daß die Gesamtmenge an Wasser, bezogen auf
die Monomeren, in dem erfindungsgemäßen Bereich liegt.
Um eine möglichst gute Durchmischung zu erhalten, wird die Suspension
vorteilhafterweise gerührt, besonders bevorzugt mit hoher Scherung. Hierzu
eignen sich z. B. Rührkessel. Anschließend wird im allgemeinen das Wasser auf
einmal, in Portionen oder kontinuierlich zugegeben, wobei die Temperaturen der
Suspension im allgemeinen im Bereich von 70 bis 100°C, bevorzugt im Bereich
von 75 bis 95°C liegen. Die Temperatur der wasserhaltigen Suspension wird
entweder gleichzeitig oder anschließend in der Regel auf 180 bis 330°C,
bevorzugt 220 bis 320°C erhöht. Die Suspension kann entweder in dem Aggregat
verbleiben, in dem sie hergestellt wurde, oder vor oder nach der
Temperaturerhöhung oder vor oder nach der Wasserzugabe in ein anderes
Reaktionsgefäß überführt werden. Besonders vorteilhaft wird die Polymerisation
unter gleichzeitiger Scherung durchgeführt.
Diverse Verfahrensführungen können für die Herstellung der erfindungsgemäßen
Zusammensetzungen angewendet werden. Die Herstellung kann z. B. mittels eines
diskontinuierlichen (Batchprozeß) oder eines kontinuierlich geführten Verfahrens
erfolgen.
Bei dem diskontinuierlichen Verfahren kann die wasserhaltige Suspension bei den
oben angegebenen Temperatur- und Scherbedingungen und unter Druck
polymerisiert werden. Der Druck liegt dabei in der Regel im Bereich von 5 bis 30
bar, bevorzugt im Bereich von 8 bis 20 bar (absolut). Die Verweilzeiten sind
dabei im wesentlichen von den gewählten Temperaturen während der
Polymerisation abhängig und liegen in der Regel im Bereich von 0,5 bis 3 h. Im
allgemeinen wird nach Erreichen des Gleichgewichtsumsatzes das Wasser
verdampft und der Druck auf Atmosphärendruck erniedrigt. Noch in der
Schmelze vorhandenes Wasser kann auch bei diesem Druck zu weiterem
Molekulargewichtsaufbau führen. Anschließend wird das Reaktionsgemisch
ausgetragen, beispielsweise in Form von Schmelzprofilen, abgekühlt,
zweckmäßigerweise, indem es durch ein Wasserbad geleitet wird, und zerkleinert,
bevorzugt granuliert. In der Regel weisen so erhaltene, bevorzugt hergestellte
Polyamide Molekulargewichte von bis zu 22000 g/mol, bevorzugt im Bereich von
8000 bis 22000 g/mol auf.
Das kontinuierliche Verfahren wird nach einer bevorzugten Ausführungsform in
der Regel so ausgeführt, daß man die wasserhaltige Suspension, deren Temperatur
im Bereich von 70 bis 100°C, bevorzugt von 75 bis 95°C beträgt, kontinuierlich
einer ersten Reaktionszone zuführt und dort unter den oben angegebenen
Temperatur- und Scherbedingungen polymerisiert. Gemäß einer besonderen
Ausführungsform können der ersten Reaktionszone außer der wäßrigen
Suspension noch Präpolymere anderer oder der gleichen Monomere zugeführt
werden. Diese können beispielsweise aus der Extraktion von Produktgranulat
stammen (s. unten). Der Druck in der ersten Reaktionszone liegt im allgemeinen
unter 5 bar (absolut). Er kann beispielsweise von 1 bis 3 bar (absolut) betragen.
Die Verweilzeit, die im wesentlichen von Temperatur, Druck und Wassergehalt
des Reaktionsgemisches abhängt, wählt man in der Regel im Bereich von 2 bis 5
h, bevorzugt von 3 bis 4 h. Werden Präpolymere zu der ersten Reaktionsstufe
zudosiert, sind die Verweilzeiten im allgemeinen kürzer als 2 h, beispielsweise 0,5
bis 1 h. In der ersten Reaktionszone wird bei Einsatz von Caprolactoam
üblicherweise bis zu einem Molekulargewicht von 3000 g/mol oder darüber,
bevorzugt im Bereich 5000 bis 7000 g/mol polykondensiert. Die
Endgruppensummenkonzentration kann hierbei beispielsweise im Bereich von
200 bis 600 mmol/kg, vorzugsweise von 300 bis 400 mmol/kg liegen.
Aus der ersten Reaktionszone wird die Reaktionsmischung in eine zweite
Reaktionszone geleitet. Bevorzugt ist das Reaktionsgefäß der zweiten
Reaktionszone, das beispielsweise röhrenförmig sein kann, mit Einbauten
ausgestattet. Dazu zählen geordnete Mischelemente wie Füllkörper (z. B.
Raschigringe, Kugeln oder Pallringe), damit vorzugsweise eine
Mindestverweildauer der noch nicht umgesetzten Monomere in der Schmelze
(zwecks Erzielung eines hohen Umsatzes) gewährleistet ist, und Zonen, in denen
kein oder nur ein minimaler Transport der Schmelze erfolgt ("Totzonen"), sowie
eine Rückvermischung möglichst vermieden wird. Die Temperaturen in der
zweiten Reaktionszone liegen im allgemeinen im selben Bereich wie die in der
ersten Reaktionszone. Die Verweilzeit in der zweiten Reaktionszone kann je nach
Monomerart, Temperatur, Druck und Beschaffenheit des Reaktionsgefäßes in
weiten Grenzen variieren. Im allgemeinen ist die Verweilzeit in der zweiten
Reaktionszone dann länger, wenn in der ersten Reaktionszone kein Präpolymer
zugegeben wurde. Die Polymerschmelze wird aus der zweiten Reaktionszone im
allgemeinen in Form von Schmelzprofilen ausgetragen, mittels eines Wasserbades
abgekühlt und zerkleinert, bevorzugt granuliert. So erhaltenen Polyamide können
z. B. Molekulargewichte im Bereich von 12000 bis 22000 g/mol aufweisen.
Sowohl die nach dem diskontinuierlichen als auch nach dem kontinuierlichen
Verfahren erhaltenen Zusammensetzungen können noch flüchtige Bestandteile
wie eingesetztes Lactam (beispielsweise bei Polymerisation von Caprolactam)
und weitere Monomereinheiten sowie wasserdampfflüchtige Oligomere
aufweisen. Diese entfernt man in der Regel mit Wasser aus dem Polymergranulat
durch Gegenstromextraktion (s. z. B. DD-A 206999). Eine weitere Möglichkeit ist
die Gasphasenextraktion (s. EP-A 0 284 968) mit gleichzeitigem Molekular
gewichtsaufbau, bei der mittels überhitztem Wasserdampf gleichzeitig extrahiert
und getempert werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform führt man die
flüchtigen Bestandteile kontinuierlich quantitativ in den Prozeß zurück, d. h.
vorzugsweise in die erste Reaktionszone. Hierzu wird bevorzugt das
Extraktionswasser auf einen Extraktgehalt von höchstens 85 Gew.-%
aufkonzentriert und der Wassergehalt des erhaltenen Konzentrates durch Zugabe
von frischen Monomeren so eingestellt, daß die Polymerisation in Gegenwart der
erfindungsgemäßen Wassermenge ausgeführt werden kann. Wird die
Polymerisation auf diese Weise durchgeführt, wird in der Regel während der
Polymerisation mindestens eine adiabatische Entspannung zur Verringerung des
Wassergehaltes vorgenommen (s. DE-A-197 52 181).
Die gewünschte Viskositätszahl des Endprodukts kann man auch in an sich
bekannter Weise durch Trocknung beziehungsweise bei der Temperung in fester
Phase durch Polymerisation einstellen.
Die gewünschte Viskositätszahl des Endprodukts liegt hierbei im allgemeinen im
Bereich von 80 bis 350 ml/g, bevorzugt 120 bis 200 ml/g (gemessen an 0,5 Gew.-
%iger Lösung in 95 gew.-%iger Schwefelsäure, nach Abtrennen der unlöslichen
Bestandteile).
Die so erhaltenen Nanocomposites werden gegebenenfalls mit weiteren
Komponenten (C) und (D) nach üblichen Verfahren, zum Beispiel im Extruder
konfektioniert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die erfindungsgemäßen
thermoplastischen Nanocomposites dadurch erhalten werden, daß man den
thermoplastischen, ionische Gruppen aufweisenden Kunststoff (Komponente A)
und das Phyllosilikat (Komponente B) sowie gegebenenfalls die Komponenten
(C) und (D) nach allgemein bekannten Verfahren, z. B. mittels Extrusion, bei
Temperaturen im Bereich von 160 bis 320°C, besonders bevorzugt bei 240 bis
300°C mischt. Dazu eignet sich bevorzugt ein Zweischneckenextruder mit hoher
Scherung, wobei vorzugsweise Scherspannungen gemäß DIN 11 443 von 10 bis
105 Pa, insbesondere 102 bis 104 Pa vorliegen.
Die erhaltenen erfindungsgemäßen thermoplastischen Nanocomposites zeichnen
sich insbesondere durch eine hervorragende Zähigkeit bei sehr guter Steifigkeit
aus. Sie können zur Herstellung von Formkörpern verwendet werden. Solche
Formkörper können vorzugsweise durch Extrusion, Tiefziehen oder
Spritzgußverarbeitung hergestellt werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher Formkörper,
erhältlich unter Verwendung der erfindungsgemäßen Nanocomposites.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung zusätzlich.
Herstellung eines Polyamid 6 (Polycaprolactam) mit 5 Gew.-% Pyromellitsäure
dianhydrid (1,2,4,5-Benzoltetracarbonsäuredianhydrid)/Hexamethylendiamin
(HMD) in Gegenwart von ausgereinigtem Bentonit. Die Polymerisation von Ca
prolactam wurde in Gegenwart von 5 Gew.-% Pyromellitsäuredianhydrid/HMD
durchgeführt. Die Polykondensation wird unter üblichen Bedingungen
durchgeführt.
Herstellung eines Polyamid 6 mit 5 Gew.-% Pyromellitsäuredianhydrid/HMD und
anschließende Konfektionierung mit ausgereinigtem Bentonit. Die Herstellung
von A erfolgt wie in Beispiel 1. Anschließende Konfektionierung aller
Einsatzstoffe mit ZSK 40 bei 275°C unter üblichen Bedingungen.
Herstellung eines Polyamid 6,6 aus (Adipinsäure/Hexamethylendiamin) mit 3
Gew.-% Natriumsulfoisophthalsäure/HMD und anschließende Konfektionierung
mit ausgerinigtem Bentonit. Die Polymerisation von AH-Salz (Hexamethylen
diammoniumadipat) wurde in Gegenwart von 5 Gew.-% Pyromellitsäuredianhy
drid/HMD durchgeführt.
Herstellung eines Polyamid in Gegenwart von ausgereinigtem Bentonit gemäß
Beispiel 1.
Herstellung eines Polyamid 6 und anschließende Konfektionierung mit
ausgerinigtem Bentonit gemäß Beispiel 2.
Herstellung eines Polyamid 6, 6 in Gegenwart von hydrophobierten Bentonit.
Die Viskositätszahl der Matrix wurde an 0,5 gew.-%igen Lösungen in
Schwefelsäure bei 23°C bestimmt.
Die Formbständigkeitstemperatur (Heat-Deflection-Temperature, HDT) wird
gemäß ISO 75 (trocken) bestimmt.
Der Schmelzindex (MVI-Wert) wurde bei einer Temperatur von 275°C unter
einer Belastung von 5 kg bestimmt.
Die Schlagzähigkeiten nach Charpy (an[kJ/m2]) wurden an ungekerbten ISO-
Stäben nach ISO 179-Teil I gemessen.
Der Zugversuch wurde gemäß ISO 527-2 durchgeführt.
Die Ergebnisse der anwendungstechnischen Untersuchungen sind in Tabelle 1
zusammengestellt.
Claims (11)
1. Thermoplastische Nanocomposites, enthaltend
- a) einen thermoplastischen Kunststoff (A), in dem 0,1 bis 10 Gew.-% der in Komponente (A) ionische Gruppen tragen,
- b) mindestens ein Phyllosilikat (B), das gleichmäßig in der Kompo nente (A) dispergiert ist.
2. Thermoplastische Nanocomposites nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß 2 bis 8 Gew.-% der in Komponente (A) vorliegenden
Monomereinheiten ionische Gruppen tragen.
3. Thermoplastische Nanocomposites nach Anspruch 1 oder 2, enthaltend
- a) 30 bis 99,99 Gew.-% der Komponente (A),
- b) 0,01 bis 1 S Gew.-% der Komponente (B),
- c) 0 bis 50 Gew.-% weiterer Füllstoffe (C),
- d) 0 bis 50 Gew.-% weiterer Zusatzstoffe (D),
4. Thermoplastische Nanocomposites nach Anspruch 3, enthaltend
- a) 30 bis 79 Gew.-% der Komponente (A),
- b) 1 bis 12 Gew.-% der Komponente (B),
- c) 10 bis 30 Gew.-% weiterer Füllstoffe (C),
- d) 10 bis 30 Gew.-% weiterer Zusatzstoffe (D),
5. Thermoplastische Nanocomposites nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente (A) ein Polyamid ist.
6. Thermoplastische Nanocomposites nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die ionischen Gruppen in den
Monomereinheiten ausgewählt sind aus Carboxylaten und Sulfonaten
eingesetzt werden.
7. Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Nanocomposites nach einem
der Ansprüche 1 bis 6 nach einer In-situ-Methode, in der das Phyllosilikat
(B) in Suspension oder als Feststoff mit den zum thermoplastischen
Kunststoff (A) polymerisierbaren Monomeren gemischt wird, eine
Quellung des Phyllosilikats mit den Monomeren erfolgt, anschließend eine
Polymerisation der Monomere durchgeführt wird und die so erhaltenen
Nanocomposites gegebenenfalls mit den Komponenten (C) und (D)
konfektioniert werden.
8. Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Nanocomposites nach einem
der Ansprüche 1 bis 6 durch Melt intercalation erfolgt, wobei der
thermoplastische Kunststoff (Komponente A), das Phyllosilikat
(Komponente B) sowie gegebenenfalls die Komponenten (C) und (D) bei
Temperaturen im Bereich von 160 bis 260°C gemischt werden.
9. Verwendung von thermoplastischen Nanocomposites nach einem der
Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung von Formkörpern.
10. Formkörper erhältlich unter Verwendung von thermoplastischen
Nanocomposites nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
11. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus nach Anspruch 10 durch
Extrusion, Tiefziehen oder Spritzgußverarbeitung.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19905503A DE19905503A1 (de) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | Thermoplastische Nanocomposites |
DE50006334T DE50006334D1 (en) | 1999-02-10 | 2000-02-07 | Thermoplastische nanocomposites |
EP00907512A EP1161488B1 (de) | 1999-02-10 | 2000-02-07 | Thermoplastische nanocomposites |
PCT/EP2000/000967 WO2000047662A1 (de) | 1999-02-10 | 2000-02-07 | Thermoplastische nanocomposites |
JP2000598572A JP2002536521A (ja) | 1999-02-10 | 2000-02-07 | 熱可塑性ナノ複合材料 |
AT00907512T ATE266057T1 (de) | 1999-02-10 | 2000-02-07 | Thermoplastische nanocomposites |
US09/869,705 US6673860B1 (en) | 1999-02-10 | 2000-07-07 | Thermoplastic nanocomposites |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19905503A DE19905503A1 (de) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | Thermoplastische Nanocomposites |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19905503A1 true DE19905503A1 (de) | 2000-08-17 |
Family
ID=7897042
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19905503A Withdrawn DE19905503A1 (de) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | Thermoplastische Nanocomposites |
DE50006334T Expired - Lifetime DE50006334D1 (en) | 1999-02-10 | 2000-02-07 | Thermoplastische nanocomposites |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE50006334T Expired - Lifetime DE50006334D1 (en) | 1999-02-10 | 2000-02-07 | Thermoplastische nanocomposites |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6673860B1 (de) |
EP (1) | EP1161488B1 (de) |
JP (1) | JP2002536521A (de) |
AT (1) | ATE266057T1 (de) |
DE (2) | DE19905503A1 (de) |
WO (1) | WO2000047662A1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10029103A1 (de) * | 2000-06-14 | 2002-01-03 | Thueringisches Inst Textil | Verfahren zur Herstellung nanoverstärkter, thermoplastischer Polymerer |
EP1595893A1 (de) * | 2004-05-12 | 2005-11-16 | WOCO Industrietechnik GmbH | Verfahren zur Herstellung von polymeren Verbundmaterialien sowie die nach diesem Verfahren erhaltenen Verbundmaterialien |
WO2007042387A1 (de) * | 2005-10-10 | 2007-04-19 | Epc Anlagenbau Rudisleben Gmbh | Verfahren zur herstellung von polyesternanocompositen |
WO2007122412A1 (en) * | 2006-04-25 | 2007-11-01 | The University Of Reading | Process for the manufacture of a polymer composition |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6938005B2 (en) * | 2000-12-21 | 2005-08-30 | Intel Corporation | Digital content distribution |
WO2006033678A2 (en) * | 2004-05-14 | 2006-03-30 | Univeryity Of Toledo | Integrated molecular synthesis and net shape manufacturing consolidation of polymer nanocomposites and nanocomposites formed therefrom |
US20080009568A1 (en) * | 2004-10-18 | 2008-01-10 | Nitin Kumar | Methods to disperse and exfoliate nanoparticles |
US20060141183A1 (en) * | 2004-12-22 | 2006-06-29 | Williamson David T | Polyester clay nanocomposites for barrier applications |
KR20080114823A (ko) * | 2006-03-29 | 2008-12-31 | 란세스 인크. | 부틸 고무 나노복합체 제조를 위한 중합 방법 |
US8198355B2 (en) * | 2006-06-15 | 2012-06-12 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Nanocomposite compositions of polyamides and sepiolite-type clays |
US7989534B2 (en) * | 2006-07-12 | 2011-08-02 | University Of Connecticut | Polymer-clay nanocomposites and methods of making the same |
US20090142585A1 (en) * | 2007-11-08 | 2009-06-04 | Toshikazu Kobayashi | Nanocomposite compositions of polyamides, sepiolite-type clays and copper species and articles thereof |
KR101488299B1 (ko) * | 2013-02-05 | 2015-01-30 | 현대자동차주식회사 | 난연성 폴리아미드 수지 조성물 |
JP7308818B2 (ja) | 2017-09-28 | 2023-07-14 | デュポン ポリマーズ インコーポレイテッド | 重合方法 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1993004117A1 (en) | 1991-08-12 | 1993-03-04 | Allied-Signal Inc. | Melt process formation of polymer nanocomposite of exfoliated layered material |
GB2268182B (en) | 1992-06-25 | 1996-01-31 | Asahi Chemical Ind | Polyamide resin composition and molded articles obtained therefrom |
JPH06166780A (ja) * | 1992-09-30 | 1994-06-14 | Tonen Chem Corp | 繊維強化樹脂組成物 |
WO1998036022A1 (de) * | 1997-02-17 | 1998-08-20 | Basf Aktiengesellschaft | Flammgeschützte thermoplastische formmassen |
US6060549A (en) * | 1997-05-20 | 2000-05-09 | Exxon Chemical Patents, Inc. | Rubber toughened thermoplastic resin nano composites |
JP3356001B2 (ja) * | 1997-05-26 | 2002-12-09 | 株式会社豊田中央研究所 | 樹脂複合材及びその製造方法 |
US6384121B1 (en) * | 1998-12-07 | 2002-05-07 | Eastman Chemical Company | Polymeter/clay nanocomposite comprising a functionalized polymer or oligomer and a process for preparing same |
AU768841B2 (en) * | 1998-12-07 | 2004-01-08 | University Of South Carolina Research Foundation | Process for preparing an exfoliated, high I.V. polymer nanocomposite with an oligomer resin precursor and an article produced therefrom |
US6136908A (en) * | 1999-06-17 | 2000-10-24 | Industrial Technology Research Institute | Preparation of thermoplastic nanocomposite |
-
1999
- 1999-02-10 DE DE19905503A patent/DE19905503A1/de not_active Withdrawn
-
2000
- 2000-02-07 WO PCT/EP2000/000967 patent/WO2000047662A1/de active IP Right Grant
- 2000-02-07 JP JP2000598572A patent/JP2002536521A/ja not_active Withdrawn
- 2000-02-07 EP EP00907512A patent/EP1161488B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-02-07 DE DE50006334T patent/DE50006334D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-02-07 AT AT00907512T patent/ATE266057T1/de not_active IP Right Cessation
- 2000-07-07 US US09/869,705 patent/US6673860B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10029103A1 (de) * | 2000-06-14 | 2002-01-03 | Thueringisches Inst Textil | Verfahren zur Herstellung nanoverstärkter, thermoplastischer Polymerer |
EP1595893A1 (de) * | 2004-05-12 | 2005-11-16 | WOCO Industrietechnik GmbH | Verfahren zur Herstellung von polymeren Verbundmaterialien sowie die nach diesem Verfahren erhaltenen Verbundmaterialien |
WO2007042387A1 (de) * | 2005-10-10 | 2007-04-19 | Epc Anlagenbau Rudisleben Gmbh | Verfahren zur herstellung von polyesternanocompositen |
WO2007122412A1 (en) * | 2006-04-25 | 2007-11-01 | The University Of Reading | Process for the manufacture of a polymer composition |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002536521A (ja) | 2002-10-29 |
DE50006334D1 (en) | 2004-06-09 |
WO2000047662A1 (de) | 2000-08-17 |
US6673860B1 (en) | 2004-01-06 |
ATE266057T1 (de) | 2004-05-15 |
EP1161488A1 (de) | 2001-12-12 |
EP1161488B1 (de) | 2004-05-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1133530B1 (de) | Thermoplastische nanokomposit-haltige materialien mit elastomer-zusatz | |
EP1394197B1 (de) | Hochviskose Formmassen mit nanoskaligen Füllstoffen | |
EP1161488B1 (de) | Thermoplastische nanocomposites | |
DE69023542T2 (de) | Verfahrung zur Herstellung eines Polyamidverbundmaterials. | |
DE2447101A1 (de) | Glasfaserverstaerkte polyamidharze als formungsmaterial und hieraus gefertigte formgegenstaende | |
EP0667367A2 (de) | Teilaromatische Copolyamidformmassen mit hoher Kristallinität | |
EP3962994B1 (de) | Polymere zusammensetzungen enthaltend ein teilkristallines polymer und verfahren zu deren herstellung | |
EP1299467B1 (de) | Verfahren zur herstellung nanoverstärkter, thermoplastischer polymerer | |
EP1299450B1 (de) | Kontinuierliches verfahren zur herstellung von polyamiden aus aminonitrilen | |
EP0737719B1 (de) | Thermoplastische Formmassen auf der Basis von teilaromatischen Polyamiden und Polyetherimiden | |
EP1053275B1 (de) | Kontinuierliches verfahren zur herstellung von polyamiden aus aminonitrilen | |
EP1780241A1 (de) | Verwendung von Polyamid-Formmassen zur Herstellung von Formteilen mit reduzierter Oberflächenverkohlung | |
EP0694583B1 (de) | Polyamid/Polyolefin-Mischungen | |
DE19905502A1 (de) | Thermoplastische Nanocomposites | |
EP0717078A1 (de) | Thermoplastische Formmassen auf der Basis von teilaromatischen Polyamiden und Polymethacrylimiden | |
EP1595893B1 (de) | Verfahren zur Herstellung von polymeren Verbundmaterialien | |
EP3883986B1 (de) | Verfahren zur herstellung von polyamid 6 | |
WO2000058071A1 (de) | Verfahren zum einarbeiten mindestens eines feststoffpulvers a in die schmelze mindestens eines thermoplastischen polymeren b | |
DE19930946A1 (de) | Herstellung eines thermoplastischen Nanoverbundstoffes | |
DE2020553A1 (de) | Mischpolyamide,Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung | |
DE10029103A1 (de) | Verfahren zur Herstellung nanoverstärkter, thermoplastischer Polymerer | |
WO2001064792A1 (de) | Formmassen auf der basis von polyarylenethersulfonen und polyamiden mit piperidinendgruppen | |
DE2850033C2 (de) | ||
EP0893464A1 (de) | Polyamidformmasse |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8130 | Withdrawal |