DE19961972A1 - Organosilan- und/oder Organosiloxan-haltige Mittel für gefülltes Polyamid - Google Patents
Organosilan- und/oder Organosiloxan-haltige Mittel für gefülltes PolyamidInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft spezielle Organosilan- und/oder Organosiloxan-haltige Mittel für die Modifizierung der Oberfläche von Füllstoffen einschließlich deren Verwendung zur Herstellung gefüllter Polyamid-Compounds. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung spezielle oberflächenmodifizierte Füllstoffe, hiermit gefüllte Polyamide und Artikel, die hierauf basieren.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Organosilan- und/oder Organosiloxan-haltige
Mittel für die Modifizierung der Oberfläche von Füllstoffen einschließlich deren
Verwendung zur Herstellung gefüllter Polyamid-Compounds. Ferner betrifft die
vorliegende Erfindung oberflächenmodifizierte Füllstoffe, hiermit gefüllte
Polyamide und Artikel, die hierauf basieren.
Es ist bekannt, Füllstoffe in Polymere einzuarbeiten. Ein Beweggrund hierfür
ist die Kostenersparnis. Ein Teil des teuren Polymers kann durch
preisgünstigen Extenderfüllstoff ersetzt werden. Ein weiterer Grund ist die
gezielte Modifizierung von mechanischen Eigenschaften des Polymers. Der
Füllstoff wird dann zu einem funktionellen Füllstoff. Die mechanischen
Eigenschaften, wie Zugfestigkeit und Biegefestigkeit, von z. B. gefüllten
Polyamid-Compounds (nachfolgend PA-Compound genannt) können so
nachhaltig verbessert werden.
Zur Erzielung höherer Füllgrade werden seit langem Aminosilane, wie z. B.
DYNASYLAN® AMEO, eingesetzt (US 3 843 591, EP 0 136 540 B1).
Nachteilig ist die schlechte Zähigkeit eines unter Verwendung von einem
Aminopropyltrialkoxysilan hergestellten PA-Compound. Ein typisches PA-
Compound enthält zwei völlig unterschiedliche Basiskomponenten: ein
anorganisches Mineral sowie ein organisches Polymer. Das anorganische
Mineral ist im allgemeinen hydrophil und verfügt über einen ionischen Aufbau.
Das organische Polymer ist üblicherweise eher hydrophob und hat einen
kovalenten Aufbau. Beide Basiskomponenten haben unterschiedliche
Ausdehnungskoeffizienten, Oberflächenspannungen, Biegefestigkeiten usw.
Die größte Inkompatibilität liegt an der Grenzfläche der anorganischen und
organischen Komponenten vor. Dies ist üblicherweise die Schwachstelle eines
gefüllten PA-Compounds. Eine Modifizierung der Grenzfläche mit
Aminoalkoxysilanen führt zu einer Haftbrücke und damit zu einer Erhöhung
der Festigkeit des PA-Compounds. Obwohl viele mechanische Eigenschaften
durch das Aminosilan verbessert werden, trifft dies nicht für
Schlagzähigkeitseigenschaften zu.
Aus der deutschen Patentanmeldung 199 08 636.2 sind wasserbasierende
Zusammensetzungen spezieller Amino-funktioneller Siliciumverbindungen,
unter anderem sogenannte "Bis-Aminosilane", zu entnehmen, die man
beispielsweise für die Modifizierung von Glas- und Mineralfaseroberflächen
sowie für die Oberflächenmodifizierung und Behandlung von Pigmenten
einsetzen kann.
EP 0 518 057 B1 offenbart Gemische Vinyl-/alkyl-/alkoxygruppen-haltiger
Siloxane, die als Vernetzungsmittel für thermoplastische Polyolefine
verwendet werden. Gemische Aminopropyl-/alkoxy-/alkyl-funktioneller Siloxan-
Oligomerer gehen aus der deutschen Patentanmeldung 198 49 308.8 hervor,
wobei die Gemische unter anderem als Haftvermittler in gefüllten
thermoplastischen Compounds, bei der Beschichtung von Glasfasern sowie
für die Silanisierung von Füllstoffen und Pigmenten Anwendung finden.
Den europäischen Patentanmeldungen EP 0 716 127 A2, EP 0 716 128 A2
und EP 0 832 911 A1 sind wasserbasierende Organopolysiloxan-haltige
Zusammensetzungen zu entnehmen, die im wesentlichen durch Mischen
wasserlöslicher Aminoalkylalkoxysilane, gegebenenfalls Glycidether- sowie
Methacryloxyalkylalkoxysilanen mit nicht wasserlöslichen Alkylsilanen und
anschließender säurekatalysierter Hydrolyse bzw. Cokondensation unter
Entfernen des Hydrolysealkohols erhältlich sind. Auch solche
Zusammensetzungen können für die Beschichtung von Glasfasern sowie für
die Silanisierung von Füllstoffen und Pigmenten verwendet werden.
Die deutsche Patentanmeldung 198 18 923.0 betrifft stabile
Zusammensetzungen wasserlöslicher Amino- und Alkenyl-funktioneller
Organosiloxane, deren Herstellung und Verwendung zur Modifizierung der
Eigenschaften von Pigmenten und Füllstoffen, wie Aluminiumoxid,
Magnesiumoxid, Kieselsäure, Kreide, Gips, Schwerspart, Glasfasern,
Glasperlen, Ruß, Wollastonit, Kaolin, Glimmer, Talkum - um nur einige zu
nennen.
Darüber hinaus lehrt die deutsche Patentanmeldung 198 18 924.9 ein
Verfahren zur Herstellung oberflächenmodifizierter Füllstoffe durch eine
Behandlung mit einer Organosiloxan-haltigen Zusammensetzung, wobei das
Organosiloxan neben OH-Gruppen mindestens eine Amino-funktionelle
Gruppe und gegebenenfalls weitere funktionelle Gruppen aus der Reihe Alkyl,
Halogenalkyl, Alkenyl, Glycidyletheralkyl, Acryloxyalkyl sowie
Methacryloxyalkyl trägt. Solche Füllstoffe finden Anwendung in Klebstoffen,
Dichtungsmassen, Polymermassen, Farben und Lacken.
Die deutsche Patentanmeldung 198 30 128.6 betrifft Flammschutzmittel,
deren Oberfläche durch eine Behandlung mit Organosilanen bzw.
Organosiloxanen modifiziert ist. Solche Flammschutzmittel finden unter
anderem Anwendung in Polyamiden.
Aus DE 199 29 021.0 geht die Verwendung funktioneller
Organylorganyloxysilane oder deren Cokondensaten auf Trägerstoffen in
Kabelcompounds hervor.
Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, eine weitere Möglichkeit
bereitzustellen, gefüllte, feste und schlagzähe Polyamide bereitzustellen.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den Angaben der
Patentansprüche gelöst.
Es wurde gefunden, daß insbesondere Füllstoffe, die mit einem Mittel A, B
oder C behandelt sind, welche unten näher spezifiziert sind, gute
Festigkeitseigenschaften bei gleichzeitig guten Schlagzähigkeitseigenschaften
in gefüllten, insbesondere kaolingefüllten, PA-Compounds liefern.
Die gleichzeitige Modifizierung der Grenzfläche zwischen Füllstoff und
Polyamid (PA) mit einer Komponente mit haftvermittelnden Eigenschaften,
beispielsweise einem Aminosilan, sowie einer Komponente mit
Schmiermitteleigenschaften, beispielsweise einem Alkylsilan, einem
Polyethersilan oder einem Wachs auf der Grundlage von Polyethylen (PE),
Polypropylen oder Silikon, bewirkt in überraschender und vorteilhafter Weise
eine gute bzw. verbesserte Schlagzähigkeit unter weitgehender Beibehaltung
guter Festigkeitseigenschaften des gefüllten Polyamids.
Eine agglomeratfreie Dispersion des Füllstoffs in der PA-Polymermatrix ist
essentiell und wird bei Einsatz von Füllstoffen, die mit einem der vorliegenden
Mittel behandelt wurden, in ausgezeichneter Weise erreicht.
Darüber hinaus weisen die besagten PA-Compounds ein verbessertes
rheologisches Verhalten auf und lassen sich so leichter compoundieren. Dies
bedeutet für den Compounder eine zusätzliche Kostenersparnis.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher Organosilan- und/oder
Organosiloxan-haltige Mittel A, B oder C für die Modifizierung der Oberfläche
von Füllstoffen, welche bei der Herstellung von gefülltem Polyamid eingesetzt
werden, wobei
das Mittel A mindestens eine Amino-funktionelle Siliciumverbindung der
allgemeinen Formel I
R-NH-(CH2)3-Si(CH3)x(Z)3-x (I),
worin die Gruppen Z gleich oder verschieden sind und Z eine Alkoxygruppe
mit 1 bis 3 C-Atomen oder eine Hydroxygruppe oder ein Chloratom bedeutet,
x gleich 0 oder 1 ist und R eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 20
C-Atomen, eine Cycloalkylgruppe mit 5 bis 12 C-Atomen oder eine Arylgruppe
mit 6 bis 12 C-Atomen bedeutet, vorzugsweise 3-[N-Butylamino]propyl
trimethoxysilan, 3-[N-Butylamino]propyitriethoxysilan, 3-(N-Cyclohexylamino]
propyltrimethoxysilan, oder mindestens ein sogenanntes "Bis-Aminosilan",
vorzugsweise "Bis-AMEO": [(H5C2O)3Si(CH2)3NH(CH2)3Si(OC2H5)3] oder "Bis-
AMMO": [(H3CO)3Si(CH2)3NH(CH2)3Si(OCH3)3], oder mindestens ein tertiäres
Aminosilan, wie "Tris-AMEO": [(H3CO)3Si(CH2)3]3N, oder eine Mischung aus
primären und sekundären und/oder tertiären Aminosilanen und/oder
Aminosiloxanen, welche durch Hydrolyse, Kondensation oder Cokondensation
von primären, sekundären und/oder tertiären Aminosilanen erhältlich sind,
wobei der durchschnittliche Oligomerisierungsgrad der Aminosiloxane
zwischen 2 und 20 liegt, enthält oder
das Mittel B i) mindestens eine Amino-funktionelle Siliciumverbindung der
allgemeinen Formel II
R-Si(CH3)x(Z)3-x (II),
worin die Gruppen Z gleich oder verschieden sind und Z eine Alkoxygruppe
mit 1 bis 3 C-Atomen oder eine Hydroxygruppe oder ein Chloratom bedeutet,
x gleich 0 oder 1 ist und R eine Aminogruppe der Formel
H2N-[(CH2)2NH]y-(CH2)3- mit y gleich 0 oder 1 oder 2 darstellt, vorzugsweise 3-
Aminopropyltrimethoxysilan (AMMO): [H2N(CH2)3Si(OCH3)3], 3-
Aminopropyltriethoxysilan (AMEO): [H2N(CH2)3Si(OC2H5)3], N-Aminoethyl-3-
aminopropyltrimethoxysilan (DAMO): [H2N(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)3] sowie N-
Aminoethyl-N'-aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilan (TRIAMO):
[H2N(CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)3], und/oder mindestens einem
sekundären Aminosilan und/oder mindestens einem tertiären Aminosilan und
ii) mindestens eine Alkyl-funktionelle Siliciumverbindung der allgemeinen
Formel III
R'-Si(CH3)x(Z)3-x (III),
worin die Gruppen Z gleich oder verschieden sind und Z eine Alkoxygruppe
mit 1 bis 3 C-Atomen oder eine Hydroxygruppe oder ein Chloratom bedeutet,
x gleich 0 oder 1 ist und R' eine lineare oder verzweigte oder cyclische,
gegebenenfalls fluorsubstituierte Alkylgruppe mit 1 bis 16 C-Atomen darstellt,
oder mindestens eine Alkenyl-funktionelle Siliciumverbindung der allgemeinen
Formel IV
CH2=CH-(CH2)n-Si(CH3)x(Z)3-x (IV),
worin die Gruppen Z gleich oder verschieden sind und Z eine Alkoxygruppe
mit 1 bis 3 C-Atomen oder eine Hydroxygruppe oder ein Chloratom bedeutet,
x gleich 0 oder 1 ist und n eine ganze Zahl von 0 bis 20 darstellt, oder
mindestens eine Polyether-funktionelle Siliciumverbindung der allgemeinen
Formel V
R-(O-CH2CHR')n-O-(CH2)m-Si(CH3)x(Z)3-x (V),
worin die Gruppen Z gleich oder verschieden sind, Z eine Alkoxygruppe mit 1
bis 3 C-Atomen oder eine Hydroxygruppe oder ein Chloratom bedeutet, R eine
lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen darstellt, R' ein H-
Atom oder CH3-Gruppe bedeutet, n eine ganze Zahl von 5 bis 20 darstellt,
m gleich 2 oder 3 und x gleich 0 oder 1 sind, und/oder iii) gegebenenfalls
einem Gehalt an Siloxanen, welche durch Hydrolyse, Kondensation oder
Cokondensation von Verbindungen der allgemeinen Formel II, der sekundären
Aminosilane - vgl. die allgemeine Formel I -, der tertiären Aminosilane,
Verbindungen der allgemeinen Formeln III, IV oder V erhältlich sind, wobei der
durchschnittliche Oligomerisierungsgrad der Siloxane zwischen 2 und 20 liegt,
enthält oder
das Mittel C i) mindestens eine Alkyl-funktionelle Siliciumverbindung der
allgemeinen Formel III
R'-Si(CH3)x(Z)3-x (III),
worin die Gruppen Z gleich oder verschieden sind und Z eine Alkoxygruppe
mit 1 bis 3 C-Atomen oder eine Hydroxygruppe oder ein Chloratom bedeutet,
x gleich 0 oder 1 ist und R' eine lineare oder verzweigte oder cyclische,
gegebenenfalls fluorsubstituierte Alkylgruppe mit 1 bis 16 C-Atomen darstellt,
und ii) mindestens eine Alkenyl-funktionelle Siliciumverbindung der
allgemeinen Formel IV
CH2=CH-(CH2)n-Si(CH3)x(Z)3-x (IV),
worin die Gruppen Z gleich oder verschieden sind und Z eine Alkoxygruppe
mit 1 bis 3 C-Atomen oder eine Hydroxygruppe oder ein Chloratom bedeutet,
x gleich 0 oder 1 ist und n eine ganze Zahl von 0 bis 20 darstellt, und/oder iii)
gegebenenfalls einem Gehalt an Siloxanen, welche durch Hydrolyse,
Kondensation oder Cokondensation von Verbindungen der allgemeinen
Formel III und IV erhältlich sind, wobei der durchschnittliche
Oligomerisierungsgrad der Siloxane zwischen 2 und 20 liegt, enthält.
Eine besondere Reihe sekundärer Amine stellen die sogenannten Bis-
Aminosilane, beispielsweise Bis-AMMO und Bis-AMEO, sowie die N-
alkylierten Aminosilane der allgemeinen Formel I dar, vorzugsweise 3-(N-
Butylamino)-propyltrimethoxysilan (DYNASYLAN® 1189).
Bis-Aminosilane im Sinne der vorliegenden Erfindung sind auch solche, wie
sie aus DE 199 08 636.2 zu entnehmen sind. Ferner ist hieraus auch eine
Methode zur Hydrolyse, Kondensation bzw. Cokondensation von primären
und sekundären Aminosilanen zu entnehmen. Aus DE 199 08 636.2 gehen
-auch Beispiele für Aminosiloxane hervor; es wird ausdrücklich darauf
hingewiesen, daß der gesamte Inhalt dieser oder der nachfolgend
aufgeführten Zitatstellen gleichzeitig als Offenbarung der vorliegenden
Anmeldung zu sehen sind.
Als primäre Aminosilane eignen sich für die vorliegende Erfindung
beispielsweise 3-Aminopropyltrimethoxysilan (AMMO), 3-Aminopropyl
triethoxysilan (AMEO), N-Aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilan (DAMO).
Ferner wird als Beispiel für ein tertiäres Aminosilan [(H3CO)3Si(CH2)3]3N (Tris-
AMEO) angeführt.
Mischungen aus primären und sekundären und/oder tertiären Aminosilanen
und/oder Aminosiloxanen kann man im allgemeinen durch jeweiliges
Zusammengeben der Einzelkomponenten unter guter Durchmischung
herstellen.
Vorzugsweise enthalten die Mittel A mindestens ein Aminosilan der
allgemeinen Formel II und mindestens ein sekundäres Aminosilan. Besonders
bevorzugt sind Mittel mit einem Gehalt an AMEO oder AMMO und < 0 bis
< 100 Gew.-% Bis-AMEO oder Bis-AMMO als weitere Wirkstoffkomponente.
Als Alkylsilane gemäß Formel III seien beispielsweise folgende Verbindungen
angeführt: Methyltrimethoxysilan (MTMS), Methyltriethoxysilan (MTES),
Ethyltrimethoxysilan (ETMS), Ethyltriethoxysilan (ETES), n-
Propyltrimethoxysilan (PTMO), n-Propyltriethoxysilan (PTEO),
Octyltriethoxysilan (OCTEO).
Beispiele für Alkenyl-funktionelle Siliciumverbindungen gemäß Formel IV sind:
Vinyltrimethoxysilan (VTMO), Vinyltriethoxysilan (VTEO), Allyltrimethoxysilan.
Als Polyether-funktionelle Siliciumverbindungen gemäß Formel V kann
beispielsweise DYNASYLAN® 4140, ein Trimethoxysilylderivat eines
Polyethylenglykols, eingesetzt werden.
Beispiele für weitere Siloxane im Sinne der vorliegenden Erfindung, welche im
allgemeinen durch Hydrolyse, Kondensation oder Cokondensation von
Verbindungen der Formeln I, II sowie Verbindungen der allgemeinen Formeln
III, IV bzw. V erhältlich sind, einschließlich Methoden zur Herstellung
entsprechender Siloxane können insbesondere den europäischen
Schutzrechten EP 0 518 057 B1, EP 0 716 127 A2, EP 0 716 128 A2,
EP 0 832 911 A1 sowie der deutschen Patentanmeldung 198 49 308.8
entnommen werden. Beispielsweise gehören oligomeres Propyltriethoxysilan
(VPS 9892), oligomeres Vinyltrimethoxysilan (DYNASYLAN® 6490) und
cooligomeres Alkyl/Vinylsilan (DYNASYLAN® 6598) zu dieser Produktgruppe.
Geeigneterweise verwendet man bei der vorliegenden Erfindung Mittel B,
welche als Komponenten i) ein Aminosilan der allgemeinen Formel II und ii)
mindestens ein Alkylsilan der allgemeinen Formel III oder ein Polyethersilan
der allgemeinen Formel V enthalten, besonders vorzugsweise eine Mischung
aus AMEO und MTES oder eine Mischung aus AMEO und DYNASYLAN®
4140.
Bevorzugt sind auch Mittel B, die als Komponenten i) ein Aminosilan der
allgemeinen Formel II und iii) Oligomere von mindestens einem Alkylsilan der
allgemeinen Formel III enthalten, beispielsweise eine Mischung aus AMEO
und einem Kondensat auf der Basis von PTEO.
Bei der vorliegenden Erfindung sind auch Mittel B bevorzugt, die als
Komponenten i) ein Aminosilan der allgemeinen Formel II und ii) mindestens
ein Alkenylsilan der allgemeinen Formel IV oder die als Komponenten i) ein
Aminosilan der allgemeinen Formel II und iii) Oligomere von mindestens
einem Alkenylsilan der allgemeinen Formel IV oder die als Komponente iii)
Cooligomere aus mindestens einem Aminosilan der allgemeinen Formel II und
mindestens einem Alkylsilan der allgemeinen Formel III oder die als
Komponente iii) Cooligomere aus mindestens einem Aminosilan der
allgemeinen Formel II und mindestens einem Alkenylsilan der allgemeinen
Formel IV enthalten.
Bei der vorliegenden Erfindung sind auch Mittel C bevorzugt, die als
Komponenten i) ein Alkylsilan der allgemeinen Formel III und ii) mindestens
ein Alkenylsilan der allgemeinen Formel IV enthalten und/oder aus einem
Cooligomer der Komponenten i) und ii) bestehen.
Erfindungsgemäß verwendet man Mittel A, B oder C für die Behandlung von
Füllstoffen, wobei diese insbesondere für die Herstellung von PA-Compounds
eingesetzt werden.
Im allgemeinen kann man die Füllstoffe mit Mittel A, B oder C behandeln,
indem man die Füllstoffe und Mittel zusammengibt, gegebenenfalls unter
Temperaturerhöhung einwirken läßt und so behandelte Füllstoffe
gegebenenfalls nach einer Trennung zusätzlich thermisch nachbehandelt.
Man kann insbesondere so verfahren, wie es DE 198 18 924.9 zu entnehmen
ist, vgl. auch DE 198 18 923.0 sowie DE 198 30 128.6.
Bevorzugt verwendet man als Füllstoff bei der vorliegenden Erfindung
Glasfaser, Glasperlen, Wollastonit, kalziniertes Kaolin, Glimmer, Talkum,
Magnesiumhydroxid, Melamincyanurat, Montmorillonit und Nanocomsites.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit die Verwendung eines
Mittels A, B oder C für die Behandlung von Füllstoffen, insbesondere solche,
die bei der Herstellung von gefülltem Polyamid eingesetzt werden.
Ferner sind auch erfindungsgemäß erhältliche, oberflächenmodifizierte
Füllstoffe Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Darüber hinaus sind Artikel, die mindestens einen erfindungsgemäß
behandelten Füllstoff enthalten, Gegenstand der vorliegenden Erfindung,
insbesondere sogenanntes gefülltes Polyamid.
Beispielsweise - aber nicht ausschließlich - kann man bei der vorliegenden
Erfindung Polyamide des Typs PA 6 (Poly-ε-Caprolactam), PA 6.6
(Polykondensat aus Hexamethylendiamin und Adipinsäure) oder PA 12 (Poly-
12-dodecalactam) verwenden. Ein Beispiel für kommerziell erhältliches PA 6.6
ist die Produktgruppe ZYTEL® von DuPont. Man kann aber auch andere
Polyamide mit erfindungsgemäßen Füllstoffen füllen.
Geeigneterweise verwendet man 0,1 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis
40 Gew.-%, eines erfindungsgemäßen Füllstoffs bei der Herstellung eines
gefüllten PA-Compounds.
Im allgemeinen stellt man einen gefüllten PA-Compound durch Vermischen
des Polyamids und des gecoateten Füllstoffs in einem Compoundierkneter
her. Dazu wird über zwei Dosiervorrichtungen einerseits Polyamid-Granulat
und andererseits der Füllstoff so in den auf eine Temperatur oberhalb der
Schmelztemperatur des Polyamids aufgeheizten Mischer gegeben, daß der
gewünschte Füllgrad eingehalten werden kann. Im allgemeinen bedeutet
Füllgrad das Massenverhältnis zwischen Polyamid und Füllstoff, z. B. bei
60 Gewichtsteilen Polyamid und 40 Gewichtsteilen Füllstoff im Compound ist
der Füllgrad 40%. In der Regel wird das aus dem Mischer kommende PA-
Compound anschließend granuliert und kann z. B. mit einer
Spritzgießmaschine zu Halb- oder Fertigfabrikaten verarbeitet werden.
Gebrauchsfertige, z. B. durch Spritzgießen hergestellte Artikel sind
beispielsweise verschiedenartigste Gehäuse für elektronische Geräte oder
Teile für Kraftfahrzeuge, z. B. Radkappen, Ventilatorgehäuse, um nur einige
zu nennen.
Die in erfindungsgemäßer Weise erhältlichen gefüllten PA-Compounds
zeichnen sich in der Regel sowohl durch eine gute Festigkeit als auch durch
eine gute Schlagzähigkeit aus.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher auch erfindungsgemäß
gefülltes Polyamid sowie Artikel, die auf einem solchen Polyamid basieren.
Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele näher
erläutert.
In einen Labor-Pflugscharmischer, Typ LÖDIGE M20, mit einem
Fassungsvermögen von ca. 20 Litern werden 7 000 g kalziniertes Kaolin
(POLESTAR 200 R, Lieferant ECC/GB) gegeben und der Mischer in Gang
gesetzt. Die Drehzahl des Mischwerkzeugs wird auf 400 Umdrehungen pro
Minute eingestellt und das Kaolin über den Doppelmantel des Mischgefäßes
mittels Thermostat und Wärmeträgeröl auf ca. 80°C temperiert. Nach ca.
30 Minuten Vorwärmen wird über die Dosiervorrichtung des Mischers das
Silan bzw. das Silangemisch zudosiert: ca. 35 g pro Minute, insgesamt 70 g.
Wenn die gesamte Silan-Menge zugegeben ist, wird nach Abstellen der
Wärmezufuhr noch insgesamt 120 Minuten gemischt, davon 90 Minuten unter
vermindertem Druck.
In einen Co-Kneter, Fabrikat BUSS, Typ PR46-11 D, wird über den ersten
Einzug das Polyamid (ZYTEL 101 L, Hersteller DuPont, 12 Stunden bei 80°C
getrocknet) mittels einer Schnecke mit 6,5 kg/h eindosiert. Über den zweiten
Einzug wird mit einer Doppelschnecke das silanisierte Kaolin in einer Menge
von 4,33 kg/h zugegeben. Das Verhältnis Polyamid zu Kaolin beträgt dadurch
60 : 40, d. h. der Füllgrad ist 40%. Die Drehzahl des Kneters beträgt ca.
150 Umdrehungen pro Minute, die Zylindertemperatur 290°C, der Durchsatz
ca. 15 kg/h. Der Füllgrad wird durch die Bestimmung des Aschegehalts
kontrolliert.
Das fertige Compound wird granuliert und zur Herstellung von Prüfkörpern mit
einer Spritzgießmaschine, Fabrikat ENGEL, Typ ES 240155, weiterverarbeitet.
Der Spritzguß erfolgt bei einem Druck von 2150 bar und einer Temperatur
von ca. 267°C. Gespritzt werden Normzugstäbe (Mehrzweckstäbe Nr. 84) aus
folgenden Materialkombinationen:
Ansatz-Nr. | |
Polyamid und Kaolin, gecoatet mit 1 Gew.-% Silan/Siloxan (bezogen auf Kaolin) | |
1 (Vergleichsbeispiele) | γ-Aminopropyltrimethoxysilan, (DYNASYLAN® AMEO) |
2 (Vergleichsbeispiele) | γ-Aminopropyltrimethoxysilan, technische Qualität, (DYNASYLAN® AMEO-T) |
3 | 3-(N-Butylamino)-propyltrimethoxysilan, (DYNASYLAN® 1189) |
4 | Physikalische Mischung aus 60 Gew.-Teilen DYNASYLAN® AMEO-T und 40 Gew.-Teilen des PTEO-Oligomers VPS 9892 |
5 | Physikalische Mischung aus 2 Gew.-Teilen DYNASYLAN® AMEO und 1 Gew.-Teil DYNASYLAN® MTES, (DYNASYLAN® 1291) |
6 | Physikalische Mischung aus 2 Gew.-Teilen DYNASYLAN® AMEO-T und 1 Gew.-Teil Polyethersilan DYNASYLAN® 4140 |
Prüfergebnisse der nach den Beispielen 1 und 2 hergestellten Polyamid-
Kaolin-Compounds:
Die Beispiele zeigen, daß erfindungsgemäße Mittel, vgl. die Ansätze 3 bis 5,
im Vergleich zur Standard-Oberflächenmodifikation mit DYNASYLAN® AMEO
oder AMEO-T, vgl. die Ansätze 1 und 2, eine Verbesserung der Eigenschaften
und der Verarbeitbarkeit des so silanisierten Kaolins in Polyamid bewirken.
Das Beispiel 5 zeigt die deutliche Erhöhung der Schlagzähigkeit der Polyamid-
Compounds, - vor allem die Erhöhung der Schlagzähigkeit gemäß der Norm
DIN EN ISO 180 (Izod-Schlagzähigkeit). Diese Erhöhung der Schlagzähigkeit
bedeutet eine Verbesserung der Gebrauchseigenschaften der mit den
erfindungsgemäßen Polyamid-Compounds hergestellten Fertigprodukte.
Aus dem Beispiel 7 ist zu entnehmen, daß auch die Verarbeitung der
erfindungsgemäßen Polyamid-Compounds durch die etwa 10% höhere
Fließfähigkeit erleichtert wird.
Die Beispiele 3 und 4 zeigen ferner, daß die erfindungsgemäßen
oberflächenmodifizierten Füllstoffe die Zug- und Biegefestigkeit des Polyamid-
Compounds so gut wie nicht beeinflussen.
Auch die thermischen Eigenschaften, hier dargestellt durch die
Erweichungstemperatur, werden gemäß Beispiel 6 nicht signifikant durch die
erfindungsgemäße Oberflächenmodifikation des Füllstoffs beeinflußt.
Claims (17)
1. Organosilan- und/oder Organosiloxan-haltige Mittel A, B oder C für die
Modifizierung der Oberfläche von Füllstoffen, welche bei der Herstellung
von gefülltem Polyamid eingesetzt werden,
wobei das Mittel A eine Amino-funktionelle Siliciumverbindung der allgemeinen Formel I
R-NH-(CH2)3-Si(CH3)x(Z)3-x (I)
worin die Gruppen Z gleich oder verschieden sind und Z eine Alkoxygruppe mit 1 bis 3 C-Atomen oder eine Hydroxygruppe oder ein Chloratom bedeutet, x gleich 0 oder 1 ist und R eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 20 C-Atomen, eine Cycloalkylgruppe mit 5 bis 12 C-Atomen oder eine Arylgruppe mit 6 bis 12 C-Atomen darstellt,
oder mindestens ein Bis-Aminosilan
oder mindestens ein tertiäres Aminosilan
oder eine Mischung aus primären und sekundären und/oder tertiären Aminosilanen und/oder Aminosiloxanen, welche durch Hydrolyse, Kondensation oder Cokondensation von primären, sekundären und/oder tertiären Aminosilanen erhältlich sind, wobei der durchschnittliche Oligomerisierungsgrad der Aminosiloxane zwischen 2 und 20 liegt, enthält
oder das Mittel B
wobei das Mittel A eine Amino-funktionelle Siliciumverbindung der allgemeinen Formel I
R-NH-(CH2)3-Si(CH3)x(Z)3-x (I)
worin die Gruppen Z gleich oder verschieden sind und Z eine Alkoxygruppe mit 1 bis 3 C-Atomen oder eine Hydroxygruppe oder ein Chloratom bedeutet, x gleich 0 oder 1 ist und R eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 20 C-Atomen, eine Cycloalkylgruppe mit 5 bis 12 C-Atomen oder eine Arylgruppe mit 6 bis 12 C-Atomen darstellt,
oder mindestens ein Bis-Aminosilan
oder mindestens ein tertiäres Aminosilan
oder eine Mischung aus primären und sekundären und/oder tertiären Aminosilanen und/oder Aminosiloxanen, welche durch Hydrolyse, Kondensation oder Cokondensation von primären, sekundären und/oder tertiären Aminosilanen erhältlich sind, wobei der durchschnittliche Oligomerisierungsgrad der Aminosiloxane zwischen 2 und 20 liegt, enthält
oder das Mittel B
- a) mindestens eine Amino-funktionelle Siliciumverbindung
der allgemeinen Formel II
R-Si(CH3)x(Z)3-x (II),
worin die Gruppen Z gleich oder verschieden sind und Z eine Alkoxygruppe mit 1 bis 3 C-Atomen oder eine Hydroxygruppe oder ein Chloratom bedeutet, x gleich 0 oder 1 ist und R eine Aminogruppe der Formel H2N-[(CH2)2NH]y-(CH2)3- mit y gleich 0 oder 1 oder 2 darstellt, und/oder
mindestens einem sekundären Aminosilan und/oder
mindestens einem tertiären Aminosilan und - b) mindestens eine Alkyl-funktionelle Siliciumverbindung
der allgemeinen Formel III
R'-Si(CH3)x(Z)3-x (III),
worin die Gruppen Z gleich oder verschieden sind und Z eine Alkoxygruppe mit 1 bis 3 C-Atomen oder eine Hydroxygruppe oder ein Chloratom bedeutet, x gleich 0 oder 1 ist und R' eine lineare oder verzweigte oder cyclisch, gegebenenfalls fluorsubstituierte Alkylgruppe mit 1 bis 16 C-Atomen darstellt,
oder mindestens eine Alkenyl-funktionelle Siliciumverbindung der allgemeinen Formel IV
CH2=CH-(CH2)n-Si(CH3)x(Z)3-x (IV),
worin die Gruppen Z gleich oder verschieden sind und Z eine Alkoxygruppe mit 1 bis 3 C-Atomen oder eine Hydroxygruppe oder ein Chloratom bedeutet, x gleich 0 oder 1 ist und n eine ganze Zahl von 0 bis 20 darstellt,
oder mindestens eine Polyether-funktionelle Siliciumverbindung der allgemeinen Formel V
R-(O-CH2-CHR')n-O-(CH2)m-Si(CH3)x(Z)3-x (V)
worin die Gruppen Z gleich oder verschieden sind, Z eine Alkoxygruppe mit 1 bis 3 C-Atomen oder eine Hydroxygruppe oder ein Chloratom bedeutet, R eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen darstellt, R' ein H-Atom oder CH3-Gruppe bedeutet, n eine ganze Zahl von 5 bis 20 darstellt, m gleich 2 oder 3 und x gleich 0 oder 1 sind,
und/oder - c) gegebenenfalls einem Gehalt an Siloxanen, welche durch Hydrolyse,
Kondensation oder Cokondensation von Verbindungen der
allgemeinen Formel II, der sekundären Aminosilane, der tertiären
Aminosilane, Bis-Aminosilanen, Verbindungen der allgemeinen
Formeln III, IV oder V erhältlich sind, wobei der durchschnittliche
Oligomerisierungsgrad der Siloxane zwischen 2 und 20 liegt,
enthält
oder das Mittel C - d) mindestens eine Alkyl-funktionelle Siliciumverbindung
der allgemeinen Formel III
R'-Si(CH3)x(Z)3-x (III),
worin die Gruppen Z gleich oder verschieden sind und Z eine Alkoxygruppe mit 1 bis 3 C-Atomen oder eine Hydroxygruppe oder ein Chloratom bedeutet, x gleich 0 oder 1 ist und R' eine lineare oder verzweigte oder cyclisch, gegebenenfalls fluorsubstituierte Alkylgruppe mit 1 bis 16 C-Atomen darstellt, und - e) mindestens eine Alkenyl-funktionelle Siliciumverbindung
der allgemeinen Formel IV
CH2=CH-(CH2)n-Si(CH3)x(Z)3-x (IV),
worin die Gruppen Z gleich oder verschieden sind und Z eine Alkoxygruppe mit 1 bis 3 C-Atomen oder eine Hydroxygruppe oder ein Chloratom bedeutet, x gleich 0 oder 1 ist und n eine ganze Zahl von 0 bis 20 darstellt, und/oder - f) gegebenenfalls einem Gehalt an Siloxanen, welche durch Hydrolyse, Kondensation oder Cokondensation von Verbindungen der allgemeinen Formeln III und IV erhältlich sind, wobei der durchschnittliche Oligomerisierungsgrad der Siloxane zwischen 2 und 20 liegt,
2. Mittel nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel A als Komponenten mindestens ein Aminosilan der
allgemeinen Formel II und mindestens ein sekundäres Aminosilan der
allgemeinen Formel I enthält.
3. Mittel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel B als Komponenten i) ein Aminosilan der allgemeinen
Formel II und ii) mindestens ein Alkylsilan der allgemeinen Formel III
oder ein Polyethersilan der allgemeinen Formel V enthält.
4. Mittel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel B als Komponenten i) ein Aminosilan der allgemeinen
Formel II und iii) Oligomere von mindestens einem Alkylsilan der
allgemeinen Formel III enthält.
5. Mittel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel B als Komponenten i) ein Aminosilan der allgemeinen
Formel II und ii) mindestens ein Alkenylsilan der allgemeinen Formel IV
enthält.
6. Mittel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel B als Komponenten i) ein Aminosilan der allgemeinen
Formel II und iii) Oligomere von mindestens einem Alkenylsilan der
allgemeinen Formel IV enthält.
7. Mittel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel B als Komponente iii) Cooligomere aus mindestens einem
Aminosilan der allgemeinen Formel II und mindestens einem Alkylsilan
der allgemeinen Formel III enthält.
8. Mittel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel B als Komponente iii) Cooligomere aus mindestens einem
Aminosilan der allgemeinen Formel II und mindestens einem Alkenylsilan
der allgemeinen Formel IV enthält.
9. Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel als weitere Komponente mindestens ein Polyethylen-
Wachs, ein Polypropylen-Wachs oder ein Silikon-Wachs enthält.
10. Verwendung eines Mittels A, B oder C nach einem der Ansprüche 1 bis 9
für die Behandlung von Füllstoffen.
11. Verwendung nach Anspruch 10 für die Behandlung von Glasfasern,
Glasperlen, Wollastonit, Kaolin, Glimmer, Talkum, Magnesiumhydroxid,
Melamincyanurat, Montmorillonit.
12. Oberflächenmodifizierte Füllstoffe gemäß Anspruch 10 oder 11.
13. Artikel, die mindestens einen Füllstoff gemäß Anspruch 12 enthalten.
14. Verwendung mindestens eines oberflächenmodifizierten Füllstoffs nach
einem der Ansprüche 1 bis 13 für die Herstellung eines gefüllten
Polyamids.
15. Gefülltes Polyamid gemäß Anspruch 14.
16. Gefülltes Polyamid nach Anspruch 14 oder 15,
gekennzeichnet durch
einen Gehalt an Füllstoff von 0,1 bis 70 Gew.-%.
17. Artikel, die auf einem gefüllten Polyamid nach einem der Ansprüche 14
bis 16 basieren.
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