DE202011110592U1

DE202011110592U1 - Zusammensetzungen, enthaltend mit Füllstoffen oder Zusatzstoffen modifizierte Kunststoffe mit verminderten Kettenlängen

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Publication number: DE202011110592U1
Application number: DE202011110592.3U
Authority: DE
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2014-12-12
Anticipated expiration: 2021-03-25
Also published as: WO2011116759A1; DE112011101035A5; DE102010052286A1; DE102010052287A1

Abstract

Zusammensetzung, umfassend mindestens einen modifizierten und mit einem Zusatzstoff chemisch funktionalisierten Kunststoff und/oder ein Gemisch eines modifizierten Kunststoffs und eines Füllstoffs oder bestehend aus einem deratigen modifizierten und chemisch funktionalisierten Kunststoff und/oder einem derartigen Gemisch, wobei der modifizierte Kunststoff eine Molekulargewichtsverteilung mit weniger als 5 Gew.-% an Polymeren mit einem Molekulargewicht kleiner 1400 g/mol aufweist und wobei der modifizierte Kunststoff erhältlich ist, indem – mindestens ein zu modifizierender Kunststoff sowie der Füllstoff und/oder der Zusatzstoff einer Friktionszone eines Extruders zugeführt werden und – der Kunststoff mit dem Füllstoff und/oder dem Zusatzstoff durch die Friktionszone hindurchgeführt wird und währenddessen in den Kunststoff Friktionsenergie und thermische Energie eingetragen wird, wobei die Friktionsenergie durch hinreichend schnell rotierende dispergierende Elemente erzeugt wird, so dass zumindest in dem Bereich der Friktionszone, in dem die zu modifizierenden Kunststoffe zugeführt werden, durch die eingetragene Friktionsenergie ein Abbau des zu modifizierenden Kunststoffs zu dem modifizierten Kunststoff und mit dem gegebenenfalls enthaltenen Zusatzstoff während des Abbaus eine chemische Reaktion stattfindet.

Description

Anmelderin:
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung aus mindestens einem modifizierten und mit einem Zusatzstoff chemisch funktionalisierten Kunststoff sowie ein Gemisch eines modifizierten Kunststoffs und eines Füllstoffs. Der modifizierte Kunststloff ist hierbei herstellbar durch Einbringung von Friktionsenergie in zu modifizierende Kunststoffe, insbesondere durch einen Extruder. Hierbei erfolgt eine Veränderung der Molekülkettenverteilung, insbesondere der Molekülkettenlängenverteilung des Kunststoffes und im Regelfall eine damit einhergehende Erniedrigung der Viskosität. Die Erfindung betrifft insbesondere Zusammensetzungen, die modifizierte Polyolefinkunststoffe (einschließlich Polyolefinaltkunststoffe) enthalten. Die modifizierten Polyolefine weisen vorzugsweise Kettenlängen im Bereich von 100 bis 20.000 C-Atomen auf.
Diese Gebrauchsmusteranmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldungen DE 10 2010 012 956.9 , DE 10 2010 023 751.5 , DE 10 2010 052 286.4 und DE 10 2010 052 287.2 , deren jeweiliger Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug vollumfänglich aufgenommen wird.
Es ist bekannt, dass sich Kunststoffe, z.B. Polyolefinkunststoffe, durch thermische Behandlung abbauen lassen. Dafür gibt es die unterschiedlichsten Verfahren, die eine Umwandlung in gasförmige, flüssige und feste Kohlenwasserstoffe wie Paraffine und Wachse betreffen. Bei Polyolefinen wurden sowohl Umsetzungen in Rührreaktoren bei Temperaturen über 420°C als auch der Einsatz von Extrudern mit einer anschließenden Weiterbehandlung in Spaltreaktoren bzw. Rührreaktoren vorgeschlagen. So werden beispielsweise gemäß der DE 196 23 528 A1 Polyolefine mittels eines Extruder und einer nachgeschalteten Crackdestillation gespalten und dabei in etwa ein Drittel feste und etwa zwei Drittel flüssige Produkte umgewandelt.
Die Anwendung von Extrudern – und insbesondere von gleichläufigen Doppelschneckenextrudern – ist in der Kunststofftechnik für das Compoundieren von Kunststoffen allgemein bekannt. Dabei sind der Beanspruchung der Kunststoffe durch Beheizung des Extruders Grenzen gesetzt, da eine zu starke thermische Beanspruchung zu unerwünschten Zersetzungserscheinungen im Kunststoff führt. So zersetzt sich beispielsweise PVC ab etwa 200 °C unter Abspaltung von Salzsäure oder Polystyrol oberhalb 250 °C. Fluorpolymere dagegen zeichnen sich durch eine hohe Temperaturbeständigkeit aus. Auch das Verhalten von Polyolefinen gegenüber thermischen Beanspruchungen wurde untersucht, insbesondere vor dem Hintergrund, Polyolefinabfälle einer stofflichen Nutzung zuzuführen.
Gemäß der DE 196 23 528 A1 erfolgt die Zuführung der benötigten Energie für das Aufspalten von Kunststoffmolekülen durch Zuführung von Wärmeenergie durch die Beheizung der Reaktor- oder Extruderwandung. Gemäß der DE 43 29 435 C1 werden Altkunststoffe in einem Extruder aufgeschmolzen; anschließend erfolgt eine thermische Nachbehandlung in einem Rührreaktor unter Zuführung von Wärmeenergie. Dabei werden die Kunststoffmoleküle in Wachse, Paraffine, Öle bis hin zu Gasen zerlegt.
Bei den beschriebenen Verfahren sind sowohl die Ausgangskunststoffe als auch die im Prozess entstehenden Wachse, Paraffine und Öle während der gesamten Behandlungsdauer den hohen Spalttemperaturen ausgesetzt, was zur Folge hat, dass auch die zunächst entstehenden Zwischenprodukte ihrerseits zu noch kürzeren Spaltprodukten bis hin zu Gasen weiter zerlegt werden. Die nach bekannten Verfahren durch Abbau von Polyolefinen herstellbaren Wachse weisen eine breite Molmassenverteilung auf. In der DE 100 01 998 A1 ist in der dazugehörigen Figur unter anderem die Molmassenverteilung eines derartigen Wachses dargestellt, welche zeigt, dass das Material ein breites Spektrum an Kohlenwasserstoffen aufweist, das bei etwa C₇ bis C₁₀ beginnt und bis hin zu Verbindungen mit etwa 7.000 C-Atomen reicht.
Ein derartig breit gefächertes Molmassenspektrum und der damit verbundene breite Schmelzbereich des Wachses führen dazu, dass das Material sich für bestimmte Anwendungsbereiche nicht oder nur bedingt eignet, insbesondere wenn ein enger Molmassenbereich dafür Voraussetzung ist. Hierfür sind aufwendige Reinigungsschritte erforderlich, wie z.B. in der DE 100 13 466 A1 ausgeführt.
Für verschiedene Anwendungen sind dem Einsatz von Kunststoffen auch durch die hohe Viskosität ihrer Schmelzen Grenzen gesetzt. So erfordert beispielsweise die Einarbeitung von Füll- oder Zusatzstoffen in hochviskose Kunststoffschmelzen einen hohen apparativen und energetischen Aufwand. Dabei muss auch gewährleistet werden, dass die Aufheizung der Schmelzen insbesondere bei temperaturempfindlichen Füll- oder Zusatzstoffen nicht zu deren thermischer Schädigung führt.
Die nach bekannten Verfahren erreichbare Viskositätsverringerung durch thermische Spaltung hat beispielsweise bei Polyolefinen die beschriebene unerwünschte Verbreiterung des Molmassenspektrums zur Folge. Der hohe Anteil an relativ niedrigschmelzenden Verbindungen mit Molmassen unter 1.000 g/mol (Kettenlängen unterhalb etwa C₇₀) beeinträchtigt dabei die Qualität der hergestellten Compounds in unzulässigem Maße.
Die Anwendbarkeit von Polyethylen hoher Dichte, das sich durch eine hohe Latentwärme auszeichnet ist durch die hohe Viskosität des aufgeschmolzenen Kunststoffes stark beeinträchtigt. Um diese hohe Viskosität der Kunststoffschmelze zu verringern, erfolgt hier die Anwendung im Gemisch mit Mikrowachsen. Dieser Zusatz oder auch der bekannte Zusatz von Paraffinen führen zu einer Verbreiterung des Schmelzbereiches und beeinträchtigen die Verwendung solcher Gemische beträchtlich. Die nach herkömmlichen Verfahren erreichbare Viskositätsverringerung durch thermische Spaltung von Polyolefinen hat ebenfalls die unerwünschte Verbreiterung des Molmassenspektrums zur Folge.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, modifizierter Kunststoffe enthaltende Zusammensetzungen anzugeben, wobei die modifizierten Kunststoffe, z. B. modifizierte Polyolefine, Polyamide oder Fluorpolymere, eine enge Molmassenverteilung aufweisen. Ferner sollen die modifizierten Kunststoffe mit einem Zusatzstoff funktionalisiert sein oder als Gemisch mit einem Füllstoff vorliegen. Vorzugsweise sollte dabei auch ein enger Schmelzbereich, eine möglichst geringe Absenkung der Schmelztemperatur und/oder eine im Vergleich zum Ausgangskunststoff deutlich reduzierte Viskosität resultieren. Eine weitere Aufgabe ist es, modifzierte Polyolefine enthaltende Zusammensetzungen anzugeben, die einem Zusatzstoff funktionalisiert sind oder als Gemisch mit einem Füllstoff vorliegen, und bei denen die enthaltenen Kunststoffe eine enge Molmassenverteilung und möglichst auch einen engen Schmelzbereich und eine im Vergleich zum Ausgangskunststoff deutlich reduzierte Viskosität aufweisen.
Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand des unabhängigen Schutzanspruchs gelöst. Unteransprüche und Beschreibung lehren vorteilhafte Weiterbildungen.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung umfasst mindestens einen modifizierten Kunststoff und zusätzlich Füll- und/oder Zusatzstoffe oder sie besteht aus mindestens einem modifizierten Kunststoff und einem Füll- und/oder Zusatzstoff.
Als modifizierte Kunststoffe (und/oder als zu modifizierende Ausgangsmaterialien) sind dabei Homopolymere (z.B. reines Polyethylen), Copolymere (z.B. Block- oder Pfropfcopolymere) und Gemische hiervon (insbesondere Gemische von Homopolymeren oder Gemische von Homopolymeren und Copolymeren) zu nennen. Gemische liegen z.B. häufig bei Polymeren aus Kunststoffabfällen vor.
Als Polymerklassen der modifizierten Kunststoffe (bzw. zu modifizierenden Ausgangsmaterialien) sind insbesondere folgende Polymere zu nennen: modifizierter Polyolefine, Polyamide und Fluor-haltige Polymere (insbesondere Polymere, die sich von fluorierten Olefinen als Monomereinheit ableiten, z.B. von Mono-, Di-, Tri- oder Tetrafluorethylen, -propylen oder genereller -alkylen). Besonders geeignet sind hierbei die Polyolefine, also Polymere der allgemeinen Struktur
in der R¹ und R² unabhängig voneinander für Wasserstoff, eine geradkettige oder verzweigte gesättigte aliphatisch bzw. cycloaliphatische Gruppe stehen. Im Regelfall steht zumindest einer der Reste R¹ und R² für Wasserstoff. Als Polyolefine mit großer technischer Bedeutung kommen auch erfindungsgemäß insbesondere Polyethylene, Polypropylene, Polybutene, sowie Polyisobutene und Poly(4-methyl-1-penten)e in Betracht. Als relevante Copolymere unter den Polyolefinen sind insbesondere Copolymere aus unterschiedlichen Olefinen, z. B. die von Ethylen mit Propylen, zu nennen.
Gemäß einer Ausführungsform besitzen die modifizierten Polyolefine im Wesentlichen Kettenlängen von 100 bis 20.000 C-Atomen (bzw. Molekulargewichte von 1400 bis 280000 g/mol). Im Wesentlichen bedeutet hierbei, dass in der mittels GPC ermittelten Molmassenverteilung zumindest 80 Gew.-% des erhaltenen Polymers im entsprechenden Molekulargewichtsbereich liegt, im Regelfall aber mindestens 85 Gew.-%, häufig mindestens 90 Gew.-% und oft auch mindestens 95 Gew.-%. Unabhängig hiervon sind bei den modifizierten Polyolefinen Molmassen unter etwa 1.000 g/mol maximal in Spuren nachweisbar (also im Regelfall zu weniger als 0,5 Gew.-%, insbesondere zu weniger als 0,1 Gew.-%).
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die in der vorstehend genannten Zusammemensetzung enthaltenen modifizierten Kunststoffe mit einer besonders engen Molmassenverteilung hergestellt werden können, wenn folgendes Verfahren durchgeführt wird:
Zu modifizierende Kunststoffe sowie der Füllstoff und/oder der Zusatzstoff werden einer Friktionszone zugeführt und anschließend durch die Friktionszone hindurchgeführt, wobei in der Friktionszone in die Kunststoffe Friktionsenergie und thermische Energie eingetragen wird. Die Friktionsenergie wird durch hinreichend schnell rotierende dispergierende Elemente erzeugt. Dabei erfolgt zumindest in dem Bereich der Friktionszone, in dem die zu modifizierenden Kunststoffe zugeführt werden, erst durch die (zusätzlich zur thermischen Energie) eingetragene Friktionsenergie ein Abbau der zu modifizierenden Kunststoffe, wobei dann modifizierte Kunststoffe hergestellt werden, die eine Molekulargewichtsverteilung mit weniger als 5 Gew.-% an Polymeren mit einem Molekulargewicht kleiner 1400 g/mol aufweisen. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von modifizierten Polyolefinen.
Erfindungsgemäß wurde ferner erkannt, dass bei einer derartigen Modifizierung insbesondere die langkettigsten Anteile im Molekülspektrum abgebaut werden und die Bildung gasförmiger und flüssiger Reaktionsprodukte weitgehend unterbunden und – inbesondere bei Polyolefinen – die Entstehung von Bestandteilen des Hartparaffin- und Mikrowachsbereiches (also von Bestandteilen mit einer Erstarrungstemperatur am rotierenden Thermometer von 50–80 °C) zurückgedrängt wird. Durch die hinreichend schnelle Rotation der dispergierenden Elemente, die in der Friktionszone der verwendeten Modifizierungsvorrichtung angeordnet sind, wird zum einen Friktionsenergie in die zu modifizierenden Polymere eingetragen, zum anderen wird dadurch erreicht, dass die Verweilzeit des zu modifizierenden Materials an zur Aufheizung des Materials erforderlichen Bestandteilen der die Friktionszone enthaltenden Vorrichtung gering ist, so dass eine lokale Überhitzung des Materials und die unerwünschte Bildung von niedermolekularen Zerstetzungsprodukten (bzw. Depolymerisationsprodukten) im Wesentlichen unterbunden werden kann. Derartige Bestandteile zur Aufheizung können die dispergierenden Elemente selbst, insbesondere aber die äußere Wandung der Friktionszone (beispielsweise die Wandung eines Extruders) sein. Eine Erklärung für den geringen Anteil gebildeter niedermolekularer Abbauprodukte dürfte darin bestehen, dass sich während des Durchtritts des Kunststoffs durch die Friktionszone durch den Abbau besonders langer Polymerketten die Viskosität des Materials stetig vermindert, so dass in der Friktionszone mit zunehmendem "Fortschreiten" des Materials auch die in das Material eingetragene Friktionsenergie abnehmen sollte und somit der Abbau von Polymerketten schließlich im Wesentlichen zum Stoppen kommt.
Der Eintrag der thermischen Energie wird erfindungsgemäß insbesondere so begrenzt, dass das Material in der Friktionszone eine Temperatur besitzt, bei der noch keine signifikante Bildung von Destillationsprodukten aus dem zu modfizierenden Polymer zu beobeachten ist. Der Eintrag thermischer Energie wird daher auf ein Maß begrenzt, bei dem der Kunststoff auf eine Temperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur erwärmt wird; häufig liegt diese Temperatur zumindest 5 °C unter der Zersetzungstemperatur und meist auch zumindest 10°C oder sogar zumindest 20°C unter der Zersetungstemperatur des Kunststoffs. Auch bis zu 40 °C unter der Zersetzungstemperatur des Kunststoffs können im Einzelfall sinvoll sein. Bei Polyolefinen, z.B. Polyethylen oder Polypropylen oder Copolymeren oder Gemischen hiervon, hat sich eine Temperatur von 350°C bis 395 °C als besonders günstig herausgestellt. Wird ein Gemisch mehrerer Polymere eingesetzt, so ist, insbesondere wenn eine Zersetzung in mehreren Temperaturstufen erfolgt, im Regelfall die niedrigste Zersetzungstemperatur maßgeblich.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt der Eintrag von Friktionsenergie mit einem Extruder, insbesondere einem parallelen, gleichsinnig drehenden Doppelschnekkenextruder. Der Doppelschneckenextruder wird bei Drehzahlen von mindestens 400 Umdrehungen pro Minute und Verweilzeiten in der Friktionszone von mindestens 30 Sekunden bei erhöhten Temperaturen betrieben, wobei die eingebrachte thermische Energie zu einer Erwärmung der Friktionszone auf eine Temperatur führt, die unter der Zersetungstemperatur des zu modifizierenden Kunststoffs liegt. In Extrudern lässt sich bei derartigen Drehzahlen und Verweilzeiten die Vorgabe eines nur kurzzeitigen Kontakts des Materials mit der Wandung und ferner die Vorgabe eines ausreichenden Eintrags von Friktionsenergie besonders leicht realisieren. Durch die intensive Durchmischung und die kurze Verweilzeit wird insbesondere erreicht, dass sich die Kunststoffmasse auch beim Kontakt mit beheizten Wandflächen nicht auf Temperaturen erhitzt, die zu unerwünschten Spaltungsreaktionen in Richtung Mikrowachse, Paraffine oder Flüssigprodukte führen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt der Eintrag von Friktionsenergie mittels eines Doppelschneckenextruders bei Drehzahlen von 400 bis 1.600, vorzugsweise 800 bis 1.200 Umdrehungen pro Minute und Verweilzeiten in der Friktionszone von 30 Sekunden bis 5 Minuten, insbesondere 1 bis 3 Minuten, beispielsweise 2 bis 3 Minuten. Die vorstehend angegebene obere Grenze der Verweilzeit und der Umdrehungen hat sich als besonders verfahrensökonomisch herausgestellt. Längere Verweilzeiten können zu einer Verschiebung der Molekulargewichtsverteilung hin zu niedrigeren Molekulargewichten bewirken, die für den jeweiligen Anwendungsfall unerwünscht sein kann.
Unabhängig von oder ergänzend zu den vorstehenden Ausführungsformen kann zumindest eine erfindungsgemäße Aufgabe auch dadurch gelöst werden, dass die kürzerkettigen modifizierten Kunststoffe, beispielsweise der Polyolefinkunststoffe, mittels Energieeintrag durch Friktion in einem parallelen, gleichsinnig drehenden Doppelschneckenextruder bei Drehzahlen von zumindest 400, insbesondere 400 bis 1.600 und vorzugsweise 800 bis 1.200 Umdrehungen pro Minute, bei Verweilzeiten in der Friktionszone von zumindest 30 Sekunden, insbesondere 1 bis 5, vorzugsweise 2 bis 3 Minuten erhalten werden. Im Fall von Olefinkunststoffen liegen die Produkttemperaturen (also die Temperaturen des Kunststoffs in der Friktionszone) insbesondere bei 350 bis 395°C. Mittels dieses Verfahrens werden insbesondere modifizierte Kunststoffe (z.B. modifizierte Polyolefine) erhalten, die ein Spektrum von vorzugsweise 100 bis 20.000 C-Atomen (entspricht Molmassen von etwa 1.400 bis 280.000 g/mol) umfassen. Unter "ein Spektrum umfassen" ist dabei insbesondere zu verstehen, dass in der Molmassenverteilung zumindest 80 Gew.-% des erhaltenen Polymers in diesem Molekulargewichtsbereich liegt, im Regelfall aber mindestens 85 Gew.-%, häufig mindestens 90 Gew.-% und oft auch zumindest 95 Gew.-%.
Durch die Anwendung extrem schnell laufender Doppelschneckenextruder mit sehr hoher Friktion und bei den sehr kurzen Verweilzeiten von wenigen Minuten kann besonders einfach realisiert werden, dass bevorzugt die Kunststoffanteile mit der höchsten Viskosität und damit mit den größten Kettenlängen in kürzerkettige Moleküle zerlegt werden.
Generell ist bezüglich der Extruder, insbeondere der gleichsinnig drehenden Doppelschneckenextruder auszuführen, dass sich die Verweilzeit und die sich einstellende Temperatur im Extruder, die sich aus einem äußeren und einem inneren Wärmeanteil zusammensetzt, von denen der äußere Wärmeanteil von der Extruderheizung stammt und der innere Wärmeanteil durch die Scherung und Friktion des Materials entsteht, in den einzelnen Segmenten entlang eines Extruders lokal einstellen lassen. Der Polymerabbau hängt maßgeblich von der Temperatur und der Verweilzeit ab, er wird im Wesentlichen durch den durch Scherung erzeugten inneren Wärmeanteil erreicht. Da sich mit dem Polymerabbau die Viskosität und damit zugleich der durch Scherung erzeugte innere Wärmeanteil verringert, wird der Abbau gestoppt, wenn keine Moleküle oberhalb einer für eine ausreichende Scherung erforderlichen Kettenlänge mehr vorhanden sind. Auf diese Weise lassen sich die Lage des Peaks und die Breite der Verteilung bis herab zu einer Kettenlänge von etwa 70 C-Atomen durch die Regulierung der inneren und äußeren Wärmeanteile, die zusätzlich entlang des Extruders variiert werden können, sehr gezielt einstellen. Dabei kann die Beheizung der Extruderwandung gleichzeitig für den Ausgleich von Wärmeverlusten über die Außenwand genutzt werden.
Nach den in den 1 bis 4 dargestellten Molmassenverteilungskurven ist davon auszugehen, dass insbesondere die hochviskosen langkettigen Anteile oberhalb von etwa 7.000 C-Atomen (entspricht Molmassen oberhalb von etwa 100.000 g/mol) umgebildet werden, während die im Kunststoff von vornherein enthaltenen kürzeren Anteile im Kettenlängenbereich von etwa 70 bis 7.000 C-Atomen nicht oder nur minimal verändert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden Extruder mit einer Schneckenkonfiguration aus mehreren dispergierenden Schneckenelementen wie z. B. Zahn- oder fördernden, neutralen oder rückfördernden Knetblöcken mit insgesamt 4 bis 20, vorzugsweise 8 bis 12, dispergierenden Elementen eingesetzt. Die Wandtemperaturen des Extruders liegen im Regelfall um etwa 20 bis 60 °C über den Produkttemperaturen (d.h. den Temperaturen des zu modifizierenden bzw. modifizierten Kunststoffs im Extruder), im Fall von Polyolefinen beispielsweise bei 400–420 °C.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind für die Modifizierung gleichsinnig drehende Doppelschneckenextruder geeignet, die über eine hohe Friktion verfügen (bzw. erzeugen), also insbesondere Extruder mit integrierten dispergierenden Elementen, wie beispielsweise einreihigen Zahnmischelementen, mehrreihigen Zahnmischelementen und/oder fördernden, neutralen oder rückfördernden Knetblöcken, die in verschiedenen Hintereinanderschaltungen und/oder teilweise in Kombination mit rückfördernden Förderelementen oder die Schmelze absperrenden Blistern angewendet werden. Die dispergierenden Elemente bringen starke Scherung in das zu modifizierende/modifizierte Gemsich und ermöglichen zusätzlich eine Variierung der Verweilzeit.
Da beim Doppelschneckenextruder die Drehzahl und der Massendurchsatz nicht miteinander gekoppelt sind, ist auch bei hohen Drehzahlen durch einen niedrigen Massendurchsatz eine Verlängerung der Verweilzeit erzielbar. Bei konstanter Verweilzeit ist ein höherer Massendurchsatz durch eine größere Verfahrenslänge des Extruders zu erreichen. Bei den Compoundierextrudern sind die Verfahrenslängen durch das übertragbare Drehmoment limitiert. Da die Viskosität des Materials durch den Abbau des Kunststoffs drastisch abnimmt wird insbesondere stromab Richtung Extruderausgang durch das Material nur wenig Drehmoment aufgebaut, so dass Verfahrenslängen von L = 40D bis L = 100D angewendet werden können.
Die Temperaturen, bei denen die Modifizierung durchgeführt wird, werden in erster Linie von den eingesetzten Kunststoffen, beispielsweise Polyolefinen, bestimmt. So werden etwa modifizierte Polyethylene mit überwiegend geradkettiger Molekülstruktur durch die Behandlung von Polyethylenkunststoffen (einschließlich Polyethylenaltkunststoffen) insbesondere bei Produkttemperaturen bzw. Materialtemperaturen in der Friktionszone von 380 bis 395°C hergestellt, während modifizierte Polypropylene mit überwiegend verzweigtkettiger Molekülstruktur durch die Behandlung von Polypropylenkunststoffen einschließlich Polypropylenaltkunststoffen insbesondere bei Produkttemperaturen bzw. Materialtemperaturen in der Friktionszone von 350 bis 380°C erzeugt werden.
Die Beendigung des Kettenlängenabbaus infolge der eingetretenen sehr deutlichen Viskositätserniedrigung hat zur Folge, dass im Gegensatz zu bekannten Verfahren bei der anmeldungsgemäßen Verfahrensweise Moleküle mit Kettenlängen unterhalb von etwa 70 C-Atomen, also mit Molmassen unter etwa 1.000 g/mol, wie aus den 1 bis 4 ersichtlich, bei der Ermittlung der Molmassenverteilung (mittels Gel-Permeations-Chromatografie) maximal in Spuren nachweisbar sind (also im Regelfall weniger als 0,5 Gew.-%, insbesondere weniger als 0,1 Gew.-% ausmachen). Eine zusätzliche Abtrennung kürzerkettiger Anteile, wie in der DE 100 13 466 A1 beschrieben, wird somit überflüssig. Das in der DE 100 01 998 A1 beschriebene, durch thermische Behandlung gewonnene Abbauprodukt von Polyolefinkunststoffen, das für die nach dem Stand der Technik hergestellten Depolymerisate typisch ist, verfügt dagegen über ein Maximum bei etwa C₇₀ und über beträchtliche Anteile aus dem Paraffin- und Mikrowachsbereich.
Wie vorstehend beschrieben, kann der Abbau der Moleküle am langkettigen Ende des C-Kettenlängenbereiches durch die Verweildauer in der Friktionszone, insbesondere der Friktionszone des Extruders, das heißt durch die Durchsatzgeschwindigkeit, gesteuert werden (vergleiche 3). Aus den 1 bis 4 ist zudem ersichtlich, dass z. B. bei Polyolefinen eine nahezu vollständige Umwandlung der Kunststoffanteile mit Molmassen oberhalb etwa 300.000 g/mol zu geringeren Molmassen erfolgt. "Nahezu vollständig heißt hierbei insbesondere, dass weniger als 3 Gew.-%, insbesondere weniger als 0,5 Gew.-% des modifizierten Materials eine Molmassen oberhalb 300.000 g/mol besitzen). Dieser Anteil kann durch die Prozessführung, insbesondere durch die Variierung der Verweilzeit, ganz gezielt gesteuert werden. Im Regelfall fehlen die in den Kunststoffen vorhandenen Anteile mit Molmassen von 1 Million bis etwa 10 Millionen g/mol in den modifizierten Polyolefinen völlig und sind auch nicht in Spuren (bei der Bestimmung der Molekulargewichtsverteilung mittels Gel-Permeations-Chromatografie) nachweisbar. Eine derart präzise Modifizierung der Kunststoffe kann mit den bisher bekannten Depolymerisationsverfahren nicht erreicht werden.
Der Abbau der Kunststoffe im Extruder kann durch Zugabe von die Viskosität verändernden Substanzen, insbesondere Füllstoffen, beispielsweise Kohlenstoff-basierten Füllstoffen wie Graphen, Fulleren, Carbon-Nanotubes und Kohlefasern, oder Mikropartikel oder Nanopartikel wie Aerosile, Schichtsilikate (z. B. Nanopartikel aus Metallen oder aus keramischen Materialien, etwa Zinkoxid, Sliliciumdioxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirkonoxid und/oder Ceroxid) oder Fasern wie Kohlefasern, beeinflusst werden. Unter Füllstoffen sind erfindungsgemäß insbesondere Partikel zu verstehen, bei denen zumindest eine Dimension eine Abmessung deutlich unterhalb eines Mikrometers, beispielsweise unter 200nm, beträgt. Unabhängig hiervon weisen sphärische Nanopatrikel gemäß einer Ausführungsfrom der Erfindung eine mittleren Teilchengröße der Primärpartikel (bestimmt durch dynamische Lichtstreuung) von bis zu 200 nm auf.
Die die Viskosität verändernden Substanzen werden dem Stand der Compoundiertechnik entsprechend dem Extruder zugegeben, z.B. zusammen mit dem noch nicht aufgeschmolzenen Kunststoff, oder sie werden separat nach der Plastifizierzone an einer stromab liegenden Stelle über ein offenes Verfahrensteil des Extruderzylinders, z. B. mit einem Speiseextruder, einer Seitenfüttereinrichtung oder einer Pumpe, in die Polymerschmelze eingebracht. Durch den Abbauprozess und die damit verbundene erhebliche Viskositätsabsenkung sowie die hohe Scherung lassen sich hohe Anteile von Nanofüllstoffen in einem einzigen Prozessschritt in die abgebauten Kunststoffe einbringen, die später z. B. als Masterbatches für die Kunststoffindustrie eingesetzt werden können. Dem Extruder können auf die oben beschriebene Weise auch größere Teilchen als Nanopartikel wie Fasern, z. B. Glasfasern, Stahlfasern oder Carbonfasern, zugegeben und auf diese Weise in einem einzigen Prozessschritt in die abgebauten Kunststoffe eingebracht werden.
In analoger Weise können dem Polymer als Zusatzstoff Substanzen zugegeben werden, die den Einbau spezifischer funktioneller Gruppen in dem abgebauten Polymer bewirken, wie z. B. Maleinsäureanhydrid oder Fumarsäure. Geeignet sind hierbei insbesondere Substanzen, die mit den sich beim Abbau der Polymere bildenden Radikalen an den Kettenenden der gebildeten Bruchstücke reagieren können. Welche Substanzen hierbei für welche spezifischen Gruppen Verwendung finden können ist dem Fachmann bekannt.
Dem abgebauten Kunststoff können nach dem Abbauprozess in einem weiteren Compoundierschritt die vorgenannten und andere Füllstoffe, wie sie z. B. in den kommerziellen Kunststoffen bereits im Einsatz sind, nachträglich eincompoundiert werden. Da die Schmelzen der modifizierten Kunststoffe bereits bei relativ niedrigen Temperaturen eine niedrige Viskosität aufweisen, kann hier die Compoundierung sehr schonend erfolgen. So ist beispielsweise bei modifiziertem Polyethylen eine Erwärmung auf 140 °C ausreichend, wodurch die Einarbeitung relativ temperaturempfindlicher Füllund/oder Zusatzstoffe möglich wird.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass mit dem anmeldungsgemäßen Verfahren Zusammensetzungen aus modifiziertem Kunststoff, insbesondere Polyolefinen, und Füllstoffen erhalten werden können, die einen deutlich höheren Füllstoffgehalt aufweisen als bisher nach dem Stand der Technik möglich war. Beim Einbringen von Füllstoffen in Kunststoffe nachdem Stand der Technik steigt nämlich beim Einbringen des Füllstoffs z.B. in eine Schmelze des Kunststoffs mit zunehmendem Füllstoffanteil die Viskosität des erhaltenen Gemischs so stark an, dass letzlich keine homogene Durchmischung mehr möglich ist und somit nur eine begrenzte Menge an Füllstoff eingearbeitet werden kann. Durch die Viskositätsverminderung innerhalb der Friktionszone des anmeldungsgemäßen Verfahrens kann ein Material erhalten werden, in dem die Füllstoffpartikel homogen verteilt sind und bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung einen Gewichtsanteil von mindestens 15 Gew.-% besitzen. Im Regelfall sind sogar Gewichtsanteile von bis zu 20 Gew.-% und oft auch von mehr als 20 Gew.-%, beispielsweise bis zu 25 Gew.-% realisierbar. Im Einzelfall kann aber – etwa bei Nanopartikeln mit modifizierten Oberflächen – auch ein noch höherer Anteil realisiert werden. Besteht die Zusammensetzung z.B. (nur) aus dem Kunststoff und dem Füllstoff so beträgt dann der Anteil des nach der Modifikation erhaltenen Kunststoffs weniger als 85 Gew.-%, insbesondere bis zu 80 Gew.-% bzw. bis zu 75 Gew.-%. Die genannten Gewichtsanteile gelten allgemein für Füllstoffe, insbesondere aber für Kohlenstoff-basierte Füllstoffe wie Graphen, Fulleren, Carbon-Nanotubes und Kohlefasern oder Nanopartikel.
Das zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung eingesetzte Verfahren hat aber nicht nur den Vorteil, dass besonders hohe Füllstoffgehalte erzielt werden können. Vielmehr kann bei einem spezifischen angestrebten Füllstoffgehalt auch die Molekulargewichtsverteilung des verwendeten Kunststoffs den jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Soll beispielsweise der Kunststoff, in den der Füllstoff eincompoundiert ist, so weit wie möglich seine ursprünglichen Eigenschaften behalten, so kann – wie vorstehend bereits ausgeführt – durch die Auswahl und Anzahl der dispergierenden Elemente, den Massendurchsatz, die eingestellten Umdrehungen und/oder die Temperatur des zu modifizierenden Kunststoffs in der Friktionszone erreicht werden, dass ein Abbau des zu modifizierenden Kunststoffs nur so weit erfolgt, dass gerade eine homogene Verteilung des konkret eingebrachten Füllstoffs möglich ist.
Für Anwendungen wie beispielsweise die Speicherung von latenter Wärme ist die erreichte Einengung des C-Kettenlängenbereiches von Polyolefinen und damit auch des Schmelzbereichs ein entscheidender Vorteil. Da die hohe Schmelzwärme von Polyethylen, insbesondere von Polyethylen hoher Dichte durch die Modifizierung nicht wesentlich verändert wird, aber im Vergleich zum Kunststoff die Viskosität deutlich erniedrigt ist, eignet sich modifiziertes Polyethylen, insbesondere modifiziertes Polyethylen hoher Dichte als Latentwärmespeichermedium. Auf ein Abmischen beispielsweise mit Paraffin oder Mikrowachs zum Zwecke der Viskositätsverringerung kann dadurch verzichtet werden. Durch Verarbeitung von sortenreinem PE-HD, insbesondere von Material mit einem geringen Grad an Verunreinigungen, sind modifizierte Polyolefine mit engen Schmelzbereichen und hohen Schmelzwärmen mit besonders günstigen Wärmespeichereigenschaften erhältlich. Bei Verwendung von reinem Ausgangsmaterial können Modifikate mit Schmelzwärmen hergestellt werden, die nahe an die mittels DSC ermittelte Schmelzwärme von PE-HD (296 kJ/kg) heranreichen. Auch die aus PE-HD-Abfällen gewonnenen Produkte sind für Wärmespeicherzwecke noch sehr gut geeignet.
Für den Einsatz auf dem Wachsgebiet bedeuten die modifizierten Polyolefine eine Erweiterung der Produktpalette durch hochmolekulare Produkte von sehr hoher Härte, bestehend aus Kohlenwasserstoffen mit einer Kettenlänge oberhalb C₇₀ bis zu Wachsen mit Kettenlängen von einigen zehntausend C-Atomen. Insbesondere das Modifikat aus Polypropylen weist eine enorme Härte auf.
Grundsätzlich lassen sich die erfindungsgemäßen Modifikate durch eine zusätzliche thermische Nachbehandlung der Schmelze bei Temperaturen um 400°C und darüber auch zu Produkten des Mikrowachs- und Paraffinbereiches oder zu Flüssigprodukten spalten, z.B. in Form einer nachgeschalteten thermischen Behandlungsstufe nach dem Stand der Technik.
Ausführungsbeispiele
Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird die Erfindung nachfolgend anhand von Figuren und Beispielen näher beschrieben. Es zeigen:
1 die Molmassenverteilung von PE-HD Neuware und modifiziertem Produkt bei einem Durchsatz von 2,5 kg/h
2 die Molmassenverteilung von PE-HD Sekundärmaterial und modifiziertem Produkt bei einem Durchsatz von 10 kg/h
3 die Molmassenverteilung von modifiziertem Produkt bei unterschiedlicher Behandlungsdauer
4 die Molmassenverteilung von PP Sekundärmaterial und modifiziertem Produkt
5 das Viskositätsverhalten von PE-HD Sekundärmaterial vor und nach der Modifizierung
Beispiel 1 (nicht anspruchsgemäß):
Eingesetzt wurde handelsübliches granuliertes PE-HD-Primärmaterial (Neuware). Das Einbringen von Friktionsenergie erfolgte mittels eines parallelen, gleichsinnig drehenden Doppelschneckenextruder (Schneckendurchmesser 25 mm) der Länge 48D, der aus drei unterschiedlichen Bereichen bestand, der Plastifizierzone für die Plastifizierung des Kunststoffes, der Abbauzone, in der der molekulare Abbau erfolgt, und der Kühlzone, in der der abgebaute Kunststoff auf eine für den Austrag und die anschließende Granulieung geeignete Temperatur abgekühlt wurde. Die Plastifizierzone erstreckte sich über eine Länge von 12D, der Verfahrensaufbau (Schnecke und Zylinderelemente) und die Tempeaurerläufe waren dem Stand der Technik für die Plastifizierung von PE entsprechend. Die sich daran anschließende Abbauzone der Länge 28D bestand aus einer sich sieben mal wiederholenden Anordnung von Zahnmischelementen und Förderelementen, wobei die Länge der Zahnmischelemente in jeder Anordnung etwa doppelt so groß war wie die der Förderelemente. Das Einbringen der thermischen Energie erfolgte über die Zylinder der Abbauzone; der erste und der letzte Zylinder wurden zur Anpassung an die niedrigere Temperatur der vorhergehenden Plastifizier- und der nachfolgenden Kühlzone auf einer niedrigeren Temperatur gehalten. Die Kühlzone erstreckte sich über 8D und bestand aus Förderelementen, die Temperatur wurde linear auf 150°C abgekühlt.
Das PE-HD-Primärmaterial wurde im Doppelschneckenextruder mit einer Drehzahl von 1.200 Umdrehungen pro Minute etwa 3 Minuten einer Reaktionsphase bei etwa 395°C (Produkttemperatur) unterzogen. Die Wandtemperatur des zweiten bis vorletzten Zylinders der Abbauzone betrug etwa 415 °C. Der Durchsatz betrug 2,5 kg/h.
Nachdem das Material die Reaktionsphase durchlaufen hatte, wurde es in den letzten 2 Zylindern rasch bis auf 150°C abgekühlt und dann flüssig ausgetragen.
Das so gewonnene modifizierte PE-HD hatte nach der DSC-Methode einen Schmelzbereich von 125 bis 140°C, mit einem Peak bei 135°C. Sein Viskositätsverhalten ist in 4 dargestellt. Das gewichtsmittlere Molgewicht des Ausgangsmaterials von 4,4 × 10⁵ g/mol verringerte sich auf 4,1 × 10⁴ g/mol. Die mittels Gel-Permeations-Chromatografie mit 1,2,4-Trichlorbenzol als Laufmittel erhaltene Molmassenverteilung ist aus 1 und 3 zu ersehen.
Insbesondere wurden im Produkt folgende Fraktionen detektiert: C₃₀ bis C₁₀₀: 0,5 Gew.-%; C₁₀₀ bis C₂₀₀₀₀: 96,2 Gew.-%; C₂₀₀₀₀ bis C₄₂₀₀₀: 3,3 Gew.-%. Hierbei beträgt der Anteil der im allgemeinen Teil der Anmeldung explizit erwählten (Teil)-Fraktion C₃₀ bis C₇₀ 0,2 Gew.-% und der der (Teil)-Fraktion mit einem Molekulargewicht größer 300000 g/mol 0,2 Gew.-%. Im Ausgangsmaterial stellt sich die Situation wie folgt dar: C₅₈ bis C₁₀₀: 0,2 Gew.-%; C₁₀₀ bis C₂₀₀₀₀: 52,8 Gew.-%; C₂₀₀₀₀ bis C_8900000: 47,0 Gew.-%. Hierbei beträgt der Anteil der (Teil)-Fraktion mit einem Molekulargewicht größer 300000 g/mol 32,6 Gew.-%; von der (Teil)-Fraktion C₅₈ bis C ₇₀ wurden nur in Spuren (≤ 0,05 Gew.-%) detektiert.
Die Nadelpenetration (100g, 5s, 25°C) lag bei 1,5 × 10^–1 mm. Die Schmelzwärme nach der DSC-Methode betrug 270 kJ/kg.
Beispiel 2 (nicht anspruchsgemäß):
Eingesetzt wurde granuliertes Polyethylen hoher Dichte aus Kunststoffabfällen. Die Behandlung erfolgte analog Beispiel 1. Die Produkttemperatur in der Friktions- und Heizzone lag bei 390°C, der Durchsatz lag bei 10 kg/h. Die Umdrehungsgeschwindigkeit betrug 1.200 Umdrehungen pro Minute, die Verweilzeit in dieser Zone etwa 1 Minute. Die auf 160°C abgekühlte Schmelze wurde über eine angeschlossene Unterwasser-Granulierung in ein gut rieselfähiges Granulat umgewandelt.
Das so gewonnene modifizierte PE-HD hatte nach der DSC-Methode einen Schmelzbereich von 125 bis 140°C, mit einem Peak bei 135°C. Sein Viskositätsverhalten ist in 5 dargestellt. Das mittlere Molgewicht des Ausgangsmaterials von 3,8 × 10⁵ g/mol verringerte sich durch die Behandlung auf 6,8 × 10⁴ g/mol. Die mittels Gel-Permeations-Chromatografie mit 1,2,4-Trichlorbenzol als Laufmittel erhaltene Molmassenverteilung ist aus 2 und 3 zu ersehen. Insbesondere wurden folgende Fraktionen detektiert: C₄₅ bis C₁₀₀: 0,2 Gew.-%; C₁₀₀ bis C₂₀₀₀₀: 88,3 Gew.-%; C₂₀₀₀₀ bis C₆₅₀₀₀: 11,5 Gew.-%. Hierbei beträgt der Anteil der (Teil)-Fraktion mit einem Molekulargewicht größer 300000 g/mol 2,0 Gew.-%; von der (Teil)-Fraktion C₄₅ bis C ₇₀ wurden nur Spuren (≤ 0,05 Gew.-%) detektiert.
Die Nadelpenetration (100g, 5s, 25 °C) lag bei 1,8 × 10^–1 mm. Die Schmelzwärme nach der DSC-Methode betrug 210 bis 220 kJ/kg.
Beispiel 3 (nicht anspruchsgemäß):
Eingesetzt wurde granuliertes Polypropylen aus der Aufarbeitung von Polypropylenabfällen. Die Behandlung erfolgte analog Beispiel 1. Die Produkttemperatur in der Friktions- und Heizzone lag bei 370°C. Die Umdrehungsgeschwindigkeit betrug 1.200 Umdrehungen pro Minute, der Durchsatz 10 kg/h und die Verweilzeit in dieser Zone etwa 1 Minute.
Das so gewonnene modifizierte Polypropylen hatte nach der DSC-Methode einen Schmelzbereich von 125 bis 160°C, mit einem Peak bei 159°C. Das mittlere Molgewicht des Ausgangsmaterials von 3,9 × 10⁵ g/mol verringerte sich durch die Behandlung auf 4,2 × 10⁴ g/mol. Die mittels Gel-Permeations-Chromatografie mit 1,2,4-Trichlorbenzol als Laufmittel erhaltene Molmassenverteilung ist aus 4 zu ersehen. Insbesondere wurden folgende Fraktionen detektiert: C₇₈ bis C ₁₀₀: Spuren (≤ 0,05 Gew.-%); C ₁₀₀ bis C₂₀₀₀₀: 97,3 Gew.-%; C₂₀₀₀₀ bis C ₄₀₀₀₀: 2,7 Gew.-%. Hierbei beträgt der Anteil der (Teil)-Fraktion mit einem Molekulargewicht größer 300000 g/mol 0,2 Gew.-%; die (Teil)-Fraktion "bis C₇₀" wird nicht detektiert.
Die Nadelpenetration (100g, 5s, 25°C) lag bei < 1 × 10^–1 mm. Die Schmelzwärme nach der DSC-Methode betrug 80 kJ/kg.
Beispiel 4:
Eingesetzt wurde 80 Gew.-% handelsübliches granuliertes PE-HD-Primärmaterial (Neuware) sowie 20 Gew.-% Carbon Nanotubes (BayTubes der Firma Bayer Material Science, die Carbon NanoTubes liegen hierbei als stark verknäulte Agglomerate vor) als Füllstoff. Der Füllstoff wurde unmittelbar im Anschluss an die Plastifizierzone über einen Sidefeeder direkt zugeführt. Die Behandlung erfolgte analog Beispiel 1. Die Umdrehungsgeschwindigkeit betrug 1.200 Umdrehungen pro Minute, der Durchsatz betrug 2,5 kg/h und die Verweilzeit etwa 3 Minuten.
Es konnten dabei nahezu agglomeratfreie Zusammensetzungen erhalten werden mit in der modifizierten PE-Matrix entknäult vorliegenden einzelnen NanoTubes ohne nennenswerte Einkürzungen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010012956 [0002]
DE 102010023751 [0002]
DE 102010052286 [0002]
DE 102010052287 [0002]
DE 19623528 A1 [0003, 0005]
DE 4329435 C1 [0005]
DE 10001998 A1 [0006, 0030]
DE 10013466 A1 [0007, 0030]

Claims

Zusammensetzung, umfassend mindestens einen modifizierten und mit einem Zusatzstoff chemisch funktionalisierten Kunststoff und/oder ein Gemisch eines modifizierten Kunststoffs und eines Füllstoffs oder bestehend aus einem deratigen modifizierten und chemisch funktionalisierten Kunststoff und/oder einem derartigen Gemisch, wobei der modifizierte Kunststoff eine Molekulargewichtsverteilung mit weniger als 5 Gew.-% an Polymeren mit einem Molekulargewicht kleiner 1400 g/mol aufweist und wobei der modifizierte Kunststoff erhältlich ist, indem – mindestens ein zu modifizierender Kunststoff sowie der Füllstoff und/oder der Zusatzstoff einer Friktionszone eines Extruders zugeführt werden und – der Kunststoff mit dem Füllstoff und/oder dem Zusatzstoff durch die Friktionszone hindurchgeführt wird und währenddessen in den Kunststoff Friktionsenergie und thermische Energie eingetragen wird, wobei die Friktionsenergie durch hinreichend schnell rotierende dispergierende Elemente erzeugt wird, so dass zumindest in dem Bereich der Friktionszone, in dem die zu modifizierenden Kunststoffe zugeführt werden, durch die eingetragene Friktionsenergie ein Abbau des zu modifizierenden Kunststoffs zu dem modifizierten Kunststoff und mit dem gegebenenfalls enthaltenen Zusatzstoff während des Abbaus eine chemische Reaktion stattfindet.
Zusammensetzung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Zusammensetzung aus dem mindestens einen modifizierten und mit dem Zusatzstoff chemisch funktionalisierten Kunststoff besteht oder diesen enthält und wobei der Zusatzstoff derart ausgewählt ist, dass er mit sich beim Abbau zu dem modifizierten Kunstoff bildenden Radikalen an den Kettenenden der gebildeten Polymer-Bruchstücke reagieren kann.
Zusammensetzung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Zusatzstoff Maleinsäure oder Fumarsäure ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung aus dem Gemisch des modifizierten Kunststoffs und des Füllstoffs besteht oder dieses Gemisch enthält und der Gewichtsanteil des Füllstoffs bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung 15 Gew.-% bis 25 Gew.-% ist.
Zusammensetzung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Füllstoff ausgewählt ist aus Kohlenstoff-basierten Füllstoffen, Mikropartikeln, Nanopartikeln und Fasern.
Zusammensetzung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Füllstoff ausgewählt ist aus Graphen, Fulleren, Carbon-Nanotubes Kohlefasern, Aerosilen, Nanopartikeln aus Metallen und Nanopartikeln aus keramischen Materialien.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der in der Zusammensetzung enthaltene modifizierte Kunststoff erhältlich ist, indem in der Fritkionszone des zur Modifikation des Kunststoffs verwendeten Reaktors der Eintrag von Friktionsenergie mit einem parallelen, gleichsinnig drehenden Doppelschneckenextruder bei Drehzahlen von mindestens 400 Umdrehungen pro Minute und Verweilzeiten in der Friktionszone von mindestens 30 Sekunden bei einer Temperatur erfolgt, die unter der Zersetungstemperatur zumindest eines zu modifizierenden Kunststoffs liegt, wobei die eingebrachte thermische Energie zu einer Erwärmung der Friktionszone führt,.
Zusammensetzung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der in der Zusammensetzung enthaltene modifizierte Kunststoff erhältlich ist, indem in der Fritkionszone des zur Modifikation des Kunststoffs verwendeten Reaktors zum Eintrag von Friktionsenergie der Doppelschneckenextruder bei Drehzahlen von mindestens 400 bis 1.600, vorzugsweise 800 bis 1.200 Umdrehungen pro Minute, und Verweilzeiten in der Friktionszone von 30 Sekunden bis 5 Minuten, insbesondere 2 bis 3 Minuten, betrieben wird.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der modifizierte Kunststoff ein Polyolefin ist.
Zusammensetzung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Polyolefin ein modifiziertes Polyethylen mit überwiegend geradkettiger Molekülstruktur oder ein modifiziertes Polypropylen mit überwiegend verzweigtkettiger Molekülstruktur ist.