DE202013008661U1

DE202013008661U1 - Transparente Kunststoffprofilplatte mit nanoskalig verteilter disperser Phase zur Verbesserung der Hagelbeständigkeit

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Publication number: DE202013008661U1
Application number: DE202013008661U
Authority: DE
Original assignee: VPW NINK GmbH
Current assignee: VPW NINK GmbH
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2013-10-01
Publication date: 2013-11-21
Anticipated expiration: 2023-10-02

Abstract

Transparente schlagresistente Kunststoffprofilplatte, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff eine dispers verteilte heterogene Phase mit einer Konzentration von 0,1 Gew.-%–8.0-Gew.-% beinhaltet, die eine Teilchengröße von maximal 150 nm und einen maximalen Abstand der Teilchen von 200 nm aufweist.

Description

Der Entwicklung lag die Aufgabe zugrunde, transparente Kunststoffprofilplatten schlagzäh auszurüsten, ohne dass die Biegesteifigkeit und somit die zulässige Schneelast reduziert wird. Gelöst wurde die Aufgabe dadurch, dass in den Kunststoff eine dispers verteilte heterogene Phase mit einer Konzentration von 0,1 Gew.-%–8.0-Gew.-% eingebracht wurde, die eine Teilchengröße von maximal 120 nm und einen maximalen Abstand der Teilchen von 200 nm aufweist.
Die schlagzähe Ausrüstung von transparenten Kunststoffprofilplatten zur Erhöhung der Hagelschlagresistenz ist seit langem bekannt. Zwar sind transparente Thermoplaste, wie Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC) und Polymethylmethacrylat (PMMA) an sich spröde, selbst duktile technische Thermoplaste wie Polycarbonat versagen unter speziellen Bedingungen durch Sprödbruch. Die meisten Thermoplaste werden deshalb seit Jahrzehnten mit Elastomeren ausgerüstet, die die Schlagzähigkeit verbessern.
Geeignete Elastomerpartikel weisen allerdings Volumenpreise auf, die erheblich oberhalb der Preise der gebräuchlichen Kunststoffe liegt. Je größer die Hagelkörner sind, deren Einschlag die Platten überstehen sollen, desto höher liegen die Herstellungskosten.
Ein weiterer Nachteil betrifft die Transparenz. Die für diese Anwendung gebräuchlichen Elastomerpartikel sind zwar lichtdurchlässig, führen aber aufgrund ihrer optischen Dichte zu einer gewissen Lichtstreuung und somit zum Rückgang der Transparenz. Je besser die Platten Einschlagenergien ertragen können, desto geringer ist deren Lichtdurchlässigkeit.
Die verwendeten Gummipartikel führen zudem zu einer geringeren Steifigkeit, sodass zur Aufrechterhaltung der geforderten Tragfähigkeit die Wandstärke erhöht werden muss. Da die Gummipartikel gleichzeitig die Transparenz herabsetzen, führt die Erhöhung der Wandstärke nicht nur zu weiter steigenden Kosten, sondern auch zu einer Einschränkung der optischen Eigenschaften.
Höhere Wandstärken führen auch zu höheren Flächengewichten, die die Kosten für die Unterkonstruktion anheben können.
Eine weitere Alternative zur Verbesserung der Hagelbeständigkeit besteht in der Schaffung von eigenverstärkenden Strukturen durch biaxiales Verstrecken des Kunststoffs während der Herstellung der Platten. Hierbei kann auf die Einlagerung von Gummipartikel verzichtet werden, gleichzeitig wird die Biegesteifigkeit und Festigkeit der Platten verbessert. Leider ist aber der Herstellungsprozess solcher Platten derart kostenintensiv, dass diese Produkte nur einen geringen Marktanteil erreichen können. Kritisch ist bei dieser technischen Lösung zu bewerten, dass die eigenverstärkenden Strukturen als Kristallisationskeime wirken können, sodass solche Platten in der Wärme und bei Einwirkung von Feuchtigkeit eine verstärkte Tendenz zur Trübung aufweisen.
Auch ist bekannt, dass mittels Zugabe von schwach vernetzten Kautschukteilchen mit Durchmesser von < 120 μm Scherfließen induziert und somit ein sprödes Bauteilversagen unter Stoßbeanspruchung vermieden werden kann [1].
Es hat sich nun für Fachleute überraschend herausgestellt, dass die Funktion der weichen Kautschukpartikel von wesentlich härteren anorganischen Stoffen übernommen werden kann, wenn diese eine maximale Größe von 150 nm und einen Abstand voneinander von maximal 200 nm aufweisen.
Eine weiter notwendige Randbedingung besteht darin, dass die disperse Phase nicht vom Matrixkunststoff benetzt sein darf. Aufgrund der schlechten Benetzungsfähigkeit von Kunststoffschmelzen ergibt sich diese Randbedingung bei den meisten Materialkombinationen von ganz alleine.
Es hat sich ebenso für den Fachmann überraschend herausgestellt, dass die Effektivität der dispersen Phase erhöht werden kann, wenn die Phase nicht homogen verteilt, sondern freie Areale in der Größe von 0,2 μm bis 2,5 μm umschlossen werden, sodass die Konzentration der dispersen Phase massiv reduziert werden kann, wobei allerdings kein Scherfließen mehr und somit Weißbruch auftritt.
Da die Natur der eingelagerten Partikel offensichtlich keine Rolle spielt, können die Stoffe zusätzliche Funktionen übernehmen. So können die nanoskaligen Titanoxid- oder Zinkoxidpartikel als UV-Absorber dienen, Aluminium- und Magnesiumhydroxid die Brandeigenschaften verbessern und Kalziumoxid und -carbonat als Säurefänger dienen. Auch Flüssigkeiten bewirken den Effekt der Schlagzähmodifizierung.
Sogar Gase können eingesetzt werden. Voraussetzung hierfür ist allerdings eine geringe Konzentration zur Vermeidung von Agglomeration sowie eine ausreichende Blasenstabilität. Beide Randbedingungen sind schwierig zu kontrollieren und überstehen einen Recyclingprozess nicht.

[1] Dissertation A. Fadel, TU Darmstadt 2005

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Dissertation A. Fadel, TU Darmstadt 2005 [0013]

Claims

Transparente schlagresistente Kunststoffprofilplatte, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff eine dispers verteilte heterogene Phase mit einer Konzentration von 0,1 Gew.-%–8.0-Gew.-% beinhaltet, die eine Teilchengröße von maximal 150 nm und einen maximalen Abstand der Teilchen von 200 nm aufweist.
Transparente schlagresistente Kunststoffprofilplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die heterogene Phase eine Konzentration von von 0,5 Gew.-% bis 5.0-Gew.-% aufweist.
Transparente schlagresistente Kunststoffprofilplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die heterogene Phase eine Konzentration von von 1.0 Gew.-% bis 3.0-Gew.-% aufweist.
Transparente schlagresistente Kunststoffprofilplatte nach einem der vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die dispers verteilte heterogene Phase aus Titanoxid besteht.
Transparente schlagresistente Kunststoffprofilplatte nach einem der vorherigen Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dispers verteilte heterogene Phase aus Zinkoxid besteht.
Transparente schlagresistente Kunststoffprofilplatte nach einem der vorherigen Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dispers verteilte heterogene Phase aus Aluminiumhydroxid besteht.
Transparente schlagresistente Kunststoffprofilplatte nach einem der vorherigen Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dispers verteilte heterogene Phase aus Magnesiumhydroxid besteht.
Transparente schlagresistente Kunststoffprofilplatte nach einem der vorherigen Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dispers verteilte heterogene Phase aus Kalziumcarbonat besteht
Transparente schlagresistente Kunststoffprofilplatte nach einem der vorherigen Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dispers verteilte heterogene Phase aus Kalziumoxid besteht.
Transparente schlagresistente Kunststoffprofilplatte nach einem der vorherigen Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dispers verteilte heterogene Phase aus Schichtsilikaten besteht.
Transparente schlagresistente Kunststoffprofilplatte nach einem der vorherigen Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dispers verteilte heterogene Phase aus Gas mit einem Blaseninnendruck von 0–2 bar besteht.
Transparente schlagresistente Kunststoffprofilplatte nach einem der vorherigen Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dispers verteilte heterogene Phase aus einer physikalisch unverträglichen Flüssigkeit besteht.
Transparente schlagresistente Kunststoffprofilplatte nach einem der vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass in der Platte 0,2 μm bis 2,5 μm große Bereiche existieren, die frei von disperser Phase sind und um die herum sich die disperse Phase kugelförmig anordnet.