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Formmassen auf Basis von Polypropylen und Bitumen Die Erfindung betrifft
Formmassen aus Bitumen und einem Gemisch aus zwei Propylenpolymerisaten, von denen
das eine Polymerisat in siedendem Toluol löslich, das andere jedoch unlöslich ist.
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Mischungen aus Bitumen mit Polymeren sind bekannt. So werden beispielsweise
durch Zusatz relativ geringer Mengen (ca. 5%) von Polyisobutylen oder Äthylen-Vinylacetatcopolymeren
die mechanischen Eigenschaften von Bitumen deutlich verändert.
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Andererseits ist versucht worden, Produkte mit hohen Kunststoffgehalten
(ca. 50%) als Dichtungs- und Vergußmassen einzusetzen. Solche Produkte gewinnt man
beispielsweise, wenn man Bitumen mit ataktischem Polypropylen oder mit Athylen-Acrylester-Copolymerisaten
homogen vermischt.
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Alle diese Stoffmischungen haben einen gravierenden Nachteil.
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Sie zeigen bereits bei Zimmertemperatur ein starkes Ausschwitzen der
öligen Bestandteile des Bitumens. Bei der Herstellung spritzgegossener Teile erschwert
diese Erscheinung das Entformen. Bei Extrudaten, z.B. Folien bahnen, kann nur durch
Pudern, z e B. mit Talkum, eine weitere Handhabung erreicht werden. Auch der Übergang
zu geblasenen Bitumen oder gar zu Hochvakuumbitumen bringt nur eine graduelle Verbesserung.
Eine thermische Behandlung, in der Praxis häufig unumgänglich, verstärkt das Ausschwitzen.
Gemildert wird es durch starkes FUllen mit mineralischen FUllstoffen, wie Kreide,
Schiefermehl oder mit Ruß. Diese Maßnahme fUhrt jedoch zu einer merklichen Verschlechterung
der mechanischen Eigenschaften.
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Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Kombinationen
von Bitumen mit Kunststoffen zu finden, die die geschilderten Nachteile nicht aufweisen.
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Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe gelöst wird, wenn man als Kunststoff
ein bestimmtes Gemisch aus zwei voneinander verschiedenen Polypropylenen einsetzt,
die sich in ihrer Löslichkeit stark voneinander unterscheiden, aber in ihrer Intrinsic-Viskosität
sowie in ihrer Molekulargewichtsverteilung gleichen0 Das erfindungsgemäße Verfahren
ist dadurchgekennzeichnet, daß man als Polypropylen ein Gemisch einsetzt aus a)
60 bis 80 Gewichtsteilen eines Polypropylens, von dem weniger als 1 Gew.% in siedendem
Toluol löslich ist, und b) 20 bis 40 Gewichtsteilen eines Polypropylens von dem
mehr als 99 Gew.% in siedendem Toluol löslich sind, mit den Maßgaben, (I) daß die
Summe der Gewichtsteile unter a) und b) jeweils 100 beträgt, (II) daß die Polypropylene
unter a)-und b) jeweils sowohl die annähernd gleichen Intrinsic-Viskositäten als
auch die annähernd gleichen Molekulargewichtsverteilungen (bestimmt nach der Methode
der Gel-Permeations-Chromatographie) aufweisen und (III) daß die Absolutwerte der
Intrinsic-Viskositäten (gemessen in Dekalin bei 130°C) jeweils im Bereich von 1
bis 10, vorzugsweise von 1,2 bis 3,8 liegen.
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Unter dem Ausdruck "annähernd gleich" wird im vorliegenden Zusammenhang
stets verstanden, daß keine der entsprechenden Kenndaten mehr als + 5 % von dem
Mittelwert der beiden betroffenen Kenndaten abweicht. Der unter Normaldruck in siedendem
Toluol lösliche Anteil des Polypropylens wird bei einem Gewichtsverhältnis Polypropylen
: Toluol von 5 : 95 bestimmt. Gegenüber Formmassen aus herkömmlichem
Polypropylen
und Bitumen haben die erfindungsgemäßen Formmassen eifle:höere Schockfestigkeit
(Schlag- und Kerbschlágzähigkeit) und Verstreckbarkeit (Bruchdehnung).
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Als Bitumenkomponente können alle gängigen Bitumenarten verwendet
werden. Man erhält jedoch besonders hochwertige Produkte beìm Einsatz sog. Hochvakuum-
und geblasenen Bitumen.
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Die zuzusetzende Menge an Bitumen kann - je nach gewünschtem Verwendungszweck
der resultierenden Mischung - stark variiert werden. So eignen sich vor allem Kombinationen
des speziellen Polypropylen-Gemisches mit 10 bis 50 Gew.% Bitumen als SpritzguR-
oder Extrusionsmassen.
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Höhere Gehalte an Bitumen führen zu VergußmassenO Die Fließfähigkeit
der erfindungsgemäßen Massen kann außer durch den Gehalt an Bitumen durch das Molgewicht
des speziellen Polypropylen-Gemischs beeinflußt werden.
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Bezogen auf die Formmassen aus Bitumen und Polypropylen-Mischung verwendet
man 5 bis 95 Gew.% Bitumen0 Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzende
Polypropylen kann auf einfache Weise erhalten werden, wenn man von zwei wohlbekannten
Tatsachen ausgeht: 1. Bei der üblichen Polymerisation des Propylens nach Ziegler-Natta
- etwa in Toluol - entsteht ein Polypropylen, das aus je einem in siedendem Toluol
löslichen und unlöslichen Anteil besteht. Die Intrinsic-Viskosität des löslichen
Anteils ist erheblich geringer als die des unlöslichen Anteils.
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2. Bei dieser Ublichen Polymerisation läßt sich durch geeignete Variation
der Verfahrensbedingungen (Verwendung von Molekulargewichtsreglern, Änderung von
Temperatur und Druck, Modifikationen des- Katalysatorsystems) ein Polypropylen herstellen,
das, bezogen auf den löslichen als auch auf den unlöslichen Anteil, entweder einerelativ
hohe oder eine relativ niedrige Intrinsic-Viskosität- hat.
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In der Praxis kann man dementsprechend in zwei getrennten Ansätzen
ein Polypropylen A mit einer - insgesamt - relativ hohen Intrinsic-Viskosität sowie
ein Polypropylen B mit einer - insgesamt - relativ niedrigen Intrinsic-Viskosität
herstellen, derart, daß der in siedendem Toluol lösliche Anteil des Polypropylens
A dieselbe Intrinsic-Viskosität hat wie der in siedendem Toluol unlösliche Anteil
des Polypropylens B. Werden die Polypropylene A und B auch bei sich so weit wie
möglich nahekommenden Verfahrensbedingungen hergestellt, so sind dann im allgemeinen
auch ihre Molekulargewichtsverteilungen gleich oder annähernd gleich, Durch Mischen
- etwa in einem Kneter oder Extruder -der beiden letztgenannten Produkt-Anteile
in den erforderlichen Mengenverhältnissen wird sodann das beim erfindungsgemäßen
Verfahren einzusetzende Polypropylen erhalten.
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Es versteht sich jedoch von selbst, daß es beim erfindungsgemäßen
Verfahren nicht auf die Art und Weise ankommt, nach der das zugehörige Polypropylen
hergestellt worden ist, sondern nur auf die Spezifikation, die dieses Polypropylen
haben muß.
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Die erfindungsgemäßen Massen können mit mineralischen Füllstoffen
oder Ruß hoch gefüllt werden0 In Abhängigkeit von Art und Menge dieser Stoffe verändern
sich die mechanischen Eigenschaften der Formmassen. Die Steifigkeit der Produkte
kann auf diese Weise in weiten Grenzen variiert werden. Als Füllstoffe eignen sich
beispielsweise Kieselgelpulver, pyrogen hergestellte Kieselsäure, Ruß, Schiefermehl,
Gips, Kreide, Talkum, Asbest, Glaspulver, Glasfasern, Steinwolle, Schlackenwolle,
Bentonit, Tonerde, Dolomitpulver, Glimmer, Titandioxid, Metalltitanate, Zinkoxid,
Eisenoxid und Chromoxid. Es können aber auch organische Füllstoffe, wie Holzmehl
oder -späne und/oder Korkmehl oder -granulat verwendet werden0 Die erfindungsgemäßen
Formmassen kann, bezogen auf Bitumen und das Polypropylengemisch, 1 bis 50 Gew.%
Füllstoffe enthalten.
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Die Herstellung der erfindungsgemäßen Mischungen kann in an sich bekannter
Weise in den einschlägigen Vorrichtungen,
z.B. Knetern, Mischern,
Walzenstühlen usw. erfolgen. Die Temperatur, bei der gemischt wird, liegt zwischen
180 und LI0o0c, jedoch vorzugsweise bei 180 bis 250°C.
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Als ein besonderer Vorteil ist zu erwähnen, daß die erfindungsgemäßen
Formmassen eine hohe Verträglichkeit mit Füllstoffen verschiedenster Art besitzen,
die erheblich besser ist im Vergleich zu Mischungen aus herkömmlichen Polypropylen-Typen
und Bitumen, Ein weiterer Vorteil ist die sehr gute Verstreckbarkeit. Die Bitumen-Mischungen
zeigen auch bei erhöhter Temperatur keine Ausschwitzerscheinungen. So ist beispielsweise
die Oberfläche von Musterteilen aus einer Formmasse, bestehend aus 30 Gew.-Teilen
Hochvakuum-Bitumen, das einen Erweichungsbereich von 13G bis 1400C hat, und 70 Gew.-Teilen
des Polypropylen-Gemisches nach einer Lagerung von 70 Stunden bei 120 0C noch trocken.
Nahezu das gleiche Ergebnis erhält man, wenn anstelle des Hochvakuum-Bitumens ein
geblasenes Bitumen (z,B.
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mit einer Penetration von 25 und einem Erweichungspunkt von 850C)
verwendet wird.
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Die erfindungsgemäßen Formmassen eignen sich zur Herstellung von Spritzgußartikeln,
Folien, Rohren, Kabelummantelungen, Vergußmassen, Hohlkörpern und Teppichrückenbeschichtungen.
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Die Folien können - aufgrund der guten Zähigkeit und Verstreckbarkeit
der erfindungsgemäßen Formmassen - verstreckt und in dieser Form zur Herstellung
von Bändern für Gewebe, Gewirke und Teppichgrundgewebe verwendet werden.
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Beispiel 1 Es wird ausgegangen von A) einem üblichen feinpulvrigen
Polypropylen, das aus einem in siedendem Toluol löslichen und unlöslichen Anteil
besteht. Die Intrinsic-Viskositäten (gemessen in Dekalin bei 13O0C) sind: unlöslicher
Anteil: 3,6; . löslicher Anteil: ?,6,
B) einem üblichen anderen
feinpulvrigen Polypropylen, das aus einem in siedendem Toluol löslichen und unlöslichen
Anteil besteht. Die Intrinsic-Viskositäten (gemessen in Dekalin bei 1300C) sind:
unlöslicher Anteil: 2,7; löslicher Anteil: 1,6.
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Durch Extraktion mit siedendem Toluol isoliert man den löslichen Anteil
des Polypropylens unter A) sowie den unlöslichen Anteil des Polypropylens unter
B), worauf diese beiden Anteile - ihre Molekulargewichtsverteilungen (bestimmt nach
der Methode der Gel-Permeations-Chromatographie) sind annähernd gleich > im Gewichtsverhältnis
25 : 75 miteinander bei 200 ob in einem heizbaren Kneter homogenisiert werden0 Zu
der geschmolzenen Masse wird soviel Bitumen, das eine Penetration nach DIN 1995
von 25 und einen Erweichungspunkt von 8500 (B 85/25) hat und Ruß zugeführt, so daß
ein Bitumenanteil von 30 % und ein Rußgehalt von 2 % in der fertigen Masse resultiert.
Nach 5-minGtiger Knetzeit wird die Masse über Ex truder mit angeschlossener Granuliervorrichtung
ausgetragen.
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Das so erhaltene Granulat kann auf allen bekannten Spritzt gußmaschinen
zu Formteilen mit hochglänzender Oberfläche verarbeitet werden. Sie zeichnen sich
durch hervorragende Zähigkeit aus.
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Vergleichsbeispiel 1 Wie in Beispiel 1 beschrieben, mischt man 68
Gew.-Teile eines herkömmlichen Polypropylens, das eine Intrinsic-Viskosität von
ca. 3 hat, mit 30 Gewichtsteilen Bitumen (B 85/25) und 2 Gewichtsteilen Ruß.
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In Tabelle 1 werden einige charakteristische Eigensch&£ten dieser
Formmasse mit den der erfindungsgemäßen Formmasse (Beispiel 1) verglichen:
Tabelle
1 Eigenschaften Einheit Prüfmethode Mischung ge- Mischung mäß Beispiel 1 gëm.Vergleichen
beispiels Bruchdehnung % DIN 53 455 600 20 Schlagzähigkeit cmkp/cm² DIN 53 453 +
20°C ohne Bruch 25 0°C ohne Bruch 12 Kerbschlagzähig- cmkp/cm² DIN 53 453 keit +
20 0C ohne Bruch 4 Beispiel 2 Die Polypropylen-Mischung gemäß Beispiel 1 wird -
wie in Beispiel 1 angegeben - mit Bitumen der Penetration 25 und des Erweichungspunkts
85 (B 85/25) und Ruß gemischt, so daß der Bitumenanteil der Formmasse 40 Gew.% und
der Rußanteil 2 Gew.% beträgt. Aus der Formmasse werden Spritzgußteile, Rohre und
Folien hergestellt.
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Vergleichsbeispiel 2 Wie in Beispiel 2 beschrieben, mischt man 58
Gew.-Teile eines herkömmlichen Polypropylens, das eine Intrinsic-Viskosität von
ca. 3 hat, mit 40 Gew.-Teilen Bitumen (B 85/25) und 2 Gew.-Teilen Ruß.
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In Tabelle 2 werden einige charakteristische Eigenschaften dieser
Formmasse mit den der erfindungsgemäßen Formmasse verglichen,
Tabelle
2 Eigenscarten Einheit Prüfmethode Formmasse ge- Formmasse mäß Beispiel 2 gem.Vergl.-beispiel
2 Bruchdehnung % DIN 53 455 1150 10 Schlagzähigkeit cmkp/cm2 DIN 53 453 + 200C ohne
Bruch 10 0°C ohne Bruch 5 Kerbschlagzähig-cmkp/cm² DIN 53 453 keit + 200C 6 3 Auch
bei den Mischungen mit 40 Gew.% Bitumen kommt die Uberlegenheit der erfindungsgemäßen
Formmassen gegenüber Mischungen mit herkömmlichem Polypropylen in den mechanischen
Eigenschaften zum Tragen.
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Beispiel 3 Man verwendet als Kunststoff-Komponente die in Beispiel
1 angegebene Polypropylen-Mischung. -Diese Mischung läßt sich bei 180 bis 2000C
vergießen und bei ca. 1650C verpressen. Im Gegensatz zu reinem Bitumen B 85/25 und
Formmassen aus Bitumen B 85/25 und herkömmlichem Polypropylen zeigt die erfindungsgemäß
hergestellte Formmasse keine Ausschwitzungserscheinungen bei Temperaturen bis zu
40°C.