DE2226369A1

DE2226369A1 - Thermoplastische Teilchen

Info

Publication number: DE2226369A1
Application number: DE19722226369
Authority: DE
Inventors: Isaac New Brunswick N.J. Moked (V.StA.)
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1971-06-01
Filing date: 1972-05-31
Publication date: 1972-12-14
Also published as: US3822177A; BE784200A; GB1397127A; AU4292472A; DE2226369B2; DE2226369C3

Description

dr. W. Schalk · dipl.-ing. P. Wirth · dipl.-ing. G. Dannenberg DR. V. SCHMIED-KOWARZIK · DR. P. WEfNHOLD · DR. D. GUDEL

6 FRANKFURTAM MAIN

CR. ESCHENHEIMER STRASSE 39

Wd/ki Case C-8716-G

Union Carbide Corporation

270 Park Avenue

New York, N.Y. 10017 / USA

Thermoplastische Teilchen

Die vorliegende Erfindung betrifft in der Kälte gepreßte (verdichtete) thermoplastische Tabletten ("pellets")· Sie bezieht sich insbesondere auf thermoplastische Teilchen, die eine bestimmte Teilchengrößeverteilung und geometrische Standardabweichung ("Standard Geometrie Deviation") aufweisen und bei Raumtemperaturen mit Zusätzen, wie Verstärkungsmaterialien, z. B. Glasfaser und dergleichen, vermischt und in der Kälte zu Tabletten, die ausgezeichnete Druckfestigkeit besitzen, gepreßt werden können. Sie betrifft auch Tabletten, die bei Formgebungsverfahren unter Druck, wie z. B. Spritzguß, Formpressen und dergleichen zur Herstellung von thermoplastischen Gegenständen, die sich durch hervorragende physikalische Eigenschaften, wie z, B. hervorragende Biegefestigkeit, Biegemodul, Izod-Schlagzähigkeit und Formtreue in der Wärme auszeichnen, verwendet werden.

Bisher wurden thermoplastische Polymerisate zusammen mit Verstärkungsmaterialien, wie z, B. Glasfaser, gemischt, die so erhaltenen Zusammensetzungen tablettiert und die tablettierten Zusammensetzungen wurden anschließend an den Endverarbeiter versendet, bei dem sie zu den verstärkten thermoplastischen Gegenständen, wie z. B. Kraftfahrzeugteile, z. B. Kotflügel

209851/0821

und dergleichen und allgemein zu Teilen von Verbrauchergeräten geformt wurden. Das Mischen und das Tablettieren von thermoplastischen Polymerisaten und Glasfasern wurde früher durch ein mehrstufiges Verfahren bei erhöhten Temperaturen durchgeführt. Dabei wurde das gewünschte Polymerisat aus einem Aufgabe- oder Zufuhrtrichter auf eine Waage gegeben, auf der es gewogen und · mit den ebenfalls der Waage zugeführten Glasfasern vermischt wurde. Die gewogenen Materialien wurden dann von der Waage zu einem Heißmischer oder einer Strangpresse befördert, worin sie "heißvermischt" wurden, d.h. worin sie bei erhöhten Temperaturen gemischt wurden. Die heiße Mischung wurde dann zur Herstellung von Tabletten in eine Tablettiermaschine gegeben.

Das oben beschriebene "Heiß"-Mischen und Tablettieren von thermoplastischen Zusammensetzungen hat sich jedoch wegen der Neigung der thermoplastischen Polymerisaten bei den relativ hohen Temperaturen, die normalerweise während des mehrstufigen Verfahrens angewandt werden, thermisch abgebaut zu werden, in vielerlei Hinsicht als nicht zufriedenstellend erwiesen. Es wurde festgestellt, daß eine genaue Regelung der Temperaturen, denen die thermoplastischen Zusammensetzungen ausgesetzt werden, sowie ein Arbeiten bei niedrigeren und weniger wirksamen Temperaturen notwendig ist.

Eine genaue Regelung der angewandten Temperaturen in einem zur Verhinderung des unerwünschten thermischen Abbaus erforderlichen Maße machte jedoch eine Steigerung der Gesamtkosten, Zeit und Aufwand des Verfahrens notwendig. Andererseits erhöht ein Arbeiten bei "niedrigeren" Temperaturen den zum Betreiben des Mischers oder der Strangpresse erforderlichen Energieverbrauch. In vielen Fällen erhielt man bei "niedrigeren" Temperaturen jedoch Zusammensetzungen, in denen die Bestandteile nicht gründlich" genug vermischt waren. So weisen die aus diesen Zusammensetzungen hergestellten Gegenstände schlechte physikalische Eigenschaften auf.

209851/0821

Ferner wurden die in der Hitze behandelten Tabletten, während sie sich noch in der Tablettiermaschine befanden, einer Unter-=' wasserkühlung ("underwater cooling") unterworfen, um ein Zusammenkleben der heißen Tabletten zu verhindern. Daher mußte man das Wasser aus den Tabletten in einer nachfolgenden Verfahrenstufe entfernen, wobei.die Kosten der Tablettierungsmethode erhöht und noch komplexer wurden.

Erfindungsgemäß werden nun thermoplastische Tabletten geschaffen, die bei Raumtemperaturen hergestellt werden, wobei die oben beschriebenen Nachteile des Arbeitens bei erhöhten Temperaturen vermieden werden. Die erfindungsgemäßen thermoplastischen Tabletten, die durch Pressen von thermoplastischen Teilchen als solche oder in Mischung mit Zusatzstoffen, wie z. B. Glasfasern, in der Kälte hergestellt wurden, eignen sich hervorragend zur Verwendung bei Formgebungsverfahren zur Herstellung von thermoplastischen Gegenständen mit der gewünschten Gestalt, die sich durch hervorragende physikalische Eigenschaften auszeichnen. Hinzu kommt, daß die erfindungsgemäßen thermoplastischen Tabletten ausgezeichnete Druckfestigkeitseigenschaften besitzen. Sie können daher jeder groben'Handhabung aushalten, wie sie zum Beispiel bei der Versendung des Materials zu dem Endverarbeiter vorkommen kann, ohne in unerwünschte, staubartige Teilchen zu zerfallen.

Mit der vorliegenden Erfindung, die bei Raumtemperaturen durchgeführt wird, ist es nun auch möglich, Blähmittel mit thermoplastischen Teilchen zu vermischen und die erhaltenen Zusammensetzungen in der Kälte zu Blähmittel enthaltenden Tabletten zu pressen. Tabletten, die Blähmittel enthalten, können nach der in der US-Patentschrift 3 068 532 beschriebenen Methode, zum Strangpressen von zellförmigen Zusammensetzungen um elektrische Leiter, verwendet werden.

Thermoplastische Teilchen, die erfindungsgemäß zu Tabletten gepreßt worden sind, weisen eine maximale geometrische Standard-¹ abweichung von etwa 2,5 auf. Sie besitzen die folgenden Teilchen-

209851/0821

verteilung:

1. Praktisch alle Teilchen sind kleiner als etwa 2,0 mm (10 Mesh US-Standard-Sieb).

2. Mindestens etwa 30 $, bezogen auf das kummulative Gewicht, der Teilchen sind kleiner als etwa 0,59 mm (30 Mesh US-Standard-Sieb).

Bevorzugte Tabletten besitzen eine prismatische Form, wie dies in Fig. 2 gezeigt wird, und können leicht durch Preßverfahren in der Kälte unter Verwendung, einer Drehpreßvorrichtung (rotary compactor), der in Pig. 1 schematisch dargestellt wird, hergestellt werden. Endgültige Größe und Struktur der Tabletten hängt primär von den Wünschen der Endverbraucher ab.

Die geometrischen Standardabweichungswerte, die in der vorliegenden Erfindung angegeben sind, wurden nach der Methode des in "Chemical Engineering" (20. Mai) erschienenen Artikels "Particle Size Analysis and Analysers¹¹ von CE. Lapple bestimmt.

Erfindungsgemäß geeignete thermoplastische Polymerisate sind u.a. Homo- und Mischpolymerisate von -'—Olefinen', die durch die folgende allgemeine Formel dargestellt werden können

CH₂=CHR , .

in der R für ein Wasserstoffatom oder für einen einwertigen Kohlenwasserstoffrest mit im allgemeinen maximal etwa 8 C-Atomen, vorzugsweise maximal etwa 4 C-Atomen, steht.

Spezielle '^--Olefine sind z. B. Äthylen, Propylen, 1-Buten und dergleichen.

Besonders bevorzugte thermoplastische Polymerisate von S- -Olefinen besitzen einen Schmelzindex von weniger als etwa 100.

209851/0821

Von den erfindungsgemäß mit den thermoplastischen Teilchen verwendbaren Zusatzraitteln werden Glasfasern bevorzugt. Glasfasern besitzen im allgemeinen eine Länge zwischen etwa 3)1 mm und etwa 6,4 mm und werden in Mengen von etwa 5 bis etwa 30 Gew.-°/o, vorzugsweise von etwa 8 bis etwa 30 Gew.-^ bezogen auf das Gewicht der thermoplastischen Teilchen, verwendet. Andere Zusatzmittel, wie z. B. Pigmente, Farbstoffe, Stabilisatoren, Formtrennmittel, Blähmittel, wie z. B. p,p*-0xy-bis"(benzolsulfonylhydrazid) und dergleichen, können vor dem Kaltpressen zur Herstellung der Tabletten zu den thermoplastischen Teilchen beigemengt werden.

Die thermoplastischen Teilchen und die erwünschten Zusätze werden bei Raumtemperaturen in einem Trockenmischer, wie z. B. Trommelmischer oder dergleichen, vermischt. Nach dem Vermischen wird das Gemisch durch Pressen in der Kälte zu Tabletten verformt. Dabei gelangt die Misohung durch eine Beschickungsmeßschraube ("feed-metering screw") in eine sich drehende Erfassungszone ("roll bite") der Drehpreßvorrichtung. Eine Drehpreßvorrichtung, die auch in den Beispielen der vorliegenden Erfindung verwendet wurde, ist in Pig. 1 dargestellt. Sie setzt sich aus zwei Druckwalzen zusammen, deren Stirnflächenbreiten wechselseitig Zacken besitzen bzw. flach ausgebildet sind, wobei die Zacken einer Druckwalze in die mit Einkerbungen versehenen flachen. Stirnfläche der gegenüberliegenden Druckwalze eingreift. Beide Druckwalzen werden angetrieben (entgegengesetzte Rotation). Die Tabletten kommen in Form eines lose zusammenhängenden Bandes aus prismaförmigen kaltgepreßten Tabletten aus der Drehpreßvorrichtung heraus. Die Bänder werden dann durch ablenkende Wirkung der Messer ("scraper blades") bei der Entfernung der Tabletten aus den Einbuchtungen der Y/alze in getrennte Tabletten aufgeteilt.

Die nachfolgenden Beispiele erläutern die vorliegende Erfindung, ohne diese jedoch zu beschränken:

209851/0821

Beispiel 1

Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 4, einer geometrischen Standardabweichung von 2 werden zu einer Teilchenmischung mit folgender Teilchengrößenverteilung verarbeitet:

1. Alle Partikeln sind kleiner als 2,0 mm. •2. 91 $ (kummulatives Gewicht) sind kleiner als 1,0 mm. 3· 50 io (kummulatives Gewicht) sind kleiner als 0,35 mm.

4. 15 $> (kummulatives Gewicht) sind kleiner als 0,18 mm, Diese Mischung
/wurde bei Raumtemperaturen mit 10 Gew.-^ (bezogen auf das Gewicht der thermoplastischen Teilchen) 3,1 mm langen Glasfasern gemischt. Die Mischung wurde durch eine Beschickungsschraube der sich drehenden Erfassungszone der Presse, die mit 75 UpM arbeitete, zugeführt. Die Drehpreßvorrichtung wurde unter den folgenden Bedingungen betrieben:

Walzengeschwindigkeit 25 UpM

Walzendrehkraft 6900 Ib. inch'

Walzendruck ("roll load") 8620 kg

Walzenabstand 0,254 mm

Die hergestellten prismaförmigen Tabletten hatten die folgenden Abmessungen: 4,06 mm χ 7,62 mm χ 7,62 mm.

Die Druckfestigkeit der Tabletten wurde bestimmt, indem eine Tablette in einer hydraulischen Presse mit der Stirnfläche der prismaförmigen Tablette direkt gegen die parallelenStoßflächen ("anvil surfaces') der Presse angeordnet wurde. Der Druck wurde bis zum Bruch der Tablette angewendet.

Der Preßdruck, den die Tabletten dieses Beispiels (Durchschnitt von 10 untersuchten Tabletten) vor dem Bruch aushalten konnten, betrug 1.37,4 kg/cm .

209851/0821

Beispiel 2

Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 15 und mit der in Beispiel 1 angegebenen geometrischen Standardabweichung und Teilchengrößenverteilung wurde mit 10 Gew,-$ (bezogen auf das Gewicht der thermoplastischen Teilchen) 3,1 mm langen Glasfasern vermischt. Anschließend wurden nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren Tabletten hergestellt.

Der Preßdruck, den die Tabletten dieses Beispiels (Durchschnitt von 10 untersuchten Tabletten) aushalten konnten., betrug 81,2 kg/cm².

Beispiel 3

Aus den Tabletten des Beispiels 2 wurden durch Spritzgußverfahren Platten mit einer Dicke von 3»18 mm, einer Breite von 63»5 mm und einer länge von 152,4 mm durch Verwendung einer "85 g Van Dorn Reciprocating Screw Injection Molding Machine" unter folgenden Bedingungen hergestellt:

Materialteraperatur ("stock temperature") = 224° 0 Druck = 844 kg/cin .

Die Platten wurden dann verschiedenen Testversuchen unterworfen. Die Testergebnisse waren wie folgt:

Biegefestigkeit: (ASTMD D-790-66) 337 kg/cm² Biegemodul: (ASTMD D-790-66) 14800 kg/cm² Izod-Schlagzähigkeit: (ASTMD D-790-56) 1,0 ft. lbs/inch⁵ Verformungstemperatur: 72° C.

TJm zu beweisen, daß die Teilchengrößenverteilung kritisch 1st, wurde das Verfahren des Beispiels 1 unter Verwendung von Polyäthylen mit einem Schmelzindex von etwa 3, einer geometrischen Standardabweichung von 1', 5 und mit folgender Teilchengrößenverteilung wiederholt:

209851/0821

80 4ό (kummulatives Gewicht) sind kleiner als 2,0 mm.

50 io (kummulatives Gewicht) sind kleiner als 1,5 mm.

17 io (kummulatives Gewicht) sind kleiner als 1,0 mm.

15 i° (kummulatives Gewicht) sind kleiner als 0,9 mm.

4,3 i° (kummulatives Gewicht) sind kleiner als 0,6 mm.

Die Druckfestigkeit der hergestellten Tabletten war außerordentlich klein.

209851 /0821

Claims

Wd/ki ' Union Carbide Corporation Case C-8716-G Patentansprüche

1.In der Kälte gepreßte Tabletten aus thermoplastischen

Teilchen mit einer maximalen geometrischen Standardabweichung von etwa 2,5» wobei

a) praktisch alle Teilchen kleiner als etwa 2,0 m
und

b) mindestens etwa 30 i» (bezogen auf das kummulative Gewicht) der Teilchen kleiner als etwa 0,59 mm sind.

2. Tabletten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Prismenform aufweisen.

3. Tabletten nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Polymerisat ein Polymerisat eines

cL -Olefins ist.

4. Tabletten nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Polymerisat einen Schmelzindex von weniger als etwa 100 besitzt.

5. Tabletten nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Polymerisat Polyäthylen ist. * *

6. Tabletten nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Mischung der thermoplastischen Teilchen und Glasfasern hergestellt worden sind.

7. Tabletten nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfanorn in einer Menge zwischen etwa 5 und etwa 30 Gew.-^, vc//"/,ugnweise zwischen etwa 8 und etwa 30 Gew.-$,
anwesend f;lnd.

209851/0821

8. Tabletten nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastischen Teilchen ein Blähmittel enthalten.

9. Verfahren zur Herstellung von geformten Gegenständen,
dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastischen Teilchen nach Anspruch 1 in der Kälte verpreßt werden.

( lötverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoplastischen Teilchen bei Raumtemperatur mit Grlasfasej vermischt und die Mischung in der Kälte verpreßt wird.

Der Patentanwalt

209851 /0821