DE2420784C3 - Verfahren zur Herstellung von durch energiereiche Strahlen vernetzten Formkörpern aus Polyolefinen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von durch energiereiche Strahlen vernetzten Formkörpern aus PolyolefinenInfo
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Description
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Thermoplastische Polyolefine finden aufgrund ihrer guten mechanischen und elektrischen Eigenschaften in
vielen Bereichen der Technik Anwendung. In vielen Fällen genügen die verwendeten Kunststoffe aber nicht
mehr den gestiegenen Anforderungen.
Seit einigen Jahren ist es möglich, Äthylenhomo- und -copolymerisate wie Äthylen-Vinylacetat (EVA), Äthylen-Propylen-Kautschuk
(EPM) oder Äthylen-Propylen-Terpolymere (EPDM) durch entsprechende Maßnahmen
mehr oder minder stark zu vernetzen. Mit dieser Vernetzung einher gehen vor allem eine zunehmende
Wärmeformbeständigkeit, eine Verringerung der Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln und eine
Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beanspruchungen. Die teils hervorragenden dielektrischen
Eigenschaften werden durch die Vernetzung nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt.
Diese durch Vernetzung verursachten Verbesserungen der Eigenschaften eröffnen diesen Materialien
bereits neue technische Anwendungsmöglichkeiten.
Es ist bekannt, Polyolefine durch Einwirkung von energiereicher Strahlung beispielsweise β-, γ- oder
Röntgenstrahlen zu vernetzen. Strahlungsquellen sind hierbei Elektronenbeschleuniger, Röntgenanlagen, radioaktive
Isotope und Kernreaktoren.
Für eine technisch ausreichende Vernetzung von z. B. Polyäthylen niederer Dichte (LDPE) ist eine Strahlendosis
von 200 - 300 k]/kg (= 20 - 30 Mrd) aufzuwenden. Man ist indessen bemüht, die für technisch ausreichende
Vernetzung erforderliche Dosis durch zusätzliche Maßnahmen zu senken.
Gemäß den deutschen Offenlegungsschriften 15 44 804 und 15 44 805 werden polyfunktionell olefinisch
ungesättigte, monomere Verbindungen, die als Vernetzungs- oder Vulkanisationsbeschleuniger wirken,
verwendet. Es werden vor allem die polyfunktionell ungesättigten Monomeren eingesetzt, die der Klasse
der Diacryl- und Dimethylacrylsäureester des Mono-, Di-, Tri- und Tetraäthylenglycols angehören, sowie
deren Vinyl- und Allylester. Des weiteren Divinylverbindungen wie Divinylbenzol oder Diäthylenglycoldivinyläther,
dann Diallylester z. B. der Maleinsäure, der Malonsäure, die Diallylverbindung des Pentaerythrits,
das Triallylcyanurat und auch diesen nahe Homologe oder Gemische derselben.
Wenn auch durch Zugabe solcher Coagentien zu dem Polymeren vor der Vernetzung eine Senkung der für
eine technisch ausreichende Vernetzung erforderlichen Strahlendosis herbeigeführt werden kann, so haften
diesem Verfahren doch eine Vielzahl von erheblichen Nachteilen an.
Die Ursachen für diese Nachteile sind insbesondere in der chemischen Natur dieser Coagentien zu suchen. Die
oben angeführten mehrfach olefinisch ungesättigten Monomeren sind durchweg polare Substanzen. Sie sind
in den unpolar aufgebauten Polyolefinen weitgehend unlöslich, und sie zeigen demzufolge das Bestreben, mit
der Zeit aus dem noch unvernetzten Verband an die Polymeroberfläche zu migrieren. Dieser Effekt des
Ausschwitzens ist bereits wenige Stunden nach der Formgebung und selbst bei Coagens-Konzentrationen
unter 1 % sichtbar und tritt mit zunehmendem Gehalt an Coagens mehr und mehr zutage. Dies ist um so
bedeutsamer, als bekannt ist, daß mit zunehmendem Gehalt an Coagens die zur ausreichenden Vernetzung
erforderliche Strahlendosis geringer wird.
Die Folge davon ist, daß ein noch unvernetzter Formkörper, der beispielsweise durch Spritzgießen
oder durch Extrusion einer auch entsprechend stabilisierten Mischung aus Polyolefin und einem mehrfach
olefinisch ungesättigten Monomeren als Coagens gefertigt wurde, bis zur Vernetzung mit energiereichen
Strahlen eine nur geringe Lagerfähigkeit hat. Dieser Umstand erweist sich vor allem dann als äußerst
nachteilig, wenn die Vernetzung zeitlich getrennt von der Formgebung erfolgt, wie es in einem diskontinuierlich
arbeitenden Verfahren gegeben ist. Während dieser Lagerzeit ändert sich durch laufende Verminderung der
Coagens-Konzentration im Polyolefin das Mischungsverhältnis und damit auch die zur Strahlenvernetzung
erforderliche Energie. Dies führt zu nicht vorhersagbaren Vernetzungsergebnissen.
Letztlich sind die allgemein verwendeten auch flüssigen oder festen Coagentien meist hautreizend und
teils giftige Substanzen. Dies beeinträchtigt insbesondere die Handhabung der unvernetzten Formteile.
Aus der britischen Patentschrift 8 65 793 ist es bekannt, bei der Herstellung von mittels freier Radikale
vernetzten Polymeren oder Copolymeren des Äthylens oder anderer Olefine dem polymeren Material vor der
Vernetzung 0,5 bis 20% eines Modifizierungsmittels zuzusetzen, nämlich Chinondioxim oder dessen Ester,
Cyanursäurepolyallylester, Diallylester aromatischer oder aliphatischer zweibasischer Säuren, Polyallyläther
mehrwertiger Alkohole, symmetrische alicyclische Kohlenwasserstoffe mit zwei Vinylgruppen, die durch
wenigstens 1 C-Atom voneinander getrennt sind, Dinitrosoverbindungen und Diphenylguanidin. Durch
die Zugabe dieser Modifizierungsmittel soll die Polymerisationsreaktion, d. h. die Vernetzung, dergestalt
beeinflußt werden, daß die Polymeren mit weniger Katalysator, d.h. Radikalbildner, vernetzt werden
können als dies sonst der Fall ist. Dabei wird angenommen, daß die Modifizierungsmittel in die
Vernetzungsreaktion aufgrund ihrer — im Vergleich zu
den Polymeren — höheren Reaktivität gegenüber freien Radikalen in der Kettenreaktion eingreifen. Sie wirken
dabei in der Kettenreaktion als Agentien für die Ketienübertragung und als Vernetzungsbrücken zwischen
den Polymermolekülen.
Bei diesem Verfahren läuft aber die Vernetzungsreaktion unmittelbar und vollständig ab, d. h. es entstehen
unmittelbar vollkommen vernetzte und somit feste, gehärtete Polymere. Derartige Produkte können aber
nicht mehr weiterverarbeitet werden, sie sind nicht mehr thermoplastisch und nicht mehr aufschmelzbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, die bislang bei der Herstellung von durch energiereiche Strahlen vernetzbaren
Formkörpern und Halbzeugen aus Polyolefinen in Gegenwart von Vernetzungsverstärkenden Coagentien
auftretenden Nachteile weitgehend zu vermeiden. Insbesondere soll eine Migration des Coagens vermieden
werden und es soll die Möglichkeit geschaffen werden, noch nicht vernetzte Produkte herzustellen,
d.h. Produkte, die noch weiterverarbeitet werden können und erst danach in einem weiteren Verfahrensschritt vernetzt werden.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine Mischung aus Polyolefin, mehrfach olefinisch
ungesättigtem Coagens und 0,05 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Polyolefin, wenigstens eines organischen
Peroxides hergestellt wird, daß diese Mischung bei gleichzeitiger oder nach vorangegangener Formgebung
über die Zerfallstemperatur des Peroxides bis zu dessen Zerfall erhitzt wird und daß nachfolgend der
Formkörper zur Vernetzung mit energiereichen Strahlen behandelt wird.
Die dabei erforderliche Temperatur richtet sich nach der Art und damit der thermischen Stabilität des
verwendeten Radikalbildners. Die Polyolefine können neben den Vernetzungsverstärkenden Coagentien und
den geringen Mengen an Radikalbildner noch Alterungsschutzmittel, wie Antioxidantien oder Metalldesaktivatoren,
weichmachende öle oder sonstige niedermolekulare Zusätze, mineralische Füllstoffe, Ruße oder
auch Farbpigmente enthalten.
Durch den Zusatz von Radikalbildnern wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Migration des
Coagens selbst in hohen Konzentrationen aus dem Olefin vollständig unterbunden und es kann die für eine
technisch ausreichende Vernetzung erforderliche Strahlendosis bedeutend gesenkt werden.
Die Formgebung kann durch Extrusion, Spritzgießen oder Spritzpressen wie üblich erfolgen, wobei das
fertige Formteil oder der Formstrang dann anschlie-Bend auf die entsprechende für den thermischen Zerfall
des verwendeten Radikalbildners erforderliche Temperatur gebracht wird, wenn bei Verarbeitungstemperaturen
gearbeitet wird, bei denen der verwendete Radikalbildner noch nicht dem thermischen Zerfall
unterliegt.
Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch erwiesen, die Formgebung bei einer Verarbeitungstemperatur
durchzuführen, die in der gegebenen Verarbeitungszeit einen weitgehenden Zerfall des Radikalbildners gewährleistet.
Bei der Herstellung von Formkörpern aus der Mischung von Polyolefinen, Coagentien und Radikalbildnern
gemäß der Erfindung tritt eine Oligomerisation der zugesetzten polyfunktionell ungesättigten Coagentien
ein, aber keine Vernetzung des Polyolefins, wodurch die Verarbeitung dieser Mischungen bei
Temperaturen, bei denen der organisch polymeraktive Radikalbildner bereits zerfällt, gewährleistet ist. Dies ist
wesentlich unterschiedlich von der aus der französischen Patentschrift 14 24 016 bekannten Vernetzung
von Polyäthylen und Äthylencopolymeren in Gegenwart eines organischen Peroxids, wobei das Peroxid
direkt zur teilweisen Vernetzung des Polyolefins führt Teilweise vernetzte Polyolefine sind nicht mehr
verarbeitbar. Außerdem wird gemäß dem Verfahren der französischen Patentschrift zuerst mit energiereicher
Strahlung behandelt und dann bei 150° C nachgehärtet.
Geeignete organische polymeraktive Radikalbildner sind Diarylperoxide, wie z. B. Dicumylperoxid. Als
besonders geeignet haben sich insbesondere im Hinblick auf die angestrebte gute Extrusion bei
verfahrenstechnisch günstigen Temperaturen Alkarylperoxide, insbesondere 1,3-Bis(tert.butylperoxisopropyl)-benzol
und die Diacylperoxide, insbesondere Di-tert. Buytlperoxid erwiesen.
Geeignete, durch energiereiche Strahlen vernetzbare Olefinpolymere sind z. B. Olefinhomopolymere, wie z. B.
Polyäthylen, Polypropylen und Polybuten, Olefincopolymere,
wie z. B. Äthylen-Propylen-Kautschuk, Äthylen-Vinylacetat
und Olefin-Terpolymere, wie z. B. Äthylen-Propylen-Dien-Polymere
(EPDM-Kautschuk) und deren Mischungen.
Geeignete Vernetzungsverstärkende Coagentien sind mehrfach olefinisch ungesättigte Verbindungen, beispielsweise
Allylester, wie z. B. Decan-dicarbonsäure-1, 10-diallylester, ölsäure-diallylester; Allyläther, wie z. B.
Diallylidenpentaerythrit, Novolack-Allyläther; Acrylate bzw. Methacrylate, beispielsweise die des Mono-, Di-,
Tri- und Tetraäthylenglycols, der zwei- oder mehrwertigen Alkohole wie 1,6-Hexandiol oder Trimethylolpropan.
Ferner Triallylcyanurat, Triallylisocyanurat und deren Mono- und Bis-diallylcyanurate, wie z. B. Stearylamidodiallylcyanurat
oder Diamino-hexan-bis-diallylcyanurat,
Ν,Ν-Diallylmelamin oder Dimaleinimide, wie
z. B. Dodecan-dimaleinimid.
Der überragende Vorteil, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formkörper besteht
darin, daß die Migration von Coagentien aus Formkörpern noch vor der Vernetzung mit energiereichen
Strahlen vollständig unterbunden wird. Die Verwendung von Coagentien in durch Strahlung vernetzbaren
Polyolefinen auf breiter Basis bei nachfolgendem, aber auch zeitlich und örtlich getrenntem Vernetzungsschritt
mit energiereichen Strahlen wird möglich.
So werden erfindungsgemäß hergestellte noch unvernetzte Formteile bis zur Strahlenvernetzung
lagerbeständig und die oben genannten Beeinträchtigungen der Handhabung dieser Formteile entfallen. Die
Coagenskonzentration im Mischungsdufbau vermindert sich nicht mehr laufend, was bei der Strahlenvernetzung
zu nicht vorhersagbaren und ungenügenden Vernetzungsergebnissen führte.
Außerdem wird durch den erfindungsgemäßen Zusatz die mechanische Beanspruchbarkeit des noch
weitgehend unvernetzten thermoplasitschen Materials erhöht, was vor allem dann von Vorteil ist, wenn aus
verarbeitungstechnischen Gründen eine solche Beanspruchung nicht auszuschließen bzw. von vornherein
nicht zu umgehen ist.
Die Vernetzung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren der vorliegenden Erfindung erfolgt bei einer
Dosis von 1 bis 200 kj/kg, vorzugsweise 10 bis lOOkJ/kg.
Damit wird die Vernetzung unter milden Bestrahlungsbedingungen durchgeführt, wobei es je nach Dosisrate
unerheblich ist, ob in atmosphärischer Umgebung oder
unter Inertgas bestrahlt wird. So kann die Gefahr des
unerwünschten Abbaus der Äthylenhomo- und -copolymeren
vermindert und die sich äußerst nachteilig auswirkende Strahlenschädigung von Zusätzen, wie
Oxidationsstabilisatoren und Metalldesaktivatoren, herabgesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Herstellung beliebiger Formkörper und Halbzeuge, wie z. B. Rohre,
Profile oder Umhüllungen durch Extrusion, Spritzgießen nder Spritzpressen geeignet. Mit besonderem
Vorteil wird es für elekti ische Isolierungen eingesetzt,
insbesondere für Kabel und Leitungen, wo z. B. durch mehrfaches Umlenken der zu vernetzenden Ader unter
dem Strahlfenster der Elektronenbeschleunigungsanlage die primär noch unvernetzte Isolierung hohen
mechanischen Belastungen ausgesetzt ist.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.
Zur Vernetzung stand als Strahlquelle ein 750-kV-Kaskadenelektronenbeschieuniger
mit einer Elektronenstrahlleistung von 4 kW zur Verfugung. Die Bestrahlungen wurden ausnahmslos in atmosphärischer
Umgebung und bei Raumtemperatur durchgeführt. Aufgrund der gewählten Energiedosisraten (0,3 bis
1,1 kj/kg see) sind die Bestrahlungen als unter Kurzzeitbedingungen gemäß DIN 53 751 (Entwurf
August 1973) zu bezeichnen. Die im folgenden aufgeführten Dosiswerte sind in Mrd angegeben. Es
entspricht 1 Mrd = lOkJ/kg.
a) Aus handelsüblichem Hochdruckpolyäthylen (rf= 0,918 g/cm3, MFI190/2 = 0^) wurden bei
180°/3 min 1 mm starke Preßplatten der Abmessungen 70 χ 120 mm hergestellt und mit einer
Energiedosis von 6, 10 und 20 Mrd vernetzt. Die prozentuale Vernetzung beträgt 49%, 61% und
72%. Die als Maß für den Vernetzungsgrad des Polyolefins ermittelte prozentuale Vernetzung
wird wie folgt erhalten:
Ca. 0,3 g des vernetzten Polyolefins werden in Form von Probekörpern mit ca. 1 mm Durchmesser
in stabilisiertem Xylol für 12 Stunden bei Siedetemperatur extrahiert und der nicht lösliche
Anteil (Gelanteil) anschließend unter Vakuum während 12 Stunden bei 1100C getrocknet. Der
Wert der proz. Vernetzung errechnet sich dann wie folgt:
Prozentuale Vernetzung =
Gewicht der extrahierten Probe
Gewicht der Ausgangsprobe
Gewicht der Ausgangsprobe
100%
Die Platten sind homogen vernetzt und zeigen bei an verschiedenen Stellen der Platte entnommenen
Proben praktisch den gleichen Vernetzungsgrad an.
b) 100 Gewichtsteile des unter a) bezeichneten Polyäthylens werden bei 150°C in einem heizbaren
Laborinnenkneter plastifiziert, mit 1,7 Gewichtsteilen Triallylcyanurat versetzt und für 3 Minuten bei
dieser Temperatur homogenisiert. Bei 180°/3 min
wird die Mischung dann zu ca. 1 mm starken Preßplatten verarbeitet und ein Teil davon mit 6,10
und 20 Mrd zu einer prozentualen Vernetzung von 60%, 69% und 77% vernetzt.
c) Zu der unter b) beschriebenen Mischung werden in einem 2. Arbeitsgang bei 150° Knetertemperatur
noch zusätzlich 0,1 Gewichtsteil Dicumylperoxid (96%ig) hinzugefügt und das Ganze für eine Minute
homogenisiert. Ein Teil der daraus bei 180°/3 min
gepreßten 1-mm-Platten wurden wieder mit 6, 10 und 20 Mrd bestrahlt. Die prozentuale Vernetzung
liegt deutlich höher bei 71 %, 77% und 83%.
d) In einem 3. Arbeitsgang wird in die unter b) beschriebene Mischung analog c) nun aber 0,2 Gewichtsteile Dicumylperoxid eingearbeitet. Die Bestrahlung einer bei 180°/3 min gefertigten Preßplatten mit 10 Mrd führt hier bereits zu einer 80%igen Vernetzung.
d) In einem 3. Arbeitsgang wird in die unter b) beschriebene Mischung analog c) nun aber 0,2 Gewichtsteile Dicumylperoxid eingearbeitet. Die Bestrahlung einer bei 180°/3 min gefertigten Preßplatten mit 10 Mrd führt hier bereits zu einer 80%igen Vernetzung.
Neben dieser augenfälligen Begünstigung der Vernetzung verhindert die geringe Menge an
Peroxid das Ausschwitzen des Coagens aus den noch unbestrahlten Platten c) und d). Während aus
den nach b) gearbeiteten noch unvernetzten Platten schon nach wenigen Stunden das Coagens
Triallylcyanurat ausmigriert und sich in Tropfen an der Oberfläche sammelt, wandert aus den ebenfalls
noch unbestrahlten Platten c) und d) selbst nach Wochen der Lagerung der Vernetzungsverstärker
nicht aus; die Platten bleiben trocken.
Es wurde wie in Beispiel 1 verfahren, nur daß anstelle von 1,7 Gewichtsteilen die doppelte Menge (3,4
Gewichtsteile) an Triallylcyanurat verwendet wurde.
Es zeigte sich, daß die Ausschwitzerscheinung an den noch unbestrahlten Platten der Mischung ohne Peroxid
mit zunehmender Coagens-Konzentration zunimmt. An den ebenfalls nicht strahlenvernetzten Platten der
Mischungen mit einer geringen Menge an Dicumylperoxid unterbleibt diese Migrationserscheinung vollständig.
Zudem sind die mit 6 Mrd bestrahlten Platten (180°/3 min) der Mischung mit 0,2 Gewichtsteilen
Dicumylperoxid zu nahezu 80% vernetzt, wohingegen jene ohne Peroxid lediglich eine Vernetzung von 62%
zeigen.
a) In 100 Gewichtsleile eines Polyäthylens (d= 0,918 g/cm3; MFl,90/2 = 0,2) werden bei 150° in
einem Laborkneter 0,2 Gewichtsteile oligomeres 2,2,4-Trimethyl-l,2-dihydrochinolin eingearbeitet,
gemäß Beispiel 1 bei 180°/3 min Probeplatten gepreßt und diese mit 10 Mrd vernetzt.
Dies erbringt eine prozentuale Vernetzung von 54%.
b) In einem zweiten Arbeitsgang werden zu der unter a) beschriebenen Mischung bei 150° Knetertemperatur
noch 1,7 Gewichtsteile Triallylcyanurat hinzugefügt und diese für 3 Minuten homogenisii., 1.
Ein Teil der daraus bei 180°/3 min gefertigten Platten wird mit lOMrd bestrahlt. Sie sind
homogen zu 65% vernetzt.
c) In einem weiteren Arbeitsgang werden zu der Mischung b) noch zusätzlich 0,2 Gewichtsteile
Dicumylperoxid gemäß Beispiel 1 eingearbeitet und der Vernetzungsgrad der daraus bei
180°/3 min gepreßten Platten nach Bestrahlung mit 10 Mrd bestimmt. Sie sind bereits zu 79% homogen
vernetzt.
Es konnte wiederum nachgewiesen werden, daß die noch unbestrahiten Preßplatten der Mischung
c) selbst nach mehrwöchiger Lagerung keine Ausschwitzerscheinung zeigen, wohingegen aus
den nach Mischung b) gepreßten und ebenfalls unbestrahiten Platten das Coagens nach kurzer
Zeit bereits stark ausmigriert.
Die Mischungsherstellung erfolgte wie bei Beispiel 1 b) bis d), wobei aber anstatt Triallylcyanurat 4
Gewichtsteile des Vernetzungsverstärkers Trimethylolpropantrimethacrylat
verwendet wurden.
Der Vernetzungsgrad der bei 180°/3 min gepreßten
und mit 10 Mrd bestrahlten Platten liegt ohne Peroxidzugabe bei 62%. Wurde den Mischungen 0,1
bzw. 0,2 Gewichtsteile Dicumylperoxid zugegeben, so führt die Bestrahlung der Preßplatten (180°/3 min) mit
10 Mrd zu einer prozentualen Vernetzung von 64% bzw. 65%.
Auch hier unterbindet die Zugabe einer geringen Menge an Peroxid zur Mischung aus LDPE und
Tnmethylolpropantrimethacrylat die Migration des Coagens aus dem noch unbestrahiten Formkörper.
Die Mischungsherstellung erfolgte wie bei Beispiel 4, wobei aber anstatt Trimethylolpropantrimethacrylat 12
Gewichtsteile des Vernetzungsverstärkers Diallylidenpentaerythrit zugegeben wurden.
Der Vernetzungsgrad der bei 180°/3 min gepreßten und mit 10 Mrd bestrahlten Platten ist ohne Peroxidzugabe
70%. Die Bestrahlung analog hergestellter Platten der Mischungen mit 0,1 bzw. 02 Gewichtsteilen
Dicumylperoxid führt bereits mit 10 Mrd zu einer 80%igen bzw. 81 %igen Vernetzung.
Diallylidenpentaerythrit wandert wenige Tage nach Formgebung aus den «nbestrahlten Platten der
Mischung ohne organisches Peroxid zunehmend aus. Durch Zumischen einer geringen Menge Dicumylperoxid
wird die Migration aus den Formkörpern vollkommen unterbunden.
Es wurde wie in Beispiel 1 verfahren, nur daß als Polyolefin ein handelsübliches Niederdruckpolyäthylen
(d= 0345 g/cm', MFI190/2=0^) eingesetzt wurde und als
Coagens 3,4 Gewichsteile Triallylcyanurat auf 100 Gewichtsteile Polyäthylen.
Die Bestrahlung der entsprechenden Preßplatten (180°/3 min) mit 10 Mrd führt bei dem Grundmaterial
ohne Triallylcyanurat zu 44%. durch Zugabe von 3,4 Gewichtsteilen Triallylcyanurat zu 77% und nach
weiterer Zugabe von 0,2 Gewichtsteilen Dicumylperoxid bereits zu 84% Vernetzung. Zusätzlich wird die
deutliche Migration des Coagens aus dem unpolaren, höher kristallinen Polyäthylen vollständig unterbunden.
a) 100 Gewichtsteile eines handelsüblichen Äthylen-Vinylacetat-Copolymeren
(d = 0,980 g/cm3; 45% Vinylacetat; MFI190/2 = 2-5) werden bei 150° in
einem heizbaren Laborkneter mit 3,4 Gewichtstei-Ien Triallylcyanurat in 3 Minuten homogenisiert
Und aus dieser Mischung bei 180°/3 min lmm
starke Preßplatten gefertigt. Die Platten sind stark klebrig, zeigen jedoch nach der Bestrahlung mit 6
und 10 Mrd eine homogene Vernetzung von 51% und 63%.
b) In einem zweiten Arbeitsgang werden zu der Mischung a) bei 150° Knettemperatur noch
zusätzlich 0,2 Gewichtsteile Dicumylperoxid eingearbeitet Die hieraus gefertigten Preßplatten
(180° /3 min) sind von bedeutend geringerer Klebrigkeit, zeigen eine höhere mechanische Festigkeit
und sind nach Bestrahlung mit 6 und 10 Mrd homogen und zudem erheblich höher vernetzt,
nämlich zu 85% bzw. 88%. Die Verbesserung wird noch augenfälliger, wenn man demgegenüber die
proz. Vernetzung des Materials ohne jede Zusätze nach Bestrahlung mit den obengenannten Dosiswerten vergleicht: 52% und 71 %.
Analog zu Beispiel 7 wurden 2 Mischungen hergestellt, wobei anstatt des Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymerisats
ein handelsüblicher Äthylen-Propylen-Kautschuk (EPM mit 45% Propylenanteil,
t/=0,87 g/cm3, ML[I + 4] 125° = 35) als Basispolyolefin
verwendet wurde.
Die Preßplatten (180°/3 min) der Mischung aus 100 Gewichtsteilen EPM + 3,4 Gewichtsteilen Triallylcyanurat
lassen sich mit 10 Mrd zu 64% vernetzen, wohingegen die Probekörper der Mischung mit
zusätzlich 0,2 Gewichtsteilen Dicumylperoxid mit 10 Mrd bereits zu 74% vernetzt sind. Die Bestrahlung
des reinen Basispolyolefins erbringt nur 46%.
Auch hier verhindert die Beimischung der geringen Menge an Dicumylperoxid die Migration des Coagens
und erhöht die mechanische Festigkeit der noch unbestrahiten Probekörper.
Analog zu Beispiel 7 wurden 2 Mischungen hergestellt, wobei als Polymerisat ein handelsübliches
Äthylen-Propylen-Terpolymer (EPDM mit 45% Propylenanteil, d = 0,87 g/cm3) mit 5% Dicyclopentadien als
Terkomponente und ML (1+4) 125° = 50 eingesetzt
wurde.
Die Preßplatten (180°/3 min) der Mischung aus 100 Gewichtsteilen EPDM und 3.4 Gewichtsteilen Triallylcyanurat
sind mit 10 Mrd zu 63% vernetzbar, wohingegen die Probekörper der Mischung mit zusätzlich 0,2
Gewichtsteilen Dicumylperoxid mit dieser Dosis ber »its zu 75% vernetzt sind. Im Gegensatz dazu führt die
Bestrahlung des Basispolyolefins mit 10 Mrd zu einer 69%igen Vernetzung.
Die Beimischung der geringen Menge des organischen Peroxids bewirkt darüber hinaus eine deutlich
höhere mechanische Festigkeit der noch unbestrahiten
ίο
Formkörper, vermindert seine Klebrigkeit und begünstigt damit seine Handhabung.
Beispiel 10
Es wurde wie in Beispiel 2 verfahren, nur daß anstatt Dicumylperoxid als Radikalbildner 0,1 Gewichtsteil
1,3-Bis(tert.butylperoxisopropyl)-benzol (96%ig) verwendet wurde.
Das Coagens Triallylcyanurat migriert aus den noch unbestrahlten Probeplatten (180°/3 min) dieser Mischung
nicht aus, im Gegensatz zu gleichartig hergestellten Preßplatten der Mischung ohne
l,3-Bis(tert.butylperoxisopropyl)-benzoI, wo das Coagens bereits nach wenigen Stunden ausschwitzt.
Zudem lassen sich die Platten der Mischung mit 0,1 Gewichtsteil l,3-Bis(tert.butylperoxisopropyl)-benzol
durch Bestrahlung mit 10 Mrd zu über 80% vernetzen, während jene ohne das angegebene Peroxid lediglich
eine Vernetzung von 69% zeigen.
100 Gewichtsteile eines handelsüblichen Hochdruckpolyäthylens (d = 0,918 g/cm3; MFI190/2 = 0,2) werden
in einem Trommelmischer für 12 Stunden mit 3,4 Gewichtsteilen Triallylcyanurat und 0,2 Gewichtsteilen
l,3-Bis(terLbutylperoxisopropyl)-benzol (96%ig) bei einer Temperatur von 60° C innig vermischt.
Ein Teil der so erhaltenen Mischung wird bei einer Massetemperatur von 180° C über einen Mischextruder
homogenisiert und zu einem Strang gespritzt. Aus diesem Formkörper wandert selbst nach mehrwöchiger
Lagerung das Coagens nicht aus.
In einem zweiten Arbeitsgang wird der andere Teil der aufgetrommelten Mischung in gleicher Weise, aber
bei lediglich 13O0C homogenisiert und der aus dem Mischextruder austretende Strang nach Kühlung
granuliert. Bereits nach wenigen Stunden ist das Granulat durch ausgewandertes Coagens naß und
klebrig.
Beispiel 12
100 Gewichtsteile Hochdruckpolyäthylen
(d — 0,918 g/cm3; M Fl 190/2 = 0,2) werden in einem
Trommelmischer bei 6O0C über einen Zeitraum von 12 Stunden mit 3,4 Gewichtsteilen Triallylcyanurat innig
vermengt.
Diese Mischung wird über einen 90D-Extruder bei einer Massetemperatur von 180°C um einen Kupferleiter
mit einem Querschnitt von 1,5 mm2 gespritzt.
Während des Extrusionsvorgangs wird direkt am Extruder über ein Dosiergerät kontinuierlich Di-tert.butylperoxid
dergestalt zugegeben, daß in der extrudierten Mischung 0,2 Gewichtsteile bezogen auf das Gewicht
des Polyäthylens enthalten sind.
Die so erhaltene homogene Isolierung (isolierwandstärke 0,8 rnm), aus der selbst nach mehrwöchiger
Lagerung das Coagens nicht ausschwitzt, kann anschließend durch Elektronenstrahlen vernetzt werden.
Demgegenüber beginnt aus der in gleicher Weise, aber bei einer Massetemperatur von 130° C extrudierten
Isolierung bereits nach wenigen Stunden das Coagens auszuwandern.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von durch energiereiche Strahlen vernetzten Formkörpern und Halbzeugen
aus Polyolefinen mittels vernetzungsverstärkender mehrfach olefinisch ungesättigter Coagentien
und organischer Peroxide, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus Polyolefin,
mehrfach olefinisch ungesättigtem Coagens und 0,05 bis 0,5 Gew.-°/o, bezogen auf das Polyolefin,
wenigstens eines organischen Peroxides hergestellt wird, daß diese Mischung bei gleichzeitiger oder
nach vorangegangener Formgebung über die Zerfallstemperatur des Peroxides bis zu dessen
Zerfall erhitzt wird und daß nachfolgend der Formkörper zur Vernetzung mit energiereichen
Strahlen behandelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Peroxid 1,3-Bis(tert.butylperoxisopropyl)-benzol
oder Di-tert.-butylperoxid verwendet wird.
3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung von Formkörpern, Halbzeugen
oder Umhüllungen für die Elektrotechnik, insbesondere von Isolierungen für Kabel und
Leitungen.
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