DE2611349A1

DE2611349A1 - Verfahren zum vernetzen von kunststoffen

Info

Publication number: DE2611349A1
Application number: DE19762611349
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl Ing Franzkoch; Klaus Dipl Chem Dr Rer Kircher; Georg Prof Dr Ing Menges
Original assignee: Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Current assignee: Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Priority date: 1976-03-18
Filing date: 1976-03-18
Publication date: 1977-09-22
Also published as: DE2611349C2

Description

Verfahren zum Vernetzen von Kunststoffen
Ein Vernetzen von Kunststoffen, d. h. die Verknüpfung der die Kunststoffe aufbauenden Moleküle untereinander und/oder mit sich selbst, zu Molekülen mit anderer, meist größerer räumlicher Ausdehnung und höheren Molekulargewichten ist in der Regel von Änderungen in den Eigenschaften des Kunststoffes begleitet. Einer der ältesten und zugleich bekanntesten technl ch durchgeführten Vernetzungsprozesse von Kunststoffen ist die Vulkanisation von Naturkautschuk (Polyisopren) mit Hilfe von Schwefel in der Wärme. Bei dem Vernetzungsprozeß wlrd der klebrige, plastische Kautschuk in Gummi überführt.
Vernetzungsprozesse sind heute in vielen Bereichen der kunststoffherstellenden und kunststoffverarbeitenden Industrie geläufig und zählen zum Stand der Technik.
Ziel aller Vernetzungsprozesse ist die Herstellung von Produkten mit bestimmten chemischen, physikalischen und/oder mechanischen Eigenschaften, die das unvernetzte Material nicht aufweist.
Vernetzungsprozesse können klassifiziert werden nach der - chemischen Struktur der Vernetzungsstelle - Technologie.
Substanzen, die zu einer Vernetzung führen, können z.B. Reagenzien sein, die mit funktionellen Gruppen in bzw. an der Kette des zu vernetzenden Stoffes reagieren. Als Beispiele seien angeführt die Vernetzung von Polyolen mit Hilfe von Polyisocyanaten, die Vernetzung von Polyepoxiden mit Hilfe von Diaminen und die Vernetzung von Polyolefinen mit Schwefel.
Eine andere Verknüpfungsmöglichkeit ist die direkte Kombination zweier reaktionsfähiger Zentren der Polymermoleküle. Hierzu ist z.B. die Vernetzung von Polyolefinen zu nennen, die meist so durchgeführt wird, daß durch Protonenentzug mit Hilfe von Radikalen Kettenradikale gebildet werden, die bei Kombination von zwei Kettenradikalstellen zu Vernetzungen bzw. Verschlaufungen führen.
Während die weiter oben beschriebenen Vernetzungsprozesse in einer Reaktion vorhandener reaktiver Gruppen bestehen, ist für die radikalisch ablaufenden Vernetzungsprozesse charakteristisch, daß die eigentlichen reaktiven Substanzen erst in einer unmittelbar vorgelagerten Reaktion entstehen. Eine häufig angewandte vorgelagerte Reaktion ist die Zersetzung von labilen Substanzen und Bildung von radikalischen Zersetzungsprodukten, die in Anlagerungs- oder Substitutionsreaktionen reaktive Polymerradikale bilden.
Allen genannten Vernetzungsprozessen ist gemeinsam, daß die an der Vernetzungsreaktion beteiligten Substanzen oder funktionellen Gruppen in einen reaktionsbereiten Zustand überführt werden müssen. Das Einbringen der erforderlichen Aktivierungsenergie läßt sich prinzipiell mit allen bekannten Energiearten realisieren.
Die bekanntesten Verfahren sind die Verfahren, die das gesamte zu vernetzende Material mit Hilfe von Wärmeübertragungsmedien, wie z.B. Heißluft, Dampf, Wasser, Flüssigkeitsbäder, erwärmen.
Andere Verfahren arbeiten z.B. mit Hilfe von energiereicher Strahlung, wobei die Erzeugung von Kettenradikalen ohne Einschaltung von Hilfssubstanzen möglich ist.
Einer der neuesten kontinuierlichen Verarbeitungsprozesse ist die Vernetzung im hochfrequenten, insbesondere im ultrahochfrequenten Wechselfeld, wobei das zu vernetzende Material sich infolge dielektrischer Verluste erwärmt und wodurch die für den Vernetzungsprozeß erforderliche Aktivierungsenergie bereitgestellt wird.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Vernetzen von Kunststoffen, die im Hochfrequenz-Feld nicht, bzw. in unwesentlichem Ausmaß angeregt und erwärmt werden.
Derartige Kunststoffe finden überall dort Verwendung, wo ein möglichst niedriger dielektrischer Verlustfaktor wesentliches Kriterium für die Werkstoffauswahl darstellt, z.B. in der Elektroindustrie.
Gängige Verfahren zur Vernetzung von derartigen Substanzen arbeiten daher auch nicht mit einem hochfrequenten Wechselfeld.
Ein in der Praxis sehr wesentliches Beispiel für ein derartiges Verfahren ist die Vernetzung von Polyäthylen zur Kabelummantelung. Hierzu wird z.B. das mit einer thermolabilen Substanz, bei deren Zerfall Radikalbruchstücke entstehen, versetzte Polyäthylen bei solchen Temperaturen zu einem Formteil verarbeitet, bei denen die thermolabile Substanz noch ausreichend stabil ist.
Nach dem formgebenden Verarbeitungsschritt wird der Kunststoff bis zur Zersetzungstemperatur der Radikale liefernden Substanz erwärmt, wodurch der Vernetzungsvorgang eingeleitet wird.
Eine derartige Erwärmung ist zufolge der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, sofern die Zersetzung der labilen, Radikale liefernden Substanzen oder Substanzgemische selektiv im hochfrequenten Wechselfeld angeregt und zur Reaktion gebracht werden können.
Eine solche Verfahrensweise ist grundsätzlich immer dann zur Vernetzung bzw. zu einer polymeranalogen Reaktion, wie Aufpfropfung von Seitenketten oder Seitengruppen, geeignet, wenn die Struktur des Kunststoffes eine entsprechende Reaktion zuläßt und wenn die Polymermoleküle in einem ausreichend reaktiven Zustand vorliegen. Das Verfahren ist auch nicht nur auf die Reaktion von Radikalen beschränkt; es sind vielmehr alle im hochfrequenten Wechselfeld anregbaren Verbindungen geeignet, die die genannten Kunststoffe vernetzen bzw. eine Vernetzungsreaktion bewirken.
Mittel zur Erzeugung von Radikalen im hochfrequenten Wechselfeld sind labile Substanzen, die in zwei oder mehr identische und/oder verschiedene Radikale zerfallen.
Hierzu sind z.B. Peroxide oder Azoverbindungen geeignet, die polar genug sind, um im hochfrequenten Wechselfeld angeregt zu werden.
Reicht die Polarität der labilen Substanz für eine Anregung im hochfrequenten Wechselfeld alleine nicht aus, so besteht die Möglichkeit, eine Mischung von Radikalbildner und einer Hilfssubstanz einzusetzen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie in sehr geringer Konzentration eingesetzt wird und nach Art einer Komplexverbindung stets im Verband mit Initiatormolekülen im Kunststoff verteilt ist und die im hochfrequenten Wechselfeld angeregt werden kann. Dabei wird die aufgenommene Energie auch auf die in unmittelbarer Nachbarschaft vorhandenen Initiatormoleküle übertragen, wodurch diese zu einem Zerfall angeregt werden.
Bei einer Vernetzung von Polyäthylen in Form einer Kabelummantelung können hierzu Substanzen wie Naphtolabkömmlinge eingesetzt werden, die gleichzeitig als Spannungsstabilisatoren wirksam sind.

Claims

Patentansp rüch e 1. Verfahren zum Vernetzen von Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß der Vernetzungsprozeß eines im hochfrequenten Wechselfeld nicht anregbaren Kunststoffes durch die Reaktion einer im hochfrequenten Wechselfeld labilen Verbindung initiiert wird.
2. Verfahren zum Vernetzen von Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß der Vernetzungsprozeß eines im hochfrequenten Wechselfeld nicht anregbaren Kunststoffes durch die Reaktion einer im hochfrequenten Wechselfeld anregbaren Verbindung bewirkt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Vernetzung bewirkende Substanz selektiv im hochfrequenten Wechselfeld angeregt und in einen reaktionsfähigen Zustand überführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch il gekennzeichnet, daß die die Vernetzungsreaktion einleitende Sub tanz selektiv im hochfrequenten Wechselfeld erregt und zu einer Reaktion veranlaßt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zu vernetzende Kunststoff während der Vernetzungsreaktion durch das Hochfrequenzfeld nicht direkt erwärmt wird, sondern nur durch Wärmeübertragung von den im hochfrequenten Wechselfeld erregbaren Substanzen und/oder durch die Wärmebilanz der ablaufenden Rektionen in seiner Temperatur beeinflußt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als eine Vernetzungsreaktion einleitende Substanz ein Peroxid oder eine Mischung von Peroxiden verwendet wird, die im hochfrequenten Wechselfeld angeregt werden können.
7. Verfahren nach Anspruch 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Vernetzung bewirkende (a) und/oder die die Vernetzungsreaktion einleitende Verbindung (b) im hochfrequenten Wechselfeld nicht erregt werden kann, jedoch mit einer im hochfrequenten Wechselfeld erregbaren Hllfskomponente derart vermischt ist, daß (a) und/ oder (b) nach Art einer Komplexverbindung stets als Molekülverband mit der Hilfskomponente im Kunststoff vermischt ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskomponente ein Gemisch geeigneter Einzelsubstanzen darstellt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die im hochfrequenten Wechselfeld erregbare Hilfskomponente bzw.

das Gelnisch der Einzelsubstanzen die im hochfrequenten Wechselfeld gewonnene Energie auf die die Vernetzung bewirkende und/oder die Vernetzungsreaktion einleitende Verbindung überträgt und somit zu einer Vernetzung des Kunststoffes führt.
10. Verfahren nach Anspruch 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß als zu vernetzende Kunststoffe Polyolefine genommen werden.