DE3150547A1 - Flachsfasern enthaltende formmassen auf der basis thermoplastischer kunstharze - Google Patents

Flachsfasern enthaltende formmassen auf der basis thermoplastischer kunstharze

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DE3150547A1
DE3150547A1 DE19813150547 DE3150547A DE3150547A1 DE 3150547 A1 DE3150547 A1 DE 3150547A1 DE 19813150547 DE19813150547 DE 19813150547 DE 3150547 A DE3150547 A DE 3150547A DE 3150547 A1 DE3150547 A1 DE 3150547A1
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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Description

Die Erfindung betrifft Formmassen auf der Basis von thermoplastischen Kunstharzen, die Flachs oder flachsähnliche Fasern enthalten.
Es sind zahlreiche Formmassen auf der Basis thermoplastischer Kunstharze bekannt» Es ist ferner bekannt/ daß diese Kunstharze Zusätze enthalten können, wie anorganische Füllstoffe, z.B. Calciumcarbonat, Talkum oder Glimmer. Ferner können auch organische Substanzen als Füllstoffe verwendet werden, wie Holzmehl, Häcksel, faserige Stoffe, wie Asbest und Glasfasern, sowie Graphit, Koks, geblasener Asphalt, Aktivkohle, Magnesiumhydroxid oder Aluminiumhydroxid. Diese Zusatzstoffe haben den Nachteil eines hohen spezifischen Gewichts, und ihre Fähigkeit zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften der Formmassen sind unzureichend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Formmassen auf der Basis thermoplastischer Kunstharze zur Verfügung zu stellen, die sich durch verbesserte physikalische Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich Maßhaltigkeit, Formbeständigkeit in der Wärme und Steifigkeit, sowie verbesserter Beschichtbar-• keit und Anbohrfestigkeit auszeichnen. Die Lösung dieser Aufgabe beruht auf dem überraschenden Befund, daß man durch Einverleiben von Flachsfasern oder flachsähnlichen Fasern die physikalischen Eigenschaften thermoplastischer Kunsthar-
30 ze erheblich verbessern kann.
Die Erfindung betrifft somit den im Anspruch 1 gekennzeichneten Gegenstand. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Au s führung s formen.
35
Als thermoplastische Kunstharze können erfindungsgemäß
sämtliche üblichen thermoplastischen Kunstharze .verwendet werden, z.B. einheitliche Kunstharze, wie Polyvinylchlorid (PVC), Polypropylen (PP), Polyäthylen (PE), Styrol-Polymerisate, Acrylnitril-Styrol-Copolymerisate CSAN) und Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisate (ABS-Polymerisate), deren Gemische sowie Copolymerisate der reaktionsfähigen modifizierten Kunstharze.
Der Ausdruck "Flachsfasern" bedeutet Fasern von beispielsweise Flachs, Ramie, Hanf, Jute, Manilahanf oder Sisal. Der Ausdruck ""faserähnliche Fasern" bedeutet Fasern von beispielsweise Samtmalve, Butterraps, Kenaf (Ambarihanf), Raffia, Neuseeländischer Flachs, Kokosfasern und Hanfpalme.
Zweckmäßig wird die Oberfläche des verwendeten Füllstoffes zur Verbesserung seiner Verträglichkeit mit dem Kunstharz, ■ der Dispergierbarkeit im Kunstharz und/oder der Haftung am Kunstharz oberflächenbehandelt. Es stehen folgende bekannte
Verfahren zur Verfügung: 20
(1) Ein Beschichtungsverfahren-, bei dem die Oberfläche des Füllstoffes mit einer Substanz, z.B. einer grenzflächenaktiven Verbindung, beispielsweise einer (wachsartigen) Fettsäure oder deren Salz oder mit einer Substanz beschichtet wird, die mit dem Kunstharz verträglich ist und am Füllstoff sehr gut haftet, beispielsweise einem kautschukartigen Polymer oder einem Viny!polymerisat mit niedrigem Molekulargewicht;
ß) die Behandlung mit einem Zwischenbindemittel· bzw. Haftmittel, bei dem ein Füllstoff mit dem Haftmittel behandelt wird und auf diese Weise der Füllstoff an dem Polymer verankert wird. Beispiele für derartige Haftmittel sind Silane und
Titanate; .
(3) die Oberflächenbehandlung mit einem polymerisierbaren Monomer, funktionellen Oligomer oder funktionellen Polymer.
L J
. «5
Bei diesem Verfahren wird die Oberfläche eines Füllstoffes mit z.B. Acrylsäure, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, flüssigem Polybutadien oder einem anderen kautschukartigen Oligomeren mit endständigen Carboxylgruppen, einem mit Maleinsäureanhydrid modifizierten Polymer oder einem Carboxylgruppen enthaltenden Polyolefin behandelt. Nach Zusatz eines organischen Peroxids wird der Füllstoff erhitzt. Es erfolgt eine Polymerisation auf dem Füllstoff.
Die Art des verwendeten Mittels zur Oberflächenbehandlung hängt von der Art des Kunstharzes und der Art der erwünschten Verbesserung der Formmasse ab.
Erfindungsgemäß können verschiedene Füllstoffe oder Zusatzstoffe in den Formmassen verwendet werden.
Wenn die Menge der Flachsfasern oder flachsähnlichen Fasern in den Formmassen der Erfindung weniger als 0,5 Gewichtsteile pro 10 Gewichtsteile thermoplastisches Kunstharz be-
^ trägt, läßt sich eine Verbesserung der Formmassen bzw. der daraus hergestellten Formteile nicht erreichen. Sofern die Menge der Fasern mehr als 20 Gewichtsteile pro 10 Gewichtsteile thermoplastisches Kunstharz beträgt, werden die Eigenschaften der Formmasse verschlechtert. Wenn die Länge der Fasern mehr.als etwa 10 mm beträgt, verstopfen die Fasern die Düse des Extruders oder der Spritzgußmaschine. Dies führt zu- Fehlern bei der Herstellung von Formteilen. Gute Ergebnisse lassen sich erhalten bei einer Faserlänge von höchstens etwa 10 m, vorzugsweise von 0,1 bis 2 mm. Je kürzer die Fa-
' sern sind, umso besser ist das Aussehen der Formteile, wenn auch ihre Steifigkeit etwas abfällt. Es können Fasern der gleichen Art oder Gemische aus zwei oder mehr Fasern eingesetzt werden. Je dünner die Fasern sind, desto größer ist ihre Wirksamkeit. Beispielsweise ergeben Flachsfasern oder
Hanffasern sehr gute Ergebnisse. Je nach der Art der Fasern, ihrer Inhaltstoffe, wie Lignin, Asche oder extrahierbare Substanzen, kann auch ihre Steifigkeit, Faserdicke - und Zerset-
L J
r .· ι ' jr *··::: ο -ι Ejncj Λ7~ΐ
r V
zungstemperatür schwanken. Erfindungsgemäß können auch rein weißgefärbte Fasern eingesetzt werden, die durch Bleichen der rohen Fasern erhalten werden.
Die Beispiele erläutern die Erfindung. In den Beispielen werden Jutefasern verwendet. Dies ist jedoch nicht einschränkend aufzufassen.
Beispiel 1
Jutefasern werden in Längen von höchstens 5 mm und mit einer durchschnittlichen Länge von etwa 3 mm zerschnitten. Die zerschnittenen Fasern, die mit dem nachstehend in Tabelle III angegebenen Mittel oberflächenbehandelt waren oder nicht oberflächenbehandelte Fasern werden in Polypropylen eingearbeitet. Das erhaltene Gemisch wird auf beheizten Walzen homogen vermischt und dann zu Granulat verarbeitet. Aus- dem Granulat werden· Prüfkörper mittels einer Spritzgußmaschine hergestellt. Verschiedene Eigenschaften der Prüfkörper werden nach ASTM-Prüfnormen untersucht.
Tabelle I
Polypropylen·.; (MA-3) Teile Breite, mm 100 5 90 5 80 7 70 .6 60 6 50 6 40 0
^fasern
Jute} (unbehandelt), Teile		 Länge, mm 0 10 20 30 40 50 60
Härte, R-.Scala * 101 8 102 8' 104 0 106 .2 110 2 110 2 103 2
Izod-Kerbschlagzähigkeit,
kg.crn/cin2		 4. 4 4'. 5 4. 7 4 .0 4. 3 4. 3 4. 3
ο
Zugfestigkeit, kg/cm . ,		 368 380 385 408 524 388 370
Abmessungen 48. 48. 49. 49 49. 49. 49.
88. 88. 88. 89 89. 89. 89.
Anm.: MA-3 Polypropylen (Mitsubishi Petrochemical Co. Ltd.) Formbeständigkeit in der Wärme: MA-3 hat eine Formbeständigkeit, in der Wärme von
1200C. Nach Zusatz von 20 bis 40 Teilen Jute)steigt der Wert auf 140°C.
(fasern
co
cn cz> cn
03
cn
Tabelle II
Polypropylen (B-200), 'Teile
.p _. α _ ._n 		Breite, mm 100 90 80 70 60 50 40 • «
rusciLn
Jute) (unbehandelt) , Teile		 Länge, mm 0 10 20 30 40 50 60 .· . * #
Härte, R-Scala:'- - Anm.: B-200: Copolymer-Qualität
Formbeständigkeit in der \ 		89 88 91 91 97 97 97 \ .
A* i * ·
Izod-Kerbschlagzähigkeit,
.kg 'Cm/cm2		 10 10 10 9 9 7 6 •
« *
2
Zugfestigkeit, kg/cm		 355 355 360 401 430 430 342 » * w
f t
t *
i ■ *
UM«
48.8 48.8 48.9 49.O ■ 49.1 49.1 49.I
Abmessungen 88.3 88.4 . 88.5 88.9 89.1 . 89,2 89.2
von Polypropyler
iärrne: B-200 hat		 1 (Mitsui Toatsu Chemicals/ Inc.)
eine Formbeständigkeit in der Wärme von
115°C. Nach Zusatz von 20 bis 40 Teilen Jute; steigt der Wert auf 1350C.
asern
CO
cn O
ω ο
Tabelle III
Polypropylen- (Β-200Γ meiie 100 60 .60 60 60 60
Mittel zur Oberflächenbehandlung - Zink-
stearat		 Nipol
LX 111		 EPR
EP-57P		 A 1100
Silan ·		 TTS
Titanat
[lasern
JuteJ- (oberflächeribehandelt), Teile		 ! O 40 40 40 40 40
Härte, R-Scala 87 87 86 86 98 95
Izod-Kerbschlagzähigkeit,
kg·cra/cm^		 . 10 7 9 9 7 6
2
Zugfestigkeit, kg/cm		 355 333 380 "376 415 403
Breite, mm 48,8 49.2 49.0 48.9 49.1 49.0
Abmessungen
! Lange, mm		 88.3 89.2 89.0 88.8 89.0 89.0
Anm.: Nipol LX 111: Polybutadien-Latex (Nippon Zeon Corp.)
EPR EP-57P: Kautschukartiges Äthylen-Propylen-Copolymerisat (Mitsubishi Petrochemical Co., Ltd.)
A1100 §ilan): Silan-Haftmittel (Nippon Unical Co.)
TTS (Titanat): Titanat-Haftmittel (Ajinomoto Co., Inc.)
GO
cn CD cn
Bei den in Tabelle III beschriebenen Versuchen wird die Oberfläche der Jutefasern mit dem in Tabelle III erwähnten Mittel behandelt. Sodann werden 40 Teile der oberflächenbehandelten
Jutefasern in 60 Teile Polypropylen eingearbeitet.
Die Einzelheiten der in den Versuchen von Tabelle III verwendeten Behandlungsmittel und ihre Menge (pro. Gewichtsprozent
Jute) sind in Tabelle IV zusammengefaßt.
L . J
CJl
■ H
Tabelle IV
Mittel zur Oberflächenbehand
lung		 .Verwendete Menge Anmerkungen
S inks tear at · ·.-_..
(Sakai Chemical Industry
Co., Ltd.)		 5% Die Fasern werden mit einer 10-
prozentigen Lösung des Mittels in
Toluol behandelt und sodann ge
trocknet.
Nipol LX 111 5% Nach der Behandlung werden die
Fasern getrocknet.
EP-57P 5% ■ Die Fasern werden mit einer 10-
prozentigen Lösung von EPR in
Toluol behandelt und sodann getrock
net.
A 1100 (Silan) 2% Die Fasern werden mit einer wäßri
gen Lösung von A1100 (auf das Hun
dertfache verdünnt) behandelt und
danach getrocknet.
TTS (Titanat) · 2% Die Fasern werden mit einer wäßri
gen Lösung von TTS (auf das Hundert
fache verdünnt) behandelt und da
nach getrocknet.
X.
GO
cn
CD 4Γ-
In den in Tabelle I und II wiedergegebenen Versuchen mit unbehandelten Fasern wird die Oberflächenhärte und Steifigkeit der Formteile aus Polypropylen deutlich verbessert. Ferner ist ihre Maßhaltigkeit (Schrumpfung in der Form) erheblich.verbessert. Gleichzeitig.steigt die Formbeständigkeit in der Wärme um etwa 2O°C, wenn dem Kunstharz 20 bis 40 Teile Fasern zugesetzt werden. ' .
Jeweils 20 Gewichtsteile der Mittel A oder B zur Behandlung der Oberfläche werden zu 100 Teilen Jutefasern einer Länge von 1,5 mm gegeben. Das erhaltene Gemisch wird auf beheizten Walzen gründlich geknetet, sodann abgekühlt und zu Granulat verarbeitet. 60 Teile Granulat werden mit 40 Teilen Polypropylen gründlich vermischt. Sodann werden Formteile ^ hergestellt. Die Eigenschaften der Formteile werden-bestimmt. Die Ergebnisse der Versuche A und B sind in Tabelle V zusammengefaßt.
Behandlungsmittel A: Admer QE 305, ein klebriges Polyolefin mit einem geringen Gehalt an Carboxylgruppen (Mitsui Petrochemicals Co./ Ltd.)
Behandlungsmittel B: Bondfast G, ein klebriges Kunstharz, das angeblich mit Maleinsäureanhydrid modifiziert, worden ist (Sumitomo Chemical Co., Ltd.).
.
Ferner wird ein Gemisch aus 60 Teilen Polypropylen, 40 Teilen Jutefasern einer Länge von 1,5 mm, 0,5 Teile Maleinsäureanhydrid und 0,1 Teil Dicumylperoxid bei 180 bis 200 C extrudiert. Danach werden durch"Spritzguß Formteile herge-
stellt. Die Eigenschaften der Formteile werden bestimmt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle V zusammengefaßt (Versuch C).
35
Ol
Tabelle V
PoIy-
propylen··-
(MA-3)		 100» A B C Poly
propylen*.·
(B-200) ·		 10052 A B
Zugfestig-
'keit,
'kg/cm^
•Biege-
.festigkeit,
,kg/cm2
Biege- ·'
modul,
kg/cm2.		 ■ 368
260
11 600.		 510
590
48 ,000		 490
550
42,000		 430."
510
3 900		 Zugfestig-
• keit, :.
vkg/cm2>
Biege-
f esticxkeit,
.kg/cihc-
Biege-
modu-1 ■ - .
• kg/cm2.		 355
250
8,900		 480
490
43,000		 430
500
38.DOO
U)
1'
CO
cn ο cn j?-
Ein Gemisch aus 100 Teilen Jutefasern einer Länge von 1,5 mm und 20 Teilen Admer OE 305 wird auf beheizten Walzen geknetet und sodann granuliert. Das erhaltene Granulat wird mit den in Tabelle VI aufgeführten Bestandteilen vermischt und extrudiert. Sodann werden durch Spritzguß Formteile hergestellt. Die Eigenschaften der Formteile sind- in Tabelle VI zusammengefaßt.
15 20 25 30 35
CTl
Tabelle VI
Polypropylen (MA-3) 100 60 60 60
Calciumcarbonafc - 0 10 0 0
Talkum 0 0. 10 0
Glasfasern 0 0 0 10
Oberflächenbehandelte Jute 0 30 30 30
ρ
Zugfestigkeit,; · kg/cm .		 368 460 470 560
Biegefestigkeit, "kg/cm2 260 430 510 620
Biegemodul, .kg/cm2 11,600 36..000 51 000 57 000
CjO „a cn
cn ■pn
-η,
Bei Verwendung von oberflächenbehandelten Jutefasern werden Formteile mit ausgezeichneter Härte, guter Maßhaltigkeit
oder hoher Kerbschlagzähigkeit erhalten.
Beispiel2
Jutefasern werden einem Styrol-Polymerisat einverleibt und
das Gemisch wird gemäß Beispiel Ί weiter behandelt. Die Ergebnisse sind in den nachstehenden Tabellen zusammengefaßt.
10
15 20 25 30 35
ω
οι
Ol
Tabelle VII
Styroi-Polymerisat, Teile 100 95 90 . 80 70
Unbehandelte Jutefasern, Teile . 0 5 10 20 30
Härte, R-Scala · 118 118 121 123 123
2
Izod -Kerbschlagzähigke:Lt,kg·cm/cm		 4 4 4 4
2
Zugfestigkeit, kg/cm		 493 495 525 610 605
Anm.: Styroi-Polymerisat: Styrol 666 (Asahi-DcV Ltd.)
cn
ro cn
ro ο
Tabelle VIII
Styrol-Polymefisat, Teile 100 100 100 100 100 100
Mittel zur Oberflächen-
behandlung		 - Zink-
stearat		 A 174
Silan·		 JSR
0592		 9S
Titanat·		 Acrylharz
AP-9240M
. vtasern
Behandelte Jute], Teile		 0 20 20 · 20 20 20
Härte, R-Scala 118 118 123 120 ' 121 ■ 119
Izod-Kerbschlagzähigkeit,
kg.cm/cm2'		 4 4 4 4.8 4 4.6
Zugfestigkeit, kg/cm 572 75P 649 680 700
Anm,: JSR 0592: Carboxy1-modifizierter Styrol-Butadien-Copolymerlatex
(Japan Synthetic Rubber Co.)
A174 Silan: Silan-Haftmittel (Nippon Unicar Co.)
9S Titanat: Titanat-Haftmittel (Ajinomoto Co., Inc.)
Acrylharz
AP-924OM:
Klebriger Acrylharzlatex (Nippon Shokubai Kagaku Co., Ltd.)
OJ
cn ο cn .
- 19 -
Bei den in Tabelle VIII aufgeführten Versuchen wird die Oberfläche der Jutefasern mit dem angegebenen Mittel behandelt, dessen Bezeichnung und Menge (Prozent pro Gewicht Jute) in Tabelle X angegeben sind. Die oberflächenbehandelten Jutefasern werden dem Styrol-Polymerisat in den in Tabelle VIII angegebenen Mengen einverleibt. Danach wird gründlich gemischt, extrudiert und durch Spritzguß verformt.
ω cn
Ν5 OI
ro ο
Tabelle IX
Mittel zur Oberflächenbehandlung Menge/ Gew.-% Anme'rkungen
Zinkstearat
(Sakai Chemical Industry Co., Ltd.)		 Die Fasern werden gemäß Bei
spiel 1 -oberflächenbehandelt
A 174 Silan 2%
JSR 0592 5% 11
9S Titanat 2% I'
AcrylharzΆΡ-924ΟΜ 5% Die Fasern werden mit einer
wä'ßrigen Lösung von" ΛΡ-924ΟΜ
,(hundertfach verdünnt) behan
delt und danach getrocknet.
1 Beispiel3
Beispiel 1 wird wiederholt. Es werden die in Tabelle X, XI und XII angegebenen Rezepturen verwendet. Die Jutefasern werden einem SAN-Polymerisat einverleibt. Danach wird ge-
5 mischt, extrudiert und durch Spritzguß verformt.
L J
ω σι
co ο
ro cn
cn
Tabell.e X
SAN-Polymerisat, Teile 100 80 80 80 80 80
Mittel zur Oberflächenbehand
lung		 - A 171I .
Silan		 TTS
Titanat·		 JSR
0592		 Sumillte-
harz
R-9Ö8		 Epoxyharz
R336O
"—Tel btiJ.Xl
Behandelte Jute}, Teile		 0 20 20 20 ' 20 20
Härte, R-Scala 121 123 122 121 122 121
Izod-Kerbsqhlagzähigkeit,
'.kg«cm/cra2		 5.6 5 5 5 5.6 5
Zugfestigkeit,·' · kg/cm2'. 770 833 819 739 903 785
Anm. :
SAN-Polymer: SANREX C, ein Acrylnitril-Styrol-Copolymerisat
(Mitsubishi Monsanto Chemical Company)
- R~968: Eine 4°Prozentige wäßrige Lösung eines Phenolharzes
Epoxyharz R 3360: Epoxyharz (Japan Reichhold Chemicals, Inc.)
to
Tabelle XI
Mittel zur Oberflächenbehandlung Menge, Gew.-% Anmerkungen
A 174 Silan- 2% Wie in Tabelle IX
TTS Titanat' 2% Wie in Tabelle IV
JSR 0592 2% Wie in Tabelle IX
Sumillteharz - R-968 5% Die Fasern werden mit der
100-fach verdünnten wäßrigen
Lösung des Phenolharzes behan
delt und sodann getrocknet
Epoxyharz R> 3360 5% Die Fasern werden mit der
100-fach verdünnten wäßrigen
Lösung des Epoxyharzesbehan
delt und sodann getrocknet
j J
co ο
ro σ
cn
cn
Tabelle XII
SAN-Polymer, Teile 80 80 80 . 80 80 80
Menge des Phenolharze^.,
"Gew.-%		 Keine
Behandlung		 2 5 10 15 20
(fasern
Behandelte Jubel Teile		 20 20 • 20 20 20 20
Härte, R-Scala 111 111 112 112 111 111
.CC zod-JKerbs cb.lagzahigke.it,
kg· cm/crn2		 6 ' 5 5.6 6 5 H
Zugfestigkeit, kg/cm2 847 860 903 915 900 796
cn Q cn -Ρ-
r :·- #r^ -: ■:- 31bO547~i
20 25 30 35
20 Gewichtsteile der oberflächenbehandelten Jutefasern werden mit 80 Teilen des Polymers gründlich vermischt. Die Formteile zeigen insbesondere eine erheblich verbesserte Zugfestigkeit.
Gute Ergebnisse werden auch im Falle anderer Flachsfasern oder flachsahnIieher Fasern anstelle von Jutefasern erhalten.
Die Formmassen der Erfindung können noch weitere anorganische Füllstoffe, Antistatika, Gleitmittel, Farbstoffe, Pigmente, Mittel zur Flammfestausrüstung und/oder Treibmittel enthalten.
L .J

Claims (4)

Patentansprüche
1. Formmassen auf der Basis thermoplastischer Kunstharze,
gekennzeichnet durch einen Gehalt *
von höchstens etwa 10 mm langen, gegebenenfalls ober- J| flächenbehandelten Fasern aus Flachs oder flachsähnliche Fasern in einer Menge von 0,5 bis 20 Gewichtsteilen pro 10 Gewichtsteilen thermoplastisches Kunstharz.
2. Formmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Kunstharz ein einheitliches Kunstharz oder ein Kunstharzgemisch ist aus der Gruppe der Homopolymerisate, Copolymerisate und modifizierten Polymerisate von Polyvinylchlorid (PVC), Polypropylen (PP), Polyäthylen (PE), Styrol-Polymerisaten, Acrylnitril-Styrol-Copolymerisaten und Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisaten (ABS-Polymerisate).
3. Formmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 3^ die Flachsfasern Fasern von Flachs, Ramie, Hanf, Jute, ^ Manilahanf oder Sisal sind. i
L J
4. Formmassen nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß die flachsähnlichen Fasern Fasern von Samtmalve, Butter— raps, Kenaf (Ambarihanf), Raffia, Neuseeländischer Flachs, Kokospalme oder Hanfpalme sind.
.
10
20 25 30 35
DE19813150547 1980-12-24 1981-12-21 Flachsfasern enthaltende formmassen auf der basis thermoplastischer kunstharze Ceased DE3150547A1 (de)

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