DE4229088A1

DE4229088A1 - Gleitmittelhaltige Pellets auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung

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Publication number: DE4229088A1
Application number: DE4229088A
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: DuPont de Nemours Deutschland GmbH
Current assignee: DuPont de Nemours Deutschland GmbH
Priority date: 1992-09-01
Filing date: 1992-09-01
Publication date: 1994-03-03
Also published as: DE69318989T2; EP0703836A4; CA2143626A1; JP3936388B2; EP0703836A1; SG64356A1; DE69318989D1; JPH08500549A; CA2143626C; WO1994005432A1; EP0703836B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft gleitmittelhaltige Pellets auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen, insbesondere solche Pellets, die das Gleitmittel in Form eines fest haftenden Films auf der Oberfläche der Pellets enthalten.

Die Erfindung betrifft weiterhin Verfahren zur Herstellung dieser gleitmittelhaltigen Pellets auf der Basis von thermo plastischen Kunststoffen sowie deren Verwendung, insbesondere zum Spritzgießen.

Artikel aus thermoplastischen Materialien werden üblicherweise aus Pellets der Thermoplaste durch Spritzguß hergestellt. Zur störungsfreien Verarbeitung werden den Pellets dabei Hilfsstoffe (Gleitmittel) zugesetzt. Diese beeinflussen die Rheologie der Schmelze gezielt; häufig bringen diese Substanzen noch andere positive Effekte für die Verarbeitung und/oder die Optimierung des Fertigartikels.

Insbesondere kleine Spritzgußmaschinen mit kurzen Verweilzeiten der Polymerschmelze sind anfällig für Störungen, die in dem Be reich der Schnecke auftreten, wo das Polymer zu schmelzen be ginnt. Es hat sich gezeigt, daß diese Störungen behoben werden können, wenn sich geeignete Gleitmittel in hinreichender Do sierung an den Pellets befinden. Um dies zu erreichen, kann das Gleitmittel nicht in dem Thermoplast inkorporiert sein; es muß sich vielmehr an der Außenseite der Pellets befinden, um an den Maschinenwandungen wirksam zu sein.

Die allgemein verwendeten Gleitmittel für Pellets auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen sind Produkte der Fettchemie; meist auf der Basis von Stearin, Olein, Glycerin sowie Montan wachs, Polyolefinwachs oder anderen Wachsen. Bevorzugt finden dabei Metallstearate, insbesondere Aluminiumstearat, Calcium stearat, Zinkstearat und Lithiumstearat Verwendung. 0,01 bis 0,5 Gew.-% dieser Metallstearate werden dabei gewöhnlich den Pellets auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen in Form eines feinkörnigen Puders zugegeben und in Durchlaufmischern oder Dop pelkonuschargenmischern vermischt, wobei sich der Metall stearatpuder an der Oberfläche der Pellets anlagert. Die Haftung der Metallstearat-Puder an den Pellets ist jedoch so unzu reichend, daß es beim Versand und besonders bei der Verwendung von Druckfördereinrichtungen zur Abtrennung des Metallstea ratpuders kommt. Dieses Ablösen verringert dabei nicht nur den effektiven Gehalt an Gleitmittel an der Oberfläche der Pellets und hat somit den Funktionalitätsverlust des Pellet-Gleit mittel-Adduktes zur Folge, sondern das abgelöste Puder ruft auch noch arbeitstechnische Nachteile wie Verschmutzen der Trans portcontainer und Verstopfen von Filtern von Förderanlagen, her vor. Darüber hinaus stellt die Ablagerung von Metallstearaten auf Fußböden der Verarbeitungsbetriebe einen besonderen Ge fahrenherd dar, da mit Metallstearaten bedeckte Flächen äußerst glatt sind.

Es bestand daher schon lange der Wunsch, Pellets auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen mit einem fest haftenden Film zu versehen, die dieselben Schmiereigenschaften wie die mit puderförmigen Metallstearaten versehenen Pellets aufweisen soll ten, ohne jedoch den Nachteil des Ablösens des Puders aufzu weisen.

Die Herstellung solcher mit einem Film überzogenen Pellets auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen ist für die meisten organischen Materialien relativ einfach durch Aufbringen des Filmmaterials in Form einer Schmelze, so z. B. durch Sprühen, zu bewerkstelligen. Metallstearate bilden jedoch auf diese Art und Weise keine Filme aus, was unter anderem sowohl auf ihren rela tiv hohen Schmelzpunkt als auch auf die Tatsache, daß sie vis kose und klumpige Schmelzen bilden, die nicht fließfähig sind, zurückzuführen ist.

Ein weiterer Ansatz zur festen Verknüpfung von Metallstearat- Gleitmitteln und Pellets bestand darin, die Gleitmittel in den Pellets einzuschließen. Dabei zeigte sich jedoch, daß vor allem in kleinen Spritzgußmaschinen mit niedrigen Verweilzeiten diese das Gleitmittel einschließenden Pellets zu Einziehstörungen führen. Eine störungsfreie Funktionalität des Gleitmittel- Pellet-Produktes ist also nur dann gewährleistet, wenn das Gleitmittel bereits vor dem Schmelzen der Pellets wirksam wird, sich demgemäß an der Oberfläche der Pellets befindet.

Somit bestand die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, Pellets auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen, mit denen das Gleitmittel fest verbunden ist, bereitzustellen, ohne daß dadurch die Wirkung des Gleitmittels negativ beeinflußt wird.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß es möglich ist, Pellets auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen mit einem fest haftenden Gleitmittelfilm zu überziehen, wobei die entstandenen Pellets die erwünschten Verarbeitungseigenschaften aufweisen.

Die vorliegende Erfindung betrifft somit gleitmittelhaltige Pellets auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen, da durch gekennzeichnet, daß sich das Gleitmittel in Form eines fest haftenden Films auf der Oberfläche der Pellets befindet.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind dabei Pellets mit einem Gleitmittelgehalt von 0,01 bis 0,5 Gew.-%, insbesondere von 0,05 bis 0,15 Gew.-%, bevorzugt.

Die Gleitmittel der erfindungsgemäßen gleitmittelhaltigen Pel lets auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen bestehen dabei zu 75 bis 100 Gew.-% aus einem Ester und/oder Metallsalz einer Fettsäure und zu 25 bis 0 Gew.-% aus Produkten der Fett chemie, insbesondere Fettsäuren und Fettalkoholen, und Wachsen, insbesondere Montanwachs und Polyolefinwachs. Gemäß der vor liegenden Erfindung ist dabei ein Gleitmittel, das zu 75 bis 100 Gew.-%, insbesondere zu 90 bis 100 Gew.-% aus Aluminiumsteara ten, insbesondere Aluminiumdistearat, besteht, bevorzugt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Thermoplast irgendein in Schmelzprozessen verarbeitbares, festes, thermoplastisches Material sein. Bevorzugte Thermoplaste sind dabei Polyester, Polyacetale, Polyacrylate, Polyamide und/oder Copolymere oder Gemische enthaltend die genannten Thermoplasten, wobei Polyamide und Polyamide enthaltende Copolymere besonders bevorzugt sind. Die Polyamide der vorliegenden Erfindung sind dabei ausgewählt aus Nylon 6, Nylon 6/6, Nylon 6/9, Nylon 6/10, Nylon 6/12, Nylon 11, Nylon 12 und Nylon 12/12, wobei Polyamide, die Adipinsäure, Hexamethylendiamin und/oder Caprolactam enthalten, bevorzugt sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können die gleitmittelhaltigen Pellets auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen bis zu 70 Gew.-% Additive und Füllmaterialien enthalten, wobei hierzu Stabilisatoren, insbesondere Antioxidantien und UV-Absorber; Weichmacher; Füllstoffe und Mineralien, insbesondere Talkum, Kreide, Kaolin, Wollastonit, Schiefermehl, Glimmerpulver und Schwerspat; Pigmente und Farbstoffe; Verstärker und Schlag zähigkeitsverbesserer, insbesondere Glasfasern; Flammhemmer und Nukleierungsmittel, insbesondere Salze, Talkum, HT-Nylon, Fluor kohlenstoffverbindungen; zählen.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Her stellung der im vorstehenden beschriebenen Pellets auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß

(A) die unbeschichteten Pellets auf der Basis von thermoplasti schen Kunststoffen und das feste Gleitmittel zusammenge geben und bei einer Temperatur bis zu der Schmelztemperatur des Gleitmittels miteinander vermischt werden,
(B) und anschließend die entstandenen Pellet-Gleitmittel- Addukte weiter in Bewegung gehalten werden, so daß sie un tereinander eine hinreichende Zahl an Stößen, Gleit- und Scherbewegungen ausführen, wobei sich durch wiederholten impulsreichen Kontakt der Pellets untereinander der fest haftende Gleitmittelfilm ausbildet.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver fahrens wird das Zusammenfügen und Vermischen der Pellets mit dem Gleitmittel bei einer Temperatur von 20 bis 50°C, insbeson dere bei einer Temperatur 40 bis 50°C, durchgeführt. Dadurch wird gewährleistet, daß die Pellets auf der Basis von thermo plastischen Kunststoffen ohne thermische/oxidative Schädigung (Verfärbung) in Gegenwart von Luft durch das Verfahren be schichtet werden können.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist dabei ein Prozeß bevorzugt, in dem das Gleitmittel ein Ester oder ein Metallsalz einer Fett säure, insbesondere Aluminiumdistearat, ist und die Pellets aus Polyamid, insbesondere aus Nylon 6/6, bestehen.

Jede Vorrichtung, welche die Pellets den im vorstehenden be schriebenen Bewegungen unterwirft, ist dabei zum Einsatz in den erfindungsgemäßen Verfahren geeignet. In einer bevorzugten Aus führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verfahren als kontinuierliches Verfahren (kontinuierlicher Prozeß) betrie ben. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn der Verfahrensschritt (B) in einem wie in Beispiel 2 beschriebenen Pfropfenförder system stattfindet.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung der gleitmittelhaltigen Pellets auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen zur Herstellung von Artikeln auf Basis von Thermo plasten. Dabei ist insbesondere die Verwendung in Spritzgieß maschinen bevorzugt.

Die erfindungsgemäßen gleitmittelhaltigen Pellets auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen zeigen die gleichen funk tionellen Eigenschaften wie die mit puderförmigen Gleitmitteln versehenen Pellets, ohne jedoch wie die letztgenannten zur Ab lösung des Gleitmittels zu neigen. Darüber hinaus ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Möglichkeit zur Aufbringung eines Gleitmittelfilms auf thermolabile Pellets auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen, insbesondere auf Pellets aus Polyamiden.

Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiele Beispiel 1 (Beschichtungstest)

In einen Reaktor, einem zylindrischen Behälter, der rotiert und zusätzlich gyroskopische Bewegungen ausführt, werden 100 g Nylon 6/6 und 0,1 g pulverförmiges Gleitmittel gegeben und bei Raum temperatur zunächst kurzfristig bei niedriger Umdrehungszahl und anschließend bei höherer Umdrehungszahl vermischt.

Die Filmbildung verschiedener Gleitmittel bei einer Rührzeit von 15 min ist Tabelle I zu entnehmen.

Tabelle I

Beispiel 2 (kontinuierliche Beschichtung)

Zur kontinuierlichen Beschichtung von Polyamidpellets bei Tem peraturen von 40 bis 50°C mit Aluminiumdistearat wurden die nach der Trocknung vorliegenden, regelmäßig oval-zylindrischen Pellets aus Nylon 6/6 dosiert einem kontinuierlichen Mischer zu geführt, in den gleichzeitig dosiert Aluminiumdistearat einge leitet wurde. Im Mischer wurde das als feines Pulver vorliegende Stearat gleichmäßig auf die Granulatoberfläche aufgepudert. Aus dem im Boden des Mischers befindlichen Auslaß gelangte das be puderte Granulat in ein kommerziell erhältliches Pfropfenförder system [vertrieben z. B. durch die Firmen WAESCHLE (D-7980, Ravensburg), GERICKE (D-7703, Rielasingen) und BUEHLER (CH-9240 Uzwil)], wobei die anfangs lose aufsitzende Pulverschicht am Ende der Leitung (200 bis 300 m) als fest anhaftende, gleich mäßige Beschichtung vorlag.

Das Produkt ist daher weitgehend frei von staubförmigen Alu miniumdistearat-Resten.

Beispiel 3 (Haftungstest)

2,5 g mit 0,1 Gew.-% Aluminiumdistearat beschichtete Nylon 6/6- Pellets (Beispiel 2) und 2,5 g 0,1 Gew.-% Aluminiumdistearat enthaltende herkömmliche Nylon 6/6-Pellets (puderförmiges Gleit mittel) wurden in 40 ml Freon® 113 für 10 sek bei 800 U/min Rührstabgeschwindigkeit gewaschen. Nach dem Abschütten der Waschflüssigkeit wurden die Pellets getrocknet und der Alu miniumdistearat-Gehalt bestimmt.

Die Bestimmung ergab einen um 30% geringeren verbliebenen Alu miniumdistearatgehalt der nach der bisherigen Methode (nur Durchlaufmischer) hergestellten Nylon 6/6-Pellets.

In den nach diesem Verfahren beschichteten Pellets sind 95 bis 97% des zugegebenen Aluminiumdistearats als fest anhaftender Film vorhanden.

Beispiel 4 (Verwendungstest)

Mit Hilfe einer kleinen Gießmaschine (Modell N 350/150 MPS, mit Standard "Netstal" Niederdruckschnecke (2,6), Netstal AG, Schweiz) wurde die Schneckenrückhubzeit "screw retraction time" (SRT) bei einer Schmelzzeit von 3 min bestimmt.

Die Schneckenrückhubzeiten von Nylon 6/6 Pellets mit unter schiedlichen Applikationsformen von 0,1 Gew.-% Aluminiumdi stearat sind Tabelle II zu entnehmen.

Tabelle II

Claims

1. Gleitmittelhaltige Pellets auf der Basis von thermoplasti schen Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Gleit mittel in Form eines fest haftenden Films auf der Oberfläche der Pellets befindet.

2. Pellets auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitmittel gehalt der Pellets 0,01 bis 0,5 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,15 Gew.-%, beträgt.

3. Pellets auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleit mittel zu 75 bis 100 Gew.-% aus einem Ester und/oder Metallsalz einer Fettsäure und zu 25 bis 0 Gew.-% aus Produkten der Fett chemie, insbesondere Fettsäuren und Fettalkoholen, und Wachsen, insbesondere Montanwachs und Polyolefinwachs, besteht.

4. Pellets auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitmittel zu 75 bis 100 Gew.-%, insbesondere zu 90 bis 100 Gew.-%, aus Alu miniumstearat, insbesondere Aluminiumdistearat, besteht.

5. Pellets auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß der Thermoplast ein Polyester, Polyacetal, Polyacrylat, Polyamid und/oder Copolymer oder Gemisch, ent haltend die genannten Thermoplasten, ist, wobei Polyamide und Polyamide enthaltende Copolymere bevorzugt sind.

6. Pellets auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyamide aus gewählt sind aus Nylon 6, Nylon 6/6, Nylon 6/9, Nylon 6/10, Nylon 6/12, Nylon 11, Nylon 12 und Nylon 12/12, wobei Polyamide, die Adipinsäure, Hexamethylendiamin und/oder Caprolactam ent halten, bevorzugt sind.

7. Pellets auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Pellets 0 bis 70 Gew.-% Additive und Füll materialien, ausgewählt aus Stabilisatoren, insbesondere Anti oxidantien und UV-Absorbern; Weichmachern; Füllstoffen und Mineralien, insbesondere Talkum, Kreide, Kaolin, Wollastonit, Schiefermehl, Glimmerpulver und Schwerspat; Pigmenten und Farb stoffen; Verstärkern und Schlagzähigkeitsverbesserern, insbeson dere Glasfasern; Flammhemmern; und Nukleierungsmitteln, insbe sondere Salzen, Talkum, HT-Nylon und Fluorkohlenstoffverbin dungen; enthalten.

8. Verfahren zur Herstellung der gleitmittelhaltigen Pellets auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß (A) die unbeschichteten Pellets auf der Basis von thermoplasti schen Kunststoffen und das feste Gleitmittel zusammenge geben und bei einer Temperatur bis zu der Schmelztemperatur des Gleitmittels miteinander vermischt werden,
(B) und anschließend die entstandenen Pellet-Gleitmittel- Addukte weiter in Bewegung gehalten werden, so daß sie un tereinander eine hinreichende Zahl an Stößen, Gleit- und Scherbewegungen ausführen, wobei sich durch wiederholten impulsreichen Kontakt der Pellets untereinander der fest haftende Gleitmittelfilm ausbildet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammenfügen und Vermischen bei einer Temperatur von 20 bis 50°C, insbesondere bei einer Temperatur von 40 bis 50°C, durch geführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitmittel ein Ester oder ein Metallsalz einer Fett säure, insbesondere Aluminiumdistearat, ist und die Pellets aus Polyamid, insbesondere aus Nylon 6, bestehen.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ein kontinuierliches Verfahren ist und der Verfahrensschritt (B) in einem Pfropfen fördersystem durchgeführt wird.

12. Verwendung der gleitmittelhaltigen Pellets auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von Artikeln auf Basis von Thermoplasten.

13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die gleitmittelhaltigen Pellets auf der Basis von thermoplasti schen Kunststoffen in Spritzgießmaschinen verwendet werden.