DE4420989A1

DE4420989A1 - Verfahren zur Erhöhung des Anteils der ß-Modifikation in Polypropylen

Info

Publication number: DE4420989A1
Application number: DE19944420989
Authority: DE
Inventors: Johannes Ing Wolfschwenger; Klaus Dipl Ing Bernreitner
Original assignee: Pcd Petrochemie Danubia Deutschland 81925 Muenchen De GmbH; DANUBIA PETROCHEM DEUTSCHLAND
Current assignee: Borealis Polymere Holding AG
Priority date: 1994-06-16
Filing date: 1994-06-16
Publication date: 1995-12-21
Anticipated expiration: 2014-06-17
Also published as: DE4420989B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung des Anteiles der β-Kristall modifikation in Polypropylenen.

Polypropylen kristallisiert beim Abkühlen aus der Schmelze üblicherweise in der monoklinen α-Modifikation. Die hexagonale β-Modifikation, die sich vor allem durch bessere mechanische Eigenschaften, insbesondere durch eine verbesserte Schlagzähigkeit und erhöhte Spannungsrißbeständigkeit auszeichnet, wird be vorzugt durch Zusatz spezieller β-Keimbildner bzw. β-Nukleierungsmittel erhal ten. Die β-Modifikation kann beispielsweise gemäß EP-B-177 961 durch Zusatz von Chinacridonpigmenten, gemäß DE-OS 36 10 644 durch Zusatz eines 2- Komponentengemisches aus

a) einer zweibasischen organischen Säure und
b) einem Oxid, Hydroxid oder Salz eines Metalles der Gruppe IIA des Periodensystems zum Polypropylen erhalten werden.

Neben den verbesserten mechanischen Eigenschaften ist das wesentlichste Merkmal von β-nukleierten Polypropylenen, daß die β-Modifikation bereits im Temperaturbereich von 148°C bis 152°C schmilzt, während die α-Modifikation erst über 160°C schmilzt.

Der Zusatz der bekannten β-Nukleierungsmittel weist jedoch vor allem den Nachteil auf, daß beispielsweise im Falle der Chinacridonpigmente schon bei sehr geringen Einsatzmengen von unter 10 ppm eine Rosaverfärbung des Poly propylens eintritt, die für viele Anwendungen ungeeignet ist. Das β-Nukleie rungsgemisch gemäß DE-OS 36 10 644 besitzt vor allem den Nachteil, daß ein beachtlicher Teil des Polypropylens in der α-Modifikation vorliegen kann. Wei tere Nachteile des Nukleierungsgemisches gemäß DE-OS 36 10 644 ergeben sich daraus, daß die eingesetzten Säuren bei den in modernen Extrusionsanlagen vorliegenden Bedingungen, wobei Temperaturen von bis zu 270°C und darüber vorliegen, sowie zusätzlich zur Entfernung niedermolekularer Verunreinigungen unter Vakuum gearbeitet wird, bereits verdampfen. Weiters zeigen diese Nuklei erungsmittel ebenfalls eine gewisse Verfärbung des Polypropylens, die sich ins besondere durch einen zu hohen "Yellowness-Index" bemerkbar macht.

Die Aufgabe der Erfindung bestand demnach vor allem darin, β-Nukleierungsmit tel für Polypropylene zu finden, bei denen die oben angeführten Nachteile nicht auftreten und mit deren Hilfe Polypropylene mit hohem β-Kristallanteil erhalten werden. Diese Probleme konnten durch Zugabe bestimmter Dicarbonsäuresalze zu den Polypropylenen gelöst werden.

Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Erhöhung des Anteils der β-Modifikation in Polypropylenen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Polypropylene gemeinsam mit Dicarbonsäuresalzen von Metallen der 2. Hauptgruppe des Periodensystems als β-Keimbildner und gegebenenfalls mit weiteren üblichen Zusätzen aufschmilzt und anschließend abkühlt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Dicarbonsäu resalzen von Metallen der 2. Hauptgruppe des Periodensystems als β-Keimbild ner in Polypropylenen, sowie Polypropylene, die Dicarbonsäuresalze von Metal len der 2. Hauptgruppe des Periodensystems als β-Keimbildner enthalten.

Zur Bestimmung des Anteils an β-Modifikation gibt es mehrere Möglichkeiten. Zum einen kann der Anteil an β-Modifikation aus der DSC-Analyse aus dem Verhältnis der Schmelzpeaks aus der zweiten Aufheizung gemäß Formel:

(β-Fläche) : (α-Fläche + β-Fläche)

ermittelt werden. Eine weitere Möglichkeit ist die Bestimmung des β-Anteils durch den k-Wert aus dem Röntgenweitwinkeldiagramm mit der Turner-Jones- Gleichung (A. Turner-Jones et al, Makromol. Chem 75 (1964) 134):

k = Hβ₁/[Hβ₁+(Hα₁+Hα₂+Hα₃)]

Dabei bedeuten Hα₁, Hα₂ und Hα₃ die Höhe der drei starken α-Peaks und Hβ₁ die Höhe des starken β-Peaks. Der k-Wert ist bei Abwesenheit der β-Form Null und hat den Wert 1, wenn nur die β-Modifikation vorhanden ist. Die nach den beiden Bestimmungsmethoden erhaltenen Werte sind jedoch nicht unbedingt gleich. Da die β-Modifikation thermodynamisch instabil ist und sich ab etwa 150°C in die energetisch günstigere α-Modifikation umwandelt, wandelt sich in der DSC-Analyse bei einer Aufheizrate von beispielsweise 10°C/min ab 150°C ein gewisser Anteil der β-Modifikaiton in die α-Modifikation um (Zeit zum Auf heizen von 150°C bis zum Schmelzpunkt des α-PP), wodurch im Endeffekt die DSC-Analyse immer einen geringeren β-Anteil im PP anzeigt als tatsächlich vor handen ist.

Beim erfindungsgemäßen β-Keimbildner handelt es sich um ein Einkomponen tensystem, welches bis etwa 400°C thermisch stabil ist. Mit dem vorliegenden β-Keimbildner kann ohne Zugabe weiterer Additive ein Anteil an β-Modifikation von bis über 80% (nach DSC-Methode) bzw. mit einem k-Wert nach Turner-Jo nes von mindestens 0,94 bis zu 0,97 erreicht werden. Ähnlich hohe Anteile an β-Modifikation werden auch erreicht, wenn das Polypropylen weitere Zusätze wie z. B. Antioxidantien, UV-Stabilisatoren, Lichtschutzmittel, Gleitmittel, Anti blockmittel, Antistatika, Farbmittel, chem. Degradiermittel und/oder Füllstoffe enthält.

Erfindungsgemäß können als β-Keimbildner bzw. β-Nukleierungsmittel auch Gemische verschiedener Dicarbonsäuresalze eingesetzt werden. Die erfindungs gemäß eingesetzten Dicarbonsäuresalze enthalten bevorzugt mindestens 7 C- Atome, besonders bevorzugt sind Salze der Pimelinsäure oder Suberinsäure, bei spielsweise Ca-Pimelat oder Ca-Suberat.

Die Konzentration der β-Keimbildner im Polypropylen ist vor allem vom ge wünschten Gehalt an β-Kristalliten abhängig und beträgt bevorzugt 0,001 bis 2, besonders bevorzugt 0,01 bis 1 Gew.-% bezogen auf das Polypropylen.

Unter Polypropylenen sind sowohl Homopolymere des Propylens als auch Copo lymere mit weiteren olefinischen Comonomeren, wie z. B. Ethylen, Buten, Pen ten, 1-Methylpenten, Hexen, Octen zu verstehen. Der Gehalt an Comonomeren in den Propylen-Coplymeren liegt üblicherweise bei etwa 2 bis 50 Mol-%. Es können sowohl statistische als auch Blockcopolymere eingesetzt werden. Bevor zugt werden Polypropylene mit einer überwiegend stereoregulären Anordnung in der Polymerkette, wie z. B. isotaktische oder elastomere Polypropylene einge setzt, wie sie beispielsweise als Daplen® bei Fa. PCD-Polymere erhältlich sind, bzw. in DE-A-43 21 498 beschrieben sind. Der Anteil der stereoregulären Po lypropylene in den verwendeten Polypropylenen liegt bevorzugt bei über 80 Gew.-%.

Die erfindungsgemäß β-nukleierten Polypropylene können nach üblichen Ferti gungsmethoden, wie z. B. durch Extrusion oder Spritzguß, zu Fertigteilen mit guten mechanischen Eigenschaften weiter verarbeitet werden.

Vergleichsbeispiel V1

Ein Polypropylenhomopolymer-Pulver (PP-B) mit einem Schmelzindex (MFI bei 230°C/2,16 kg gemäß ISO 1133/DIN 53 735) vom 0,3 g/10 min (entsprechend Daplen BE 50 von Fa. PCD-Polymere) wurde mit 0,2 Gew.-% Ca-Stearat (Fa. Faci) als Katalysatordesaktivator und inneres Gleitmittel, 0,1 Gew.-% Irgafos PEPQ (Ciba-Geigy) und 0,2 Gew.-% Irganox 1010 (Ciba-Geigy) als Stabilisatoren bzw. Antioxidantien und 0,3 Gew.-% Distearylthiodipropionat (DSTDP, Fa. Ciba- Geigy) als Wärmestabilisator in einem Intensivmischer gemischt und auf einem Einschneckenextruder bei einer Massetemperatur von 230°C geknetet und granuliert. Das Granulat wurde bei 220°C zu 2,5 mm dicken Platten verpreßt. Der an diesen Platten gemessene k-Wert nach Turner-Jones betrug 0,01, ent sprechend einem Anteil von 1% β-Polypropylen-Kristalliten.

Beispiele 2-5

Analog zu Vergleichsbeispiel VI wurden Platten aus Polypropylen hergestellt, wobei jedoch die in Tabelle 1 angeführten β-Keimbildner und Additive zugesetzt wurden. Die an den Platten gemessenen K-Werte liegen bei mindestens 0,94, entsprechend einem Gehalt von mindestens 94% β-Polypropylen-Kristalliten. Die K-Werte sowie die nach der DSC-Methode gemessenen Werte für den %- Anteil an β-Kristallen sind ebenfalls in Tabelle 1 angeführt.

Die als β-Keimbildner verwendeten Ca-Salze der Dicarbonsäuren (Pimelin- und Suberinsäure) wurden durch Reaktion von einem Mol Dicarbonsäure mit einem Mol CaCO₃ in wäßrig-ethanolischer Lösung bei 60 bis 80°C hergestellt. Das als feiner Niederschlag ausfallende Salz wurde abfiltriert und bis zur Gewichtskon stanz getrocknet.

Tabelle 1

Beispiele 6 bis 15

Die in Tabelle 2 angeführten Polypropylenpulver (PP) wurden jeweils mit 0,05 Gew.-% Magnesiumaluminiumhydroxycarbonat (MAHC, Fa. Kyowa) als Katalysa tordesaktivator, 0,05 Gew.-% Ca-Stearat, 0,05 Gew.-% Irgafos 168, 0,05 Gew.-% Irganox 1010, sowie in den Beispielen 7, 9, 11, 13 und 15 zusätzlich mit 0,1 Gew.-% Ca-Pimelat als β-Keimbildner in einem Intensivmischer gemischt und auf einem Zweischneckenextruder bei einer Massetemperatur von 230°C extrudiert und granuliert. An dem Granulat wurde der Anteil an β-Modifikation nach der DSC-Methode ermittelt. Die Werte sind in Tabelle 2 zusammengestellt.

Tabelle 2

Eingesetzte PP-Pulver:
PP-B: Propylenhomopolymer mit einem Schmelzindex (230/2,16) von 0,3 g/10 min
PP-D: Propylenhomopolymer mit einem Schmelzindex (230/2,16) von 2,0 g/10 min
PP-K: Propylenhomopolymer mit einem Schmelzindex (230/2,16) von 7,0 g/10 min
PP-CHC: statistisches Propylen/Ethylen (C₃/C₂)-Copolymer mit einem C₂-Gehalt von 8 mol-% und einem Schmelzindex von 1,2 g/10 min
PP-DSC: heterophasisches C₃/C₂-Copolymer mit einem C₂-Gehalt von 20 mol-% und einem Schmelzindex von 3,2 g/10 min.

Die verwendeten PP-Typen entsprechen kommerziell erhältlichen PP-Typen von Fa. PCD Polymere. Der Schmelzindex wurde bei 230°C/2,16 kg gemäß ISO 1133/DIN 53 735 gemessen.

Vergleichsbeispiel V16

Ein Polypropylenpulver mit einem Schmelzindex von 7 g/10 min (PP-K) wurde mit 0,05 Gew.-% Irgafos 168, 0,05 Gew.-% Irganox 1010 sowie gemäß DE-OS 36 10 644 mit 0,1 Gew.-% Ca. Stearat und 0,1 Gew.-% Pimelinsäure als β- Keimbildner in einem Intensivmischer gemischt und auf einem Einschneckenex truder bei einer Massetemperatur von 230°C extrudiert und granuliert. Aus dem Granulat wurden Platten mit einer Dicke von 3 mm spritzgegossen und der Yel lownessindex (YI) gemäß ASTM D 1925 mit einem Wert von 4,9 gemessen. Der Yellownessindex ist ein Maß für die Gelbstichigkeit des Polymeren. Der Anteil an β-PP-Kristallen lag gemäß DSC bei 69%

Beispiele 17 und 18

Analog zu Vergleichsbeispiel V16 wurden PP-Platten aus PP-K hergestellt, wobei jedoch an Stelle von Ca-Stearat und Pimelinsäure als β-Keimbildner erfindungs gemäß 0,1 Gew.-% Ca-Pimelat zugesetzt wurden. In Beispiel 17 wurden zusätz lich 0,1 Gew.-% Ca-Stearat zugesetzt. Der Yellowness-Index lag bei den erfin dungsgemäß β-nukleierten Polypropylenen bei -2,6 (Beispiel 17) und -2,2 (Beispiel 18), also deutlich besser als gemäß Vergleichsbeispiel V16.

Der Anteil an β-PP-Kristalliten lag gemäß DSC bei 84,4% (Beispiel 17) bzw. 74,4% (Beispiel 18).

Claims

1. Verfahren zur Erhöhung des Anteils der β-Modifikation in Polypropylenen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Polypropylene gemeinsam mit Dicar bonsäuresalzen von Metallen der 2. Hauptgruppe des Periodensystems als β- Keimbildner und gegebenenfalls mit weiteren üblichen Zusätzen aufschmilzt und abkühlt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicarbon säure mindestens sieben Kohlenstoffatome enthält.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicarbon säure Pimelinsäure oder Suberinsäure ist.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dicarbonsäuresalz Ca-Pimelat oder Ca-Suberat ist.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die β-Keimbildner in einer Konzentration von 0,001 bis 2 Gew.-%, bezo gen auf das Polypropylen eingesetzt werden.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzten Polypropylene einen überwiegend stereoregulären Auf bau besitzen.

7. Verwendung von Dicarbonsäuresalzen von Metallen der 2. Hauptgruppe des Periodensystems als β-Keimbildner in Polypropylenen.

8 Polypropylene, die Dicarbonsäuresalze von Metallen der 2. Hauptgruppe des Periodensystems als β-Keimbildner enthalten.

9. Polypropylene gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich net, daß der k-Wert gemäß Turner-Jones mindestens 0,94 beträgt.

10. Verwendung der Polypropylene gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung von Fertigartikeln nach üblichen Verarbeitungsmethoden.