DE4420989B4 - Process for increasing the proportion of β-modification in polypropylene - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Erhöhung des Anteils der β-Modifikation in Polypropylenen, dadurch gekennzeichnet, dass man die Polypropylene gemeinsam mit Dicarbonsäuresalzen von Metallen der 2. Hauptgruppe des Periodensystems als β-Keimbildner aufschmilzt und abkühlt, wobei die Oxalate von Metallen der 2. Hauptgruppe in Mengen von 0,5–60 Gew.Teilen bezogen auf 100 Gew.Teile Polypropylen bei den Dicarbonsäuresalzen nicht mitumfasst sind.method to increase the proportion of β-modification in polypropylenes, characterized in that the polypropylenes together with dicarboxylic acid salts of metals of the 2nd main group of the periodic table as β-nucleating agents melts and cools, the oxalates of metals of the 2nd main group in quantities of 0.5-60 Parts by weight based on 100 parts by weight of polypropylene in the dicarboxylic acid salts not included.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung des Anteiles der β-Kristallmodifikation in Polypropylenen.The The invention relates to a method for increasing the proportion of β-crystal modification in polypropylenes.
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 bevorzugt durch Zusatz spezieller β-Keimbildner
bzw. β-Nukleierungsmittel
erhalten. Die β-Modifikation
kann beispielsweise gemäß
- a) einer zweibasischen organischen Säure und
- b) einem Oxid, Hydroxid oder Salz eines Metalles der Gruppe IIA des Periodensystems zum Polypropylen erhalten werden.
- a) a dibasic organic acid and
- b) an oxide, hydroxide or salt of a metal of group IIA of the periodic table to the polypropylene are obtained.
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.Next the most important thing is the improved mechanical properties Characteristic of β-nucleated Polypropylenes that the β-modification already melts in the temperature range of 148 ° C to 152 ° C, while the α-modification first over 160 ° C melts.
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 Polypropylens eintritt, die für viele Anwendungen ungeeignet
ist. Das β-Nukleierungsgemisch
gemäß
Die Aufgabe der Erfindung bestand demnach vor allem darin, β-Nukleierungsmittel 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.The The object of the invention was therefore primarily β-nucleating agents for polypropylenes too find where the above mentioned Disadvantages do not occur and with the help of polypropylene with high β-crystal content to be obtained. These problems could be solved by adding certain Dicarboxylic acid salts too dissolved the polypropylenes become.
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.object Accordingly, the invention is a method for increasing the proportion of β-modification in polypropylenes, characterized in that the Polypropylene together with dicarboxylic acid salts of metals 2nd main group of the periodic table as a β-nucleating agent and optionally with other usual ones additives melts and then cools.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Dicarbonsäuresalzen von Metallen der 2. Hauptgruppe des Periodensystems als R-Keimbildner in Polypropylenen, sowie Polypropylene, die Dicarbonsäuresalze von Metallen der 2. Hauptgruppe des Periodensystems als β-Keimbildner enthalten.One Another object of the invention is the use of dicarboxylic acid salts of metals of the 2nd main group of the periodic table as R nucleating agent in polypropylenes, as well as polypropylenes, the dicarboxylic acid salts of metals of the 2nd main group of the periodic table as β-nucleating agents contain.
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:
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 Aufheizen 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 vorhanden ist.Hα 1 , Hα 2 and Hα 3 mean the height of the three strong α-peaks and Hβ 1 the height of the strong β-peak. The k value is zero in the absence of the β form and has the value 1 if only the β modification is present. However, the values obtained by the two methods of determination are not necessarily the same. Since the β-modification is thermodynamically unstable and from about 150 ° C in the energetically favorable α-Mo changed in the DSC analysis at a heating rate of, for example, 10 ° C / min from 150 ° C, a certain proportion of the β-modification in the α-modification (time to heat from 150 ° C to the melting point of α -PP), which in effect indicates that the DSC analysis always shows a lower β-content in the PP than actually exists.
Beim erfindungsgemäßen β-Keimbildner handelt es sich um ein Einkomponentensystem, 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-Jones 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, Antiblockmittel, Antistatika, Farbmittel, chem. Degradiermittel und/oder Füllstoffe enthält.At the β-nucleating agent according to the invention it is a one-component system, which thermally up to about 400 ° C. is stable. With the present β-nucleating agent can without the addition of further additives, a proportion of β-modification from to about 80% (according to DSC method) or with a k-value according to Turner-Jones of at least 0.94 to 0.97 can be achieved. Similarly high levels of β-modification are also achieved if the polypropylene like other additives z. As antioxidants, UV stabilizers, light stabilizers, lubricants, Anti-blocking agents, antistatic agents, colorants, chem. Degradiermittel and / or fillers contains.
Erfindungsgemäß können als β-Keimbildner bzw. β-Nukleierungsmittel auch Gemische verschiedener Dicarbonsäuresalze eingesetzt werden. Die erfindungsgemäß eingesetzten Dicarbonsäuresalze enthalten bevorzugt mindestens 7 C-Atome, besonders bevorzugt sind Salze der Pimelinsäure oder Suberinsäure, beispielsweise Ca-Pimelat oder Ca-Suberat.According to the invention as a β-nucleating agent or β-nucleating agent It is also possible to use mixtures of different dicarboxylic acid salts. The inventively used dicarboxylic contain preferably at least 7 C-atoms, particularly preferred are salts the pimelic acid or suberic acid, for example, Ca-pimelate or Ca-suberate.
Die Konzentration der β-Keimbildner im Polypropylen ist vor allem vom gewünschten Gehalt an β-Kristalliten abhängig und beträgt bevorzugt 0,001 bis 2, besonders bevorzugt 0,01 bis 1 Gew.% bezogen auf das Polypropylen.The Concentration of the β-nucleating agent in polypropylene is above all the desired content of β-crystallites dependent and is preferably 0.001 to 2, more preferably 0.01 to 1 wt.% Related on the polypropylene.
Unter
Polypropylenen sind sowohl Homopolymere des Propylens als auch Copolymere
mit weiteren olefinischen Comonomeren, wie z. B. Ethylen, Buten,
Penten, 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
eingesetzt, wie sie beispielsweise als Daplen® bei
Fa. PCD-Polymere erhältlich
sind, bzw. in
Die erfindungsgemäß β-nukleierten Polypropylene können nach üblichen Fertigungsmethoden, wie z. B. durch Extrusion oder Spritzguß, zu Fertigteilen mit guten mechanischen Eigenschaften weiter verarbeitet werden.The β-nucleated according to the invention Polypropylene can according to usual Manufacturing methods, such. B. by extrusion or injection molding, to finished parts be further processed with good mechanical properties.
Vergleichsbeispiel V1Comparative Example C1
Ein Polypropylenhomopolymer-Pulver (PP-B) mit einem Schmelzindex (MFI bei 230°C/2,16 kg gemäß ISO 1133/DIN 53735) von 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, entsprechend einem Anteil von 1% β-Polypropylen-Kristalliten.One Polypropylene homopolymer powder (PP-B) with a melt index (MFI at 230 ° C / 2.16 kg according to ISO 1133 / DIN 53735) of 0.3 g / 10 min (corresponding to Daplen BE 50 from Fa. PCD polymers) was with 0.2 wt.% Ca stearate (Faci) as a catalyst deactivator and inner lubricant, 0.1% by weight Irgafos PEPQ (Ciba-Geigy) and 0.2% by weight of Irganox 1010 (Ciba-Geigy) as stabilizer or antioxidant and 0.3% by weight of distearyl thiodipropionate (DSTDP, Ciba-Geigy) as heat stabilizer mixed in an intensive mixer and on a single-screw extruder at a melt temperature of 230 ° C kneaded and granulated. The granules became 2.5 at 220 ° C mm thick plates pressed. The Turner-Jones k-value measured on these plates was 0.01, corresponding to 1% of β-polypropylene crystallites.
Beispiele 2–5Examples 2-5
Analog zu Vergleichsbeispiel V1 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.Analogous for Comparative Example C1 plates were made of polypropylene, however, adding the β-nucleating agents and additives listed in Table 1 were. The K values measured on the plates are at least 0.94, corresponding to a content of at least 94% β-polypropylene crystallites. The K values and the values for the percentage of β crystals measured by the DSC method are also listed in Table 1.
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 Gewichtskonstanz getrocknet.The Ca salts of the dicarboxylic acids (pimelic and suberic acids) used as β-nucleating agents were prepared by reaction of one mole of dicarboxylic acid with one mole of CaCO 3 in aqueous ethanolic solution at 60 to 80 ° C. The precipitated as a fine precipitate salt was filtered off and dried to constant weight.
Tabelle 1 Table 1
Beispiele 6 bis 15Examples 6 to 15
Die in Tabelle 2 angeführten Polypropylenpulver (PP) wurden jeweils mit 0,05 Gew.% Magnesiumaluminiumhydroxycarbonat (MAHC, Fa. Kyowa) als Katalysatordesaktivator, 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.The listed in Table 2 Polypropylene powder (PP) were each added with 0.05 wt% magnesium aluminum hydroxycarbonate (MAHC, Kyowa) as a catalyst deactivator, 0.05% by weight of Ca stearate, 0.05% by weight Irgafos 168, 0.05% by weight Irganox 1010, as well as in the examples 7, 9, 11, 13 and 15 in addition with 0.1% by weight of Ca-pimelate as β-nucleating agent mixed in an intensive mixer and on a twin-screw extruder at a melt temperature of 230 ° C extruded and granulated. On the granules, the proportion of β-modification determined by the DSC method. The values are summarized in Table 2.
Tabelle 2: Table 2:
Eingesetzte PP-Pulver:Used PP powder:
-
- PP-B:PP-B:
- Propylenhomopolymer mit einem Schmelzindex (230/2,16) von 0,3 g/10 minPropylene homopolymer with a melt index (230 / 2.16) of 0.3 g / 10 min
- PP-D:PP-D:
- Propylenhomopolymer mit einem Schmelzindex (230/2,16) von 2,0 g/10 minPropylene homopolymer with a melt index (230 / 2.16) of 2.0 g / 10 min
- PP-K:PP-K:
- Propylenhomopolymer mit einem Schmelzindex (230/2,16) von 7,0 g/10 minPropylene homopolymer with a melt index (230 / 2.16) of 7.0 g / 10 min
- PP-CHC:PP CHC:
- statistisches Propylen/Ethylen (C3/C2)-Copolymer mit einem C2-Gehalt von 8mol-% und einem Schmelzindex von 1,2 g/10 minpropylene / ethylene (C 3 / C 2 ) random copolymer having a C 2 content of 8 mol% and a melt index of 1.2 g / 10 min
- PP-DSC:PP-DSC:
- heterophasisches C3/C2-Copolymer mit einem C2-Gehalt von 20 mol-% und einem Schmelzindex von 3,2 g/10 minheterophasic C 3 / C 2 copolymer with a C 2 content of 20 mol% and a melt index of 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 53735 gemessen.The used PP types correspond to commercially available PP types from the company PCD Polymers. The melt index was at 230 ° C / 2.16 kg according to ISO 1133 / DIN Measured 53735.
Vergleichsbeispiel V16Comparative Example 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
Der Anteil an β-PP-Kristallen lag gemäß DSC bei 69%Of the Proportion of β-PP crystals was included according to DSC 69%
Beispiele 17 und 18Examples 17 and 18
Analog zu Vergleichsbeispiel V16 wurden PP-Platten aus PP-K hergestellt, wobei jedoch an Stelle von Ca-Stearat und Pimelinsäure als β-Keimbildner erfindungsgemäß 0,1 Gew.% Ca-Pimelat zugesetzt wurden. In Beispiel 17 wurden zusätzlich 0,1 Gew.% Ca-Stearat zugesetzt. Der Yellowness-Inex lag bei den erfindungsgemäß β-nukleierten Polypropylenen bei –2,6 (Beispiel 17) und –2,2 (Beispiel 18), also deutlich besser als gemäß Vergleichsbeispiel V16.Analogous for Comparative Example V16, PP plates were produced from PP-K, but instead of Ca-stearate and pimelic acid as β-nucleating agent 0.1% by weight according to the invention Ca-pimelate were added. In Example 17, an additional 0.1 % By weight of Ca stearate added. Yellowness Inex was β-nucleated according to the invention Polypropylenes at -2.6 (Example 17) and -2.2 (Example 18), ie significantly better than Comparative Example V16.
Der Anteil an β-PP-Kristalliten lag gemäß DSC bei 84,4% (Beispiel 17) bzw. 74,4% (Beispiel 18).Of the Proportion of β-PP crystallites was included according to DSC 84.4% (Example 17) and 74.4% (Example 18).
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