DE60016046T2 - Thermoplastisches nanokomposit auf basis von polypropylen und dessen herstellung - Google Patents

Thermoplastisches nanokomposit auf basis von polypropylen und dessen herstellung Download PDF

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Description

  • Diese Erfindung betrifft thermoplastisches Polyolefin (TPO), in das mit in ihre Schichten zerlegten bzw. abgeblätterten, Kationen austauschenden mehrschichtigen Silicaten verstärktes Polypropylen eingegliedert ist.
  • In ihrem natürlichen Zustand werden die Schichten Kationen austauschender mehrschichtiger Silicate, wie, beispielsweise Montmorillonit, durch ionische Bindungen an den austauschbaren Kationen gehalten. Wie von Kawasumi et al. in Macromolecules, 1997, 6333–6338, erörtert, reichen, wenn derartige Silicate mit erweichtem oder geschmolzenem Polypropylen vermischt werden, die resultierenden Scherkräfte selbst dann, wenn es sich bei dem Kation um ein quartäres Ammoniumion handelt, nicht aus, um die Silicatschichten in ihre Schichten zu zerlegen bzw. abzublättern, da Polypropylen ein relativ unpolares Material ist.
  • Usuki et al., US-Patentschrift 5,973,053, löste dieses Problem mit zwei ähnlichen Vorgehensweisen. Die erste Vorgehensweise (ebenfalls von Kawasumi et al. beschrieben) lag darin, ein mit quartärem Ammonium ausgetauschtes mehrschichtiges Silicat mit einem mit Maleinsäureanhydrid modifizierten Polypropylen-Oligomer zu vermischen und anschließend ein unmodifiziertes Polypropylen-Polymer hinzuzugeben. Das mit Maleinsäureanhydrid modifizierte Polypropylen-Oligomer wies eine zum Abblättern des Silicats unter den Scherbedingungen des Mischvorgangs ausreichende Polarität auf.
  • Die zweite Vorgehensweise von Usuki et al. lag darin, ein mit quartärem Ammonium ausgetauschtes mehrschichtiges Silicat mit einem mit Maleinsäureanhydrid modifizierten Polypropylen-Polymer zu vermischen. Das mit Maleinsäureanhydrid modifizierte Polypropylen-Polymer wies eine zum Abblättern des Silicats unter den Scherbedingungen des Mischvorgangs ausreichende Polarität auf.
  • Usuki et al. wiesen darauf hin, dass, wenn kein mit Maleinsäureanhydrid modifiziertes Polypropylen-Oligomer verwendet wird, das mittlere Molekulargewicht des mit Maleinsäureanhydrid modifizierten Polypropylen-Polymers auf etwa 100.000 begrenzt werden sollte.
  • Bei thermoplastischem Olefin (TPO) handelt es sich um eine mechanisch vorgenommene Mischung eines Polyolefins (wie beispielsweise Polypropylen) und eines thermoplastischen Elastomers (wie beispielsweise EPDM oder Polyethylen ultraniedriger Dichte (ULDPE)). Die Verwendung von TPO-Gegenständen auf Polypropylen-Basis bei einer niedrigen Temperatur ist eingeschränkt, da TPO auf Polypropylen-Basis eine relativ schlechte Schlagstärke bei niedriger Temperatur aufweist.
  • WO 00/47657 offenbart das Dispergieren eines mehrschichtigen Silicat-Materials in einem Polymer zur Herstellung eines Polymers mit Silicat-Material-Schichten.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die dargestellte Erfindung stellt ein TPO-Nanokomposit auf Polypropylen-Basis mit einer erheblich erhöhten Schlagstärke bei niedriger Temperatur bereit. Überraschenderweise liegt der Schlüssel zum Erzielen einer derartigen Schlagstärke in der Verwendung maleinierten Polypropylen-Polymers mit einem Molekulargewicht von mehr als 100.000.
  • Spezifischer ausgedrückt ist die dargestellte Erfindung eine thermoplastische Olefin-Nanokomposit-Zusammensetzung, die Folgendes umfasst: eine Phase von maleiniertem Polypropylen-Polymer mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von mehr als 100.000; ein Kationen austauschendes geschichtetes Silicat-Material, das in der Phase von malei niertem Polypropylen dispergiert ist, so dass mehr als die Hälfte des Kationen austauschenden geschichteten Silicat-Materials bei Untersuchung mit einem Elektronenmikroskop als Einheiten mit einer, zwei, drei, vier oder fünf Schichten vorliegt; und eine Phase von thermoplastischem Elastomer, die mit der Phase von maleiniertem Polypropylen zwischendispergiert ist.
  • Allgemeiner ausgedrückt ist die dargestellte Erfindung eine Polypropylen-Nanokomposit-Zusammensetzung, die Folgendes umfasst: ein maleiniertes Polypropylen-Polymer mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von mehr als 100.000; und ein Kationen austauschendes geschichtetes Silicat-Material, das in der Phase von maleiniertem Polypropylen dispergiert ist, so dass mehr als die Hälfte des Kationen austauschenden geschichteten Silicat-Materials bei Untersuchung mit einem Elektronenmikroskop als Einheiten mit einer, zwei, drei, vier oder fünf Schichten vorliegt.
  • Ein Herstellungsgegenstand, der ein aus einer Zusammensetzung geformtes Objekt umfasst, die Folgendes umfasst: eine Phase von maleiniertem Polypropylen-Polymer mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von mehr als 100.000; ein Kationen austauschendes geschichtetes Silicat-Material, das in der Phase von maleiniertem Polypropylen dispergiert ist, so dass mehr als die Hälfte des Kationen austauschenden geschichteten Silicat-Materials bei Untersuchung mit einem Elektronenmikroskop als Einheiten mit einer, zwei, drei, vier oder fünf Schichten vorliegt; und eine Phase von thermoplastischem Elastomer, die mit der Phase von maleiniertem Polypropylen zwischendispergiert ist.
  • Ein Herstellungsgegenstand, der ein aus einer Zusammensetzung geformtes Objekt umfasst, die Folgendes umfasst: ein maleiniertes Polypropylen-Polymer mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von mehr als 100.000; und ein Kationen austauschendes geschichtetes Silicat-Material, das in dem maleinierten Polypropylen dispergiert ist, so dass mehr als die Hälfte des Kationen austauschenden geschichteten Silicat-Materials bei Untersuchung mit einem Elektronenmikroskop als Einheiten mit einer, zwei, drei, vier oder fünf Schichten vorliegt.
  • Ein Verfahren zur Herstellung einer thermoplastischen Olefin-Nanokomposit-Zusammensetzung, das die folgenden Schritte umfasst: Mischen eines erweichten oder geschmolzenen Polypropylen-Polymers mit einem organischen Peroxid und Maleinsäureanhydrid, um ein maleiniertes Polypropylen-Polymer zu formen; Mischen des maleinierten Polypropylen-Polymers mit einem mit Onium behandelten Kationen austau- schenden geschichteten Silicat-Material, um ein maleiniertes Polypropylen-Nanokomposit zu formen; und Mischen des maleinierten Polypropylen-Nanokomposits mit einem thermoplastischen Elastomer, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das maleinierte Polypropylen ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von mehr als 100.000 aufweist.
  • Ein Verfahren zur Herstellung einer Polypropylen-Nanokomposit-Zusammensetzung, das die folgenden Schritte umfasst: Mischen eines erweichten oder geschmolzenen Polypropylen-Polymers mit einem organischen Peroxid und Maleinsäureanhydrid, um ein maleiniertes Polypropylen-Polymer zu formen; und Mischen des maleinierten Polypropylen-Polymers mit einem mit Onium behandelten Kationen austauschenden geschichteten Silicat-Material, um ein maleiniertes Polypropylen-Nanokomposit zu formen, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das maleinierte Polypropylen ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von mehr als 100.000 aufweist.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 ist eine idealisierte Zeichnung, die aus einer Elek tronenmikroskopaufnahme der Phase von maleiniertem Polypropylen einer TPO-Zusammensetzung der dargelegten Erfindung erstellt wurde und mehr als die Hälfte des Kationen austauschenden geschichteten Silicat-Materials als Einheiten mit einer, zwei, drei, vier oder fünf Schichten vorliegend zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Das thermoplastische Olefin-Nanokomposit (TPO-Nanokomposit) der dargestellten Erfindung umfasst eine Phase von maleiniertem Polypropylen-Polymer mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von mehr als 100.000, ein Kationen austauschendes geschichtetes Silicat-Material, das im maleinierten Polypropylen dispergiert ist, so dass mehr als die Hälfte des Kationen austauschenden geschichteten Silicat-Materials bei Untersuchung mit einem Elektronenmikroskop als Einheiten mit einer, zwei, drei, vier oder fünf Schichten vorliegt (und besonders bevorzugt mehr als die Hälfte des Materials als Einheiten mit einer, zwei oder drei Schichten sichtbar ist) und eine Phase von thermoplastischem Elastomer, die mit der Phase von maleiniertem Polypropylen zwischendispergiert ist. Überraschenderweise kann das gewichtsmittlere Molekulargewicht des maleinierten Polypropylen-Polymers erheblich mehr als 100.000 betragen; es kann beispielsweise mehr als 150.000 oder sogar mehr als 250.000 betragen.
  • Jetzt mit Bezugnahme auf 1 ist in dieser eine Zeichnung gezeigt, die eine Elektronenmikroskopaufnahme der Phase von maleiniertem Polypropylen-Polymer einer TPO-Zusammensetzung der dargestellten Erfindung reproduziert. Das geschichtete Silicat-Material ist in seine Schichten zerlegt bzw. abgeblättert gezeigt, in der Form von: drei Einheiten mit einer einzigen Schicht, einer Einheit mit zwei Schichten, einer Einheit mit drei Schichten, einer Einheit mit vier Schichten, einer Einheit mit fünf Schich ten und zwei Einheiten mit acht Schichten. Bei einer Einheit mit einer Schicht handelt es sich in der Regel um ein Plättchen, das 1 – 10 Nanometer dick und 100 – 1000 Nanometer breit ist.
  • Der Begriff „gewichtsmittleres Molekulargewicht" ist im dargestellten Stand der Technik wohlbekannt und kann bei- spielsweise mittels Gelpermeationschromatographie bestimmt werden. Der Begriff „Kationen austauschendes geschichtetes Silicat-Material" ist im dargestellten Stand der Technik wohlbekannt und beinhaltet das „Tonmineral" der US-Patentschrift 5,973,053. Beispiele von Kationen austauschenden geschichteten Silicat-Materialien sind unter anderem:
    • 1) Biophyllit, Kaolinit, Dicalit oder Talkum-Tonarten,
    • 2) Smectit-Tonarten,
    • 3) Vermiculit-Tonarten,
    • 4) Glimmer,
    • 5) spröder Glimmer,
    • 6) Magadiit,
    • 7) Kenyait,
    • 8) Octosilicat,
    • 9) Kanemit,
    • 10) Makatit und
    • 11) zeolithische geschichtete Materialien wie ITQ-2, MCM-22-Vorstufe, abgeblätterter Ferrierit und abgeblätterter Mordenit.
  • Viele der obigen Tonmaterialien kommen in der Natur vor und können auch synthetisiert werden, im Allgemeinen in höherer Reinheit als das native Material. In der vorliegenden Erfindung kann ein beliebiges der natürlich vorkommenden oder synthetischen Kationen austauschenden geschichteten Silicat-Tonmaterialien verwendet werden. Bevorzugt sind Smectit-Tonarten, einschließlich Montmorillonit, Bidelit, Saponit und Hectorit.
  • Bei einem „mit Onium behandelten Kationen austauschenden geschichteten Silicat-Material" handelt es sich um ein Kationen austauschendes geschichtetes Silicat-Material, das Oniumkationen (für gewöhnlich organische quartäre Ammoniumverbindungen) ausgesetzt wurde, so dass das ursprüngliche Kation des Kationen austauschenden geschichteten Silicat-Materials zumindest teilweise durch die Oniumkationen ausgetauscht wird.
  • Mit Onium behandelte Kationen austauschende geschichtete Silicat-Materialien sind im dargestellten Stand der Technik wohlbekannt, siehe beispielsweise die oben genannte US-Patentschrift 5,973,053. Mit Onium behandelte Kationen austauschende geschichtete Silicat-Materialien sind im Handel von beispielsweise der Southern Clay Company in den Vereinigten Staaten erhältlich.
  • Der Begriff „maleiniertes Polypropylen" steht für ein Polypropylen, das mehr als ein Zehntel Prozent an das Polypropylen gepfropftes Maleinsäureanhydrid enthält. Maleiniertes Polypropylen ist im Handel von mehreren Quellen erhältlich. Bei Polymersynthese handelt es sich möglicherweise um die beste Methode, das Molekulargewicht, die Molekulargewichtsverteilung und das Ausmaß an das Polymer gepfropftem Maleinsäureanhydrid maßzuschneidern. Bei Festkörpermaleinierung in einer Lösung bei einer Temperatur unter der Schmelztemperatur des Polypropylens handelt es sich um eine andere Methode zum Herstellen von maleiniertem Polypropylen. Alternativ dazu kann, wie im dargestellten Stand der Technik wohlbekannt ist, maleiniertes Polypropylen durch Mischen von erweichtem oder geschmolzenem unmodifiziertem Polypropylen mit Maleinsäureanhydrid und einem organischen Peroxid gefertigt werden.
  • Vorzugsweise liegt der Gewichtsanteil des Maleinsäureanhydrids am maleinierten Polypropylen im Bereich von zwei Zehntel bis zehn Prozent. Besonders bevorzugt liegt der Gewichtsanteil des Maleinsäureanhydrids am maleinierten Polypropylen im Bereich von einem halben bis zwei Prozent.
  • Die verwendete Menge an Kationen austauschendem geschichtetem Silicat-Material kann sich von einem bis fünfzig Gewichtsprozent der Zusammensetzung erstrecken. Vorzugsweise macht das Kationen austauschende geschichtete Silicat-Material mehr als ein Prozent und weniger als dreißig Prozent der Zusammensetzung aus. Besonders bevorzugt erstreckt sich die verwendete Menge an Kationen austauschendem geschichtetem Silicat-Material von drei bis zwölf Gewichtsprozent der Zusammensetzung. Die Polypropylen-Nanokomposit-Zusammensetzung der dargestellten Erfindung wird erhalten, wenn das oben besprochene thermoplastische Elastomer nicht eingesetzt wird.
  • Das TPO-Nanokomposit oder Polypropylen-Nanokomposit der dargestellten Erfindung kann auch herkömmliche Makrofüller, wie beispielsweise ein Carbonat, Glasfasern, Kaolin, Talkum, Glasperlen, Graphitfasern und Ruß enthalten. Das maleinierte Polypropylen der dargestellten Erfindung kann maleiniertes Polypropylen hoher Kristallinität sein. Der Begriff „hohe Kristallinität" ist hier als Material definiert, das eine Schmelzwärme der Kristalliten des maleinierten Polypropylens von mehr als 85 Joule pro Gramm amorpher und kristalliner Phasen des Polymers aufweist, wobei die auf den Seiten 448 – 494 von Band 4 der Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, 2. Auflage, 1986, John Wiley & Sons, umrissene Bestimmung angewendet wird.
  • Das TPO-Nanokomposit oder Polypropylen-Nanokomposit der dargestellten Erfindung kann außerdem nicht-maleiniertes Polypropylen mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von mehr als 100.000 umfassen. Vorzugsweise ist das nicht-maleinierte Polypropylen nicht-maleiniertes Polypropylen hoher Kristallinität, wobei die Schmelzwärme der Kristalliten des nicht-maleinierten Polypropylens mehr als 85 Joule pro Gramm beträgt. Vorzugsweise ist das TPO-Nanokomposit oder Polypropylen-Nanokomposit der dargestellten Erfindung im Wesentlichen frei von maleiniertem Polypropylen-Oligomer, das heißt die Konzentration an maleiniertem Polypropylen-Oligomer beträgt weniger als fünf Prozent der Gesamtmenge des Polypropylens. Der Begriff „Oligomer" steht hier für ein Polymer mit einem Molekulargewicht von weniger als Eintausend. Das nicht-maleinierte Polypropylen kann von einer beliebigen Art von Polypropylen sein, beispielsweise Blockcopolymere aus Polypropylen und Ethylen.
  • Das TPO-Nanokomposit der dargestellten Erfindung kann durch Mischen eines durch Wärme erweichten oder geschmolzenen Polypropylen-Polymers von ausreichend hohem Molekulargewicht mit einem organischen Peroxid und Maleinsäureanhydrid, um ein maleiniertes Polypropylen-Polymer zu formen, das dann mit einem mit Onium behandelten Kationen austauschenden geschichteten Silicat-Material und einem thermoplastischen Elastomer gemischt werden kann, gefertigt werden.
  • Vorzugsweise wird die Schlagstärke der Zusammensetzung beim gekerbten IZOD-Test bei null Grad Celsius um mehr als fünfzig Prozent im Vergleich zu einer Zusammensetzung erhöht, die identisch ist, mit der Ausnahme, dass das gewichtsmittlere Molekulargewicht des maleinierten Polypropylen-Polymers weniger als 100.000 beträgt.
  • Eine andere Methode zur Fertigung des TPO-Nanokomposits der dargestellten Erfindung ist, ein durch Wärme erweichtes oder geschmolzenes Polypropylen-Polymer von ausreichend hohem Molekulargewicht mit einem organischen Peroxid und Maleinsäureanhydrid zu mischen, um ein maleiniertes Polypropylen-Polymer zu formen, dann das maleinierte Polypropylen-Polymer mit einem mit Onium behandelten Kationen austauschenden geschichteten Silicat-Material zu mischen und anschließend das thermoplastische Elastomer einzumischen.
  • Analog dazu kann das Polypropylen-Nanokomposit der dargestellten Erfindung durch Mischen eines durch Wärme erweichten oder geschmolzenen Polypropylen-Polymers von ausreichend hohem Molekulargewicht mit einem organischen Peroxid und Maleinsäureanhydrid, um ein maleiniertes Polypropylen-Polymer zu formen, das dann mit einem mit Onium behandelten Kationen austauschenden geschichteten Silicat-Material gemischt werden kann, gefertigt werden.
  • Das TPO-Nanokomposit oder Polypropylen-Nanokomposit der dargestellten Erfindung kann beispielsweise zum Fertigen von Herstellungsgegenständen wie Bauteilen für Kraftfahrzeuge, Vorrichtungen, Büromaschinen oder Konstruktionsgegenständen verwendet werden.
  • VERGLEICHSBEISPIEL
  • Siebenundfünfzig Gewichtsteile maleiniertes Polypropylen mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 50.000 (maleiniertes Polypropylen der Marke PP EPOLENE® G3003 von der Eastern Chemical Company), dreiunddreißig Gewichtsteile thermoplastisches Elastomer (Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) der Marke AFFINITY® 8180 von Dow) und zehn Gewichtsteile mit Onium behandeltes Kationen austauschendes geschichtetes Silicat-Material (mit einer Dimethylverbindung mit dehydriertem Talg und quartärem Ammonium behandelter Montmorillonit von Southern Clay) werden in einem Polymermischer der Marke BANBURY bei 100 U/min. und einer Temperatur von 150 Grad Celsius zehn Minuten lang gemischt, um ein thermoplastisches Olefin-Nanokomposit mit einem Biegemodul von 207.000 pound per square inch (1430 MPa) und einer Schlagstärke beim gekerbten IZOD-Test bei 30 Grad unter null Grad Celsius von 1 foot-pound per inch (53,5 J/m) herzustellen.
  • BEISPIEL 1
  • Siebenundfünfzig Gewichtsteile maleiniertes Polypropylen mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 150.000 (im Labor durch drei Minuten langes Mischen von fünfundneunzig Teilen hochmolekularem Polypropylen mit drei Teilen Maleinsäureanhydrid und sechs Zehntel Teilen Dicumylperoxid in einem Polymermischer der Marke BANBURY® bei 200 U/min. und 180 – 200 Grad Celsius hergestellt), dreiunddreißig Gewichtsteile thermoplastisches Elastomer (Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) der Marke AFFINITY® 8180 von Dow) und zehn Gewichtsteile mit Onium behandeltes Kationen austauschendes geschichtetes Silicat-Material (mit einer Dimethylverbindung mit dehydriertem Talg und quartärem Ammonium behandelter Montmorillonit von Southern Clay) werden in einem Polymermischer der Marke BANBURY° bei 100 U/min. und einer Temperatur von 150 Grad Celsius zehn Minuten lang gemischt, um ein thermoplastisches Olefin-Nanokomposit mit einem Biegemodul von 183.000 pound per square Inch (1260 MPa) und einer Schlagstärke beim gekerbten IZOD-Test bei 30 Grad unter null Grad Celsius von 11,6 foot-pound per inch (621 J/m) herzustellen. Dieses Beispiel zeigt den im Vergleich zum thermoplastischen Olefin-Nanokomposit des VERGLEICHSBEISPIELS erheblichen Anstieg der Schlagstärke eines thermoplastischen Olefin-Nanokomposits der dargestellten Erfindung.
  • BEISPIEL 2
  • Dreißig Gewichtsteile maleiniertes Polypropylen mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 200.000, siebenundzwanzig Gewichtsteile nicht-maleiniertes Polypropylen mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 150.000, dreiunddreißig Gewichtsteile thermoplastisches Elastomer (Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) der Marke AFFINITY® 8180 von Dow) und zehn Gewichtsteile mit Onium behandeltes Kationen austauschendes geschichtetes Silicat-Material (mit einer Dimethylverbindung mit dehydriertem Talg und quartärem Ammonium behandelter Montmorillonit von Southern Clay) werden in einem Polymermischer der Marke HAAKE bei 200 U/min. und einer Temperatur von 180 Grad Celsius zehn Minuten lang gemischt, um ein thermoplastisches Olefin-Nanokomposit herzustellen. Eine Untersuchung der Polypropylen-Phase des thermoplastischen Olefin-Nanokomposits mit einem Elektronenmikroskop zeigt, dass mehr als die Hälfte des mit Onium behandelten Kationen austauschenden geschichteten Silicat-Materials als Einheiten mit einer einzigen, einer doppelten oder einer dreifachen Schicht sichtbar ist.
  • BEISPIEL 3
  • Dreiundzwanzig Gewichtsteile maleiniertes Polypropylen mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 150.000, zweiundvierzig Gewichtsteile nicht-maleiniertes Polypropylen hoher Kristallinität mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 150.000, fünfundzwanzig Gewichtsteile thermoplastisches Elastomer (Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) der Marke AFFINITY® 8180 von Dow) und zehn Gewichtsteile mit Onium behandeltes Kationen austauschendes geschichtetes Silicat-Material (mit einer Dimethylverbindung mit dehydriertem Talg und quartärem Ammonium behandelter Montmorillonit von Southern Clay) werden in einem Polymermischer der Marke BANBURY® bei 100 U/min. und einer Temperatur von 150 Grad Celsius zehn Minuten lang gemischt, um ein thermoplastisches Olefin-Nanokomposit mit einem Biegemodul von 184.000 pound per square inch (1270 MPa) und einer Schlagstärke beim gekerbten IZOD-Test bei null Grad Celsius von 13,7 foot-pound per inch (735,5 J/m) herzustellen. Eine Untersuchung der Polyethylen-Phase des thermoplastischen Olefin-Nanokomposits mit einem Elektronenmikroskop zeigt, dass mehr als die Hälfte des mit Onium behandelten Kationen austauschenden geschichteten Silicat-Materials als Einhei ten mit einer einzigen, einer doppelten oder einer dreifachen Schicht sichtbar ist.
  • BEISPIEL 4
  • Dreiundzwanzig Gewichtsteile maleiniertes Polypropylen mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 150.000, zweiundvierzig Gewichtsteile nicht-maleiniertes Polypropylen hoher Kristallinität mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 150.000, fünfundzwanzig Gewichtsteile thermoplastisches Elastomer (Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) der Marke AFFINITY® 8180 von Dow), fünf Gewichtsteile Talkum und zehn Gewichtsteile mit Onium behandeltes Kationen austauschendes geschichtetes Silicat-Material (mit einer Dimethylverbindung mit dehydriertem Talg und quartärem Ammonium behandelter Montmorillonit von Southern Clay) werden in einem Polymermischer der Marke BRNBURY® bei 100 U/min. und einer Temperatur von 150 Grad Celsius zehn Minuten lang gemischt, um ein thermoplastisches Olefin-Nanokomposit mit einem Biegemodul von 201.000 pound per square inch (1390 MPa) und einer Schlagstärke beim gekerbten IZOD-Test bei null Grad Celsius von 12,7 foot-pound per inch (680 J/m) herzustellen. Eine Untersuchung der Polyethylen-Phase des thermoplastischen Olefin-Nanokomposits mit einem Elektronenmikroskop zeigt, dass mehr als die Hälfte des mit Onium behandelten Kationen austauschenden geschichteten Silicat-Materials als Einheiten mit einer einzigen, einer doppelten oder einer dreifachen Schicht festgestellt wird.
  • BEISPIEL 5
  • Neunzig Gewichtsteile maleiniertes Polypropylen mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 200.000, zehn Gewichtsteile mit Onium behandeltes Kationen austauschendes geschichtetes Silicat-Material (mit einer Dimethylverbindung mit dehydriertem Talg und quartärem Ammonium behan delter Montmorillonit von Southern Clay) und zwei Zehntel Gewichtsteile Antioxidans der Marke IRGONOX® B225 werden in einem Polymermischer der Marke HAAKE bei 200 U/min. und einer Temperatur von 180 Grad Celsius zehn Minuten lang gemischt, um ein Polypropylen-Nanokomposit herzustellen. Eine Untersuchung des Polypropylen-Nanokomposits mit einem Elektronenmikroskop zeigt, dass mehr als die Hälfte des mit Onium behandelten Kationen austauschenden geschichteten Silicat-Materials als Einheiten mit einer einzigen, einer doppelten oder einer dreifachen Schicht vorliegt.

Claims (17)

  1. Polypropylen-Nanokomposit-Zusammensetzung, die Folgendes umfasst: (a) maleiniertes Polypropylen-Polymer mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von mehr als 100.000; (b) ein kationenaustauschendes geschichtetes SilicatMaterial, das im maleinierten Polypropylen dispergiert ist, so dass mehr als die Hälfte des kationenaustauschenden geschichteten Silicat-Materials bei Untersuchung mit einem Elektronenmikroskop als Einheiten mit einer, zwei, drei, vier oder fünf Schichten vorliegt.
  2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Gewichtsanteil des kationenaustauschenden geschichteten Silicat-Materials in der Zusammensetzung mehr als ein Prozent und weniger als dreißig Prozent beträgt.
  3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Gewichtsanteil des kationenaustauschenden geschichteten Silicat-Materials in der Zusammensetzung mehr als drei Prozent der Zusammensetzung und weniger als zwölf Prozent der Zusammensetzung ausmacht.
  4. Zusammensetzung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das gewichtsmittlere Molekulargewicht des maleinierten Polypropylen-Polymers mehr als 125.000 beträgt.
  5. Zusammensetzung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das gewichtsmittlere Molekulargewicht des maleinierten Polypropylen-Polymers mehr als 150.000 beträgt.
  6. Zusammensetzung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das gewichtsmittlere Molekulargewicht des maleinierten Polypropylen-Polymers mehr als 250.000 beträgt.
  7. Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1 bis 6, wobei es sich bei dem maleinierten Polypropylen-Polymer um ein maleiniertes Polypropylen hoher Kristallinität handelt, wobei die Schmelzwärme der Kristalliten des maleinierten Polypropylen-Polymers mehr als 85 Joule pro Gramm beträgt.
  8. Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1 bis 7, die weiterhin im maleinierten Polypropylen-Polymer nicht-maleiniertes Polypropylen umfasst, wobei das nicht-maleinierte Polypropylen ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von mehr als 100.000 aufweist.
  9. Zusammensetzung nach Anspruch 8, wobei es sich bei dem nicht-maleinierten Polypropylen um ein nicht-maleiniertes Polypropylen hoher Kristallinität handelt, wobei die Schmelzwärme der Kristalliten des nicht-maleinierten Polypropylens mehr als 85 Joule pro Gramm beträgt.
  10. Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1 bis 9, wobei die Phase von maleiniertem Polypropylen-Polymer im Wesentlichen frei von maleiniertem Polypropylen-Oligomer ist.
  11. Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1 bis 10, wobei die durch den Kerbschlagversuch bestimmte Schlagzähigkeit der Zusammensetzung bei null Grad Celsius im Vergleich zu einer bis auf die Tatsache, dass das gewichtsmittlere Molekulargewicht des maleinierten Polypropylen-Polymers weniger als 100.000 beträgt, identischen Zusammensetzung um mehr als fünfzig Prozent erhöht ist.
  12. Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1 bis 11, die weiterhin Talkum oder anderen üblichen Füllstoff umfasst.
  13. Thermoplastische Olefin-Nanokomposit-Zusammensetzung, welche die Polypropylen-Nanokomposit-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und eine Phase von thermoplastischem Elastomer, die mit der Phase von maleiniertem Polypropylen-Polymer zwischendispergiert ist, umfasst.
  14. Herstellungsgegenstand, der ein aus der Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1 – 13 geformtes Objekt umfasst.
  15. Herstellungsgegenstand nach Anspruch 14, wobei es sich bei dem Objekt um ein Kraftfahrzeugbauteil handelt.
  16. Verfahren zur Herstellung einer Polypropylen-Nanokomposit-Zusammensetzung, das die folgenden Schritte umfasst: (a) Mischen eines erweichten oder geschmolzenen Polypropylen-Polymers mit einem organischen Peroxid und Maleinsäureanhydrid, um ein maleiniertes Polypropylen-Polymer zu formen; und (b) Mischen des maleinierten Polypropylen-Polymers mit einem mit Onium behandelten kationenaustauschenden geschichteten Silicat-Material, um ein maleiniertes Polypropylen-Nanokomposit zu formen, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das maleinierte Polypropylen ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von mehr als 100.000 aufweist.
  17. Verfahren zur Herstellung einer thermoplastischen Olefin-Nanokomposit-Zusammensetzung, das die folgenden Schritte umfasst: Formen einer Polypropylen-Nanokomposit-Zusammensetzung nach Anspruch 16; und Mischen des maleinierten Polypropylen-Nanokomposits mit einem thermoplastischen Elastomer.
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