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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Polyacetal-Zusammensetzung für Formteile,
die über
wünschenswerte
Kombinationen von Steifigkeit und Schlagzähigkeit verfügen. Spezieller
betrifft die vorliegende Erfindung eine Zusammensetzung, die ein
Polyacetal und einen mineralischen Füllstoff aufweist.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Polyacetale
sind auf dem Fachgebiet gut bekannt und finden weitverbreitete kommerzielle
Anwendung hauptsächlich
in Form von Polyoxymethylen-Homopolymeren und -Copolymeren. Polyoxymethylen-Homopolymer
wird in der Regel durch Polymerisieren von Formaldehyd oder Trioxan,
der Form des cyclischen Ethers von Formaldehyd, erzeugt. Copolymere
werden in der Regel durch Vereinigen von Formaldehyd mit verschiedenen
cyclischen Ethern erzeugt, wie beispielsweise Ethylenoxid oder 1,3-Dioxolan,
um eine Polymerkette zu erzeugen, die über zwei oder mehr Methylen-Gruppen
verfügt,
die aneinander unmittelbar angrenzen, wodurch die thermische Stabilität gegenüber der
des Homopolymers verbessert wird. Siehe hierzu beispielsweise die
US-P-2768994, US-P-3027352.
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Polyacetal-Homopolymere
und -Copolymere sind auf verschiedene Weise modifiziert worden,
um das Spektrum der verfügbaren
Eigenschaften zu erweitern. Repräsentativ
sind die Modifikationen an Delrin® Homopolymer,
das bei DuPont verfügbar
ist, wie in Tabelle 1 gezeigt ist. Tabelle 1 zeigt kommerziell verfügbare Qualitäten von
Polyacetal-Homopolymer, die modifiziert worden sind, um Kombinationen
von Steifigkeit und Schlagzähigkeit
bereitzustellen, die von nicht modifiziertem Polyacetal-Homopolymer nicht
verfügbar
sind. Die Steifigkeit wird mit Hilfe des Biegemoduls angegeben,
der nach dem Standard ASTM D790 ermittelt wird, während die
Schlagzähigkeit
mit Hilfe des Schlagbiegeversuches mit gekerbtem Probestab nach
Izod nach dem Standard ASTM D256 ermittelt wird.
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Weiter
Bezug nehmend auf Tabelle 1 werden Glaskurzfasern in eine Polyacetalharz-Zusammensetzung (z.B.
Delrin® 525GR)
eingemischt und liefern eine etwa 130%ige Verbesserung der Schlagzähigkeit
und etwa eine 300%ige Erhöhung
der Steifigkeit gegenüber
Delrin® 500.
Allerdings wird die Formbarkeit des resultierenden Harzes durch
die Glasfasern deutlich herabgesetzt und kann zu einer Anisotropie
der Eigenschaft führen,
zu einer ungleichförmigen
Schrumpfung und zu einem Verwerfen des Teils. Mineralische Füllstoffe
liefern ähnliche
Verbesserungen hinsichtlich der Steifigkeit des Polyacetalharzes,
in der Regel jedoch mit einer Verringerung der Schlagzähigkeit,
selbst wenn die Verarbeitbarkeit und die Produktisotropie gegenüber einer Glas
enthaltenden Zusammensetzung verbessert sind.
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Der
Einbau von Fettsäuren
und speziell Stearinsäure
in mit mineralischem Füllstoff
versehenen Polyolefin-Zusammensetzungen ist auf dem Fachgebiet bekannt.
Beispielsweise offenbart die US-P-4795768 von Ancker et al. eine Zusammensetzung,
die aus Polyethylen hoher Dichte besteht, das mit 50 Gew.-% eines
3,5 μm-CaCO3 besteht, das mit 2 Gew.-% Isostearinsäure vorbehandelt
ist. Die Izod-Schlagzähigkeit
wurde um etwa 8% in Bezug auf das nicht gefüllte Polymer verringert, während der
Biegemoduls um etwa 150% erhöht wurde.
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In
der Publikation "Orange,
10. Int. Conf. Deformation, Yield, und Fracture of Polymers, Inst.
Of Mat., pp. 502ff, (1997) werden gefüllte Polypropylen-Zusammensetzungen
offenbart, die 10 Volumenprozent eines 0,1 μm- und 2 μm-CaCO3 enthalten,
das in beiden Fällen
mit Stearinsäure
behandelt und unbehandelt war. Die Zusammensetzungen, welche die
mit Stearin behandelten Füllstoffe
enthielten, zeigten eine Bruchzähigkeit, die
größer war
als die des nicht gefüllten
Polymers, sowie eine etwas höhere
Steifigkeit. Die Zusammensetzung, die unbehandelten 2 μm-Füllstoff
enthielt, war ähnlich
der behandelten Zusammensetzung, diese enthielt jedoch den unbehandelten
0,1 μm-Füllstoff
und zeigte eine 50%ige Verringerung der Bruchzähigkeit und eine etwa 45%ige
Erhöhung
der Steifigkeit.
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Suetsugu
offenbart in The Polymer Processing Society (1990) eine Zunahme
der Kerbschlagfestigkeit nach Izod von 230% in einer Polypropylen-Zusammensetzung
mit hohem Molekulargewicht, die 30 Gew.-% mit 4,3 μm-CaCO3 behandelte Stearinsäure enthielt.
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Die
Unterschiede zwischen gesättigten
und ungesättigten
Fettsäuren
in deren Wechselwirkung mit den Mineralpartikeln wurden in Ottewill
et al., J. Oil Colour Chemists Assn, 50: 844 (197) offenbart.
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Flexman
zeigt in Toughened Plastics I, C. Keith Riew and Anthony J. Kinloch,
Herausg., American Chemical Society, Washington, 1993, dass sich
die Bruchmechanik von Polyacetalen erheblich von der von Polyamiden
unterscheidet.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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In
einem der Aspekte der Erfindung wird eine Zusammensetzung geboten,
die ein Polyoxymethylen-Polymer mit bis zu 10 Mol% repetierenden
Einheiten aufweist, die Oxyalkylen-Reste mit angrenzenden Methylen-Einheiten
haben, 1% bis 30 Vol.% eines Mineralfüllstoffes mit einem Höhe-Breite-Verhältnis (das mittlere
Verhältnis
der größten zu
der kleinsten Abmessung des Füllstoffpartikels)
von 5 oder weniger hat, wobei der Füllstoff einen mittleren äquivalenten
spherischen Durchmesser im Bereich von 0,1 bis weniger als 3,5 μm hat, sowie
eine gesättigte
organische Säure,
ein Salz davon oder eine Mischung davon mit einer Konzentration
von mindestens 0,5 Gew.-% des Mineralfüllstoffes, wobei die gesättigte organische
Säure,
das Salz davon oder eine Mischung davon, eine oder mehrere gesättigte Fettsäuren, Salze
davon oder eine Mischung davon aufweist.
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In
einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Formen
einer Zusammensetzung, umfassend die Schritte:
Vereinigen eines
Polyoxymethylen-Polymers, das bis zu 10 Mol.% repetierende Einheiten
aufweist, die Oxyalkylen-Reste mit nachbarständigen Methylen-Einheiten aufweisen,
mit einem mineralischen Füllstoff
mit einem Höhe-Breite-Verhältnis von
weniger als 5, wobei der mineralische Füllstoff einen mittleren äquivalenten
Kugeldurchmesser im Bereich von 0,1 bis 3,5 Mikrometer hat; und
einer gesättigten
organischen Säure,
eines Salzes davon oder einer Mischung davon mit einer Konzentration von
mindestens etwa 0,5 Gew.-% des mineralischen Füllstoffes, wobei die gesättigte organische
Säure,
das Salz davon oder eine Mischung davon, eine oder mehrere gesättigte Fettsäuren, Salze
davon oder eine Mischung davon aufweist, und wobei der mineralische
Füllstoff
und das Polyacetal in einem Gewichtsverhältnis vereinigt werden, das
durch die Formel vorgegeben ist: Wf/Wp = [VF/(1 – VF)] × Df/Dpworin
Wf das Gewicht des Füllstoffes
ist, Wp ist das Gewicht des Polymers, VF ist der gewünschte Volumenanteil
des Füllstoffes
im Bereich von 0,01 bis 0,3, Df ist die Dichte des Füllstoffes
und Dp ist die Dichte des Polymers;
Erhitzen der Zusammenstellung
bis zu einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Polyacetals,
um eine schmelzflüssige
Zusammensetzung zu erzeugen;
Mischen der schmelzflüssigen Zusammensetzung,
um eine homogene Schmelze bereitzustellen; und
Kühlen der
schmelzflüssigen
Zusammensetzung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Die
vorliegende Erfindung führt
durch die Einbeziehung gesättigter
organischer Säuren,
Salze davon oder Mischungen davon in Zusammensetzungen, die Polyacetale
und Mineralfüllstoffe
aufweisen, zu Verbesserungen der Eigenschaften gegenüber nicht
gefülltem
Polymer und gefüllten
Polymeren, die schlagzähmachende
Zusatzstoffe bekannter Ausführung
enthalten. Die vorliegende Erfindung erhöht die Steifigkeit bei gleichbleibender
oder erhöhter
Schlagzähigkeit
gegenüber
nicht modifiziertem Harz.
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Polyacetal-Homopolymere
und -Copolymere, die aus zwei oder mehreren Aldehyd- oder cyclischen Ether-Monomeren
erzeugt werden, sind für
die Praxis der vorliegenden Erfindung und einschließlich solche geeignet,
die nach der üblichen
Praxis auf dem Gebiet mit einem Nukleierungsmittel versetzt sind,
pigmentiert oder auf andere Weise modifiziert sind. In die Polyacetale
der vorliegenden Erfindung lassen sich geringe Mengen an üblichen
Additiven einbeziehen und im typischen Fall weniger als 5 Gew.-%,
die die Schlagzähigkeit oder
Steifigkeit beeinflussen können,
einschließlich:
Stabilisiermittel, Antioxidantien, Formtrennmittel, Gleitmittel,
Glasfaser, Kohlenschwarz, Weichmacher, Pigmente und andere gut bekannte
Additive, die üblicher
Weise auf dem Fachgebiet zum Einsatz gelangen.
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Polyacetale,
die für
die Praxis der vorliegenden Erfindung bevorzugt sind, schließen Polyoxymethylen-Homopolymer
oder ein -Copolymer davon ein, die bis zu 10 Mol% Alkylen-Rest als
repetierende Einheiten mit angrenzenden Methylen-Gruppen aufweisen.
Bevorzugte Copolymere schließen
solche ein, die durch Copolymerisieren nach den Lehren des Fachgebiets
von Formaldehyd oder Trioxan mit cyclischen Ethern erzeugt werden,
die über
2 bis 12 Kohlenstoffatome verfügen,
vorzugsweise 1,3-Dioxolan.
Vorzugsweise machen diese Alkylen-Reste als repetierende Einheiten
nicht mehr als 5 Mol% und am Meisten bevorzugt nicht mehr als 2
Mol% des gesamten Polymers aus. Bevorzugte Polyoxymethylen-Copolymere
sind Dipolymere von Formaldehyd und Ethylenoxid, wo die Menge des
in das Polymer eingearbeiteten Ethylenoxids etwa 2 Gew.-% beträgt. Die
bevorzugten Polyoxymethylen-Homopolymere
und -Copolymere zur Verwendung in den Zusammensetzungen der vorliegenden
Erfindung sind solche mit einer zahlengemittelten relativen Molekülmasse von etwa
20.000 bis 100.000 und mehr bevorzugt 20.000 bis 80.000 und am Meisten
bevorzugt 25.000 bis 70.000 sowie solche, deren endständige Hydroxyl-Gruppen
durch eine chemische Reaktion unter Erzeugung von Ester- oder Ether-Gruppen
und vorzugsweise Acetat- oder Methoxy-Gruppen entsprechend den Lehren
in der US-P-2768994, op.cit. terminiert worden sind.
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Geeignete
anorganische Füllstoffe
zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung sind solche, bei denen
kein wesentliches Abgasen auftritt oder die sich nicht von selbst
zersetzen oder dazu führen,
dass das Polyacetal unter normalen Verarbeitungsbedingungen von
Polyacetal zersetzt wird unter Einbeziehung der Kombinationen von
Zeit und Temperatur beim Spritzgießen. Diese schließen die
Folgenden ein, ohne auf diese beschränkt zu sein: Calciumcarbonat;
Oxide, wie beispielsweise Aluminiumoxid, Siliciumdioxid und Titandioxid;
Sulfate, wie beispielsweise Bariumsulfat; Titanate; Kaolin-Ton und
andere Silicate; Magnesiumhydroxid und Kohlenschwarz. In der vorliegenden
Erfindung vermeidet ein Höhe-Breite-Verhältnis (das
durchschnittliche Verhältnis
der größten Abmessung
zu der kleinsten Abmessung des Füllstoffpartikels)
von weniger als etwa 5 Spannungskonzentrationen und Anisotropien
des Teils. Die bevorzugten Füllstoffe
sind Calciumcarbonat und Titandioxid.
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Die
Größe der Füllstoffpartikel
wird als äquivalenter
Kugeldurchmesser bezeichnet. Der äquivalente Kugeldurchmesser
ist der Durchmesser einer Kugel mit dem gleichen Volumen wie das
Füllstoffpartikel
und kann unter Anwendung eines Sedigraph 5100 (Micrometrics Instrument
Corporation, Norcross, GA) bestimmt werden. Mit dem Sedigraph 5100
wird die Partikelgröße mit Hilfe
der Sedimentationsmethode bestimmt, indem die durch Schwerkraft
bewirkten Absetzgeschwindigkeiten der unterschiedlich großen Partikel
in einer Flüssigkeit
mit bekannten Eigenschaften gemessen werden. Die Geschwindigkeit,
mit der das Partikel durch die Flüssigkeit herabfällt, wird
mit Hilfe des Stoke'schen
Gesetzes beschrieben. Die größten Partikel
fallen am Schnellsten, während
die kleinsten Partikel am Langsamsten fallen. Die Sedimentationsgeschwindigkeit
wird unter der Anwendung eines genau kollimierten Strahls Röntgenstrahlen
geringer Energie gemessen, der die Probenzelle zum Detektor passiert.
Die Verteilung der Partikelmasse an den verschiedenen Stellen in
der Zelle beeinflusst die Zahl der Röntgenstrahlimpulse, die den
Detektor erreichen. Die Zahl der Röntgenstrahlimpulse wird zur
Ableitung der Partikelgrößenverteilung
verwendet, die als prozentuale Masse bei vorgegebenen Partikeldurchmessern
ausgedrückt
wird. Da die Partikel selten gleichförmige Formen zeigen, wird jede
Partikelgröße als ein "äquivalenter Kugeldurchmesser" aufgezeichnet, wobei
der Kugeldurchmesser des gleichen Materials der gleichen Sedimentationsgeschwindigkeit
entspricht.
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Geeignete
Partikel haben äquivalente
Kugeldurchmesser im Bereich von 0,1 bis weniger als 3,5 μm und am
Typischsten 0,5 bis 2 μm.
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Die
Größe der Füllstoffpartikel
kann die Eigenschaften der Schlagzähigkeit und/oder Steifigkeit
der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
beeinflussen. Partikel die entweder zu groß oder zu klein sind, bringen nicht
den Nutzen der vorliegenden Erfindung zustande. Ein geeignetes Füllstoffpartikel
hat eine relativ schmale Partikelgrößenverteilung mit besonderer
Betonung darauf dass man ein Minimum der Zahl von Partikeln hat, die
sehr viel größer sind
als die mittlere Partikelgröße.
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Es
wird angenommen, dass die von der Erfindung gewährten Verbesserungen im Zusammenhang
damit stehen, dass eine Abstandsverteilung mit einem Mittelwert
im Bereich von 0,1 μm
bis 1,0 μm
erzielt wird; die Grenzfläche
zwischen Harz und Füllstoff
kontrolliert wird und die Kontinuität der Polymerfaser aufrecht
erhalten wird. Die Nächste-Nachbarn-Teilchen-Teilchen-Separation
wird durch die Kombination von Füllstoffgröße, Füllstoffbeladung
und entsprechender Desagglomerierung und Dispersion des Füllstoffes
bestimmt. Die Grenzfläche
Polymer/Füllstoff
wird unter Verwendung von ausreichenden und jedoch nicht übermäßigen Mengen
der gesättigten
organischen Säuren
und/oder Salzen der Erfindung kontrolliert. Die Kontinuität der Polymerphase
wird durch die Volumenbeladung des Füllstoffes bestimmt.
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Die
Beziehung zwischen der mittleren Nächste-Nachbarn-Teilchen-Teilchen-Distanz
(IPD), Füllstoffgröße, d, und
erforderliche Füllstoffbeladung φ (als Volumenanteil)
ist näherungsweise
gegeben durch die Gleichung: IPD = d·[(π/6φ)1/3 – 1].
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Beispielsweise
wurde dadurch festgestellt, dass, wenn die Teilchen-Teilchen Trennung
mit 0,3 μm
angenommen wird, die maximale Partikelgröße 20 μm bei Volumenanteilen von weniger
als 0,50 nicht überschreiten
kann. Wenn die Partikel ein Volumen von etwa 50% oder mehr einnehmen,
wird jedoch die Kontinuität
der Polymermatrix geopfert. Bei Partikelgrößen bei oder unterhalb von
etwa 0,1 μm
wird der erforderliche Bereich der Teilchen-Teilchen-Separation
bei Volumenbeladungen weit unterhalb von 50% unter der Voraussetzung
mühelos
erreicht, dass die Partikel desagglomeriert und homogen dispergiert
werden können,
was auf Grund der sehr hohen Oberflächenkräfte, die die feinen Partikel
zusammenhalten, sehr schwer zu erreichen sein kann. Ebenfalls wird
angenommen, dass die schlagzähmachende
Wirkung, die in der Praxis der vorliegenden Erfindung beobachtet
wird, von der wirksamen Bindungslösung des Füllstoffpartikels von dem Harz während der
Aufschlagverformung abhängt.
Die Fähigkeit
zur Bindungslösung
nimmt mit der Partikelgröße ab. Es
wird daher angenommen, dass bei Partikelgrößen weit unterhalb von 0,1 μm die Bedingungen
für eine
Bindungslösung
nicht mehr weiter günstig
sind und diese Partikelgrößen ungeeignet
machen.
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Es
wird angenommen, dass die Grenzflächenkräfte Polymer/Füllstoff
durch eine oder mehrere gesättigte
organische Säuren
oder Salze davon vermittelt werden. Der erforderliche Betrag hängt von
der Größe der Grenzfläche ab,
d.h. je größer die
Grenzfläche
ist, umso mehr organische Säure
oder saures Salz sind erforderlich. Die tatsächliche Menge wird jedoch von
der Größe und Form
der Partikel und von der Volumenbeladung der Partikel abhängen.
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Es
ist festgestellt worden, dass die Konzentration der Füllstoffe
von der Füllstoffgröße abhängt und
in dem geeigneten Bereich mit zunehmender Größe zunimmt. Wenn somit die
Füllstoffgröße am oberen
Ende des Bereichs ist, wird eine höhere Konzentration an Füllstoff
benötigt,
als wenn die Füllstoffgröße am unteren Ende
des Bereichs ist. Der geeignete Bereich beträgt 1% bis 30 Vol.% und bevorzugt
5% bis 20 Vol.% und am Meisten bevorzugt 10% bis 20 Vol.%. Der Fachmann
auf dem Gebiet wird jedoch erkennen, dass bei 1% Füllstoffbeladungen
die Polyacetal-Zusammensetzungen minimale Verbesserungen in Steifigkeit
oder Schlagbiegefestigkeit zeigen werden.
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Bei
Füllstoffbeladungen
größer als
näherungsweise
30 Vol.% wird es zunehmend schwierig, eine homogene Verteilung von
nicht agglomeriertem Füllstoff
innerhalb der Polymermatrix unter Anwendung üblicher Methoden des Mischens
in der Schmelze zu erzielen.
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Geeignete
gesättigte
organische Säuren
sind Fettsäuren.
Bevorzugte Fettsäuren
schließen
Stearinsäure
ein. Anorganische Salze der geeigneten Säuren sind gleichermaßen geeignet,
einschließlich
Zinkstearat und dergleichen. Für
den Fachmann auf dem Gebiet gilt als selbstverständlich, dass eine organische
Säure in Kombination
mit einem Mineral bei erhöhten
Temperaturen ein Salz damit bilden kann, so dass die Säure, die der
Mischung in dem erfindungsgemäßen Verfahren
zugegeben wird, unter Umständen
in dem Endprodukt davon nicht vorhanden sein kann. Die organischen
Säuren
oder Salze davon liegen mit einer Konzentration von mindestens 0,5
Gew.-% des Gewichts des Füllstoffes
vor. Obgleich es keine spezielle obere Grenze für die Konzentration der organischen
Säure gibt,
liegt die Konzentration organischer Säure oder eines Salzes davon in
einer der Ausführungsformen
der Erfindung im Bereich von 0,5% bis 4 Gew.-% des Gewichts des
Füllstoffes.
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Es
wird angenommen, dass eine in der Zusammensetzung der Erfindung
verwendbare Konzentration an Säure
oder saurem Salz derjenigen entspricht, bei der die Säure oder
das Salz eine monomolekulare Schicht auf im Wesentlichen der gesamten
Oberfläche
des Mineralfüllstoffes
bilden. Jede Menge, die kleiner ist als diese, wird eine weniger
als optimale Kombination von Eigenschaften zeigen, während jede
beliebige Menge, die größer ist
als diese, keine Funktion übernimmt
mit der Ausnahme, dass die Menge an Polymer in der Zusammensetzung
gestreckt wird. Optimal ist der Zusatz von etwa 2 Gew.-% Stearinsäure bezogen
auf das Gewicht von 0,7 μm-CaCO3.
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Die
erfindungsgemäße Zusammensetzung
wird durch Beschichten eines Füllstoffes
mit einer gesättigten
organischen Säure
oder einem Salz davon, durch Zumischen des beschichteten Füllstoffes
zu dem Polyacetal und Pelletisieren des Produktes erzeugt. Die gesättigten
organischen Säuren
oder Salze können,
was jedoch nicht erforderlich ist, auf den Füllstoff in einem separaten
Schritt des Beschichtens vor dem Einarbeiten in das Polymer aufgetragen
werden. In einem auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren zum Auftragen
von Schichten aus organischer Säure
oder Salzen auf Mineralfüllstoffen
werden die Säure
oder das Salz in einem geeigneten Lösemittel aufgelöst und mit
dem Füllstoff
solange gemischt, bis er insgesamt beschichtet ist. Der auf diese
Weise beschichtete Füllstoff
kann sodann von der Lösung
abgetrennt und das übrige
Lösemittel durch
Trocknen entfernt werden. In einem anderen Verfahren werden die
Säure oder
das saure Salz, der Füllstoff
und das Polymer mit einem Mal vereint. Das Mischen läßt sich
darüber
hinaus durch Dispergieren des Füllstoffes
zu einer Dispersion oder Lösung
des Polymers und der organischen Säure und dem Salz davon gefolgt
von einem Trocknen erreichen. Das Mischen kann auch in der Schmelze
entweder in einem Chargenmischer oder einem kontinuierlichen Extruder
ausgeführt
werden.
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Vorzugsweise
werden die Bestandteile durch Taumeln trocken gemischt, gefolgt
von einer Zuführung zu
einem Extruder oder Chargenmischer entsprechend bewährter Methoden
auf dem Fachgebiet. Alternativ können
die Bestandteile separat und kontinuierlich zu einer oder mehreren
Extruderzonen zugeführt
werden, in dem beispielsweise Massedosierungsvorrichtungen verwendet
werden, wobei das gesamte Mischen in dem Extruder erfolgt; oder
das Material kann mit einem Mal oder stufenweise einem Schmelzcompoundierer
vom Chargentyp zugesetzt werden und die Zusammensetzung darin erzeugt
werden.
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In
einer der Ausführungsformen
der Erfindung werden die Bestandteile in einem Extruder mit Gleichdrall-Doppelschnecke
verarbeitet, um ein gutes Mischen zu gewährleisten. Das Extrudat wird
pelletisiert und anschließend
zu Teilen mit Hilfe des Spritzgießformens geformt. Die Pellets
können
auch formgepresst werden oder es kann geformtes oder extrudiertes
flächiges
Material zu einer komplexen Formung einer Thermoformung unterzogen
werden. Andere, auf dem Fachgebiet bekannte Methoden können ebenfalls
zum Einsatz gelangen, um geformte Artikel aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
zu erzeugen.
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Es
ist einfach, das Polyacetalpolymer und den Füllstoff entsprechend dem Gewichtsverhältnis zu
vereinen, das an Hand der entsprechenden Dichten davon und dem Volumenanteil
des Füllstoffes,
der vorgesehen ist, bestimmt wurde. Das Gewichtsverhältnis wird
an Hand der folgenden Gleichung bestimmt: Wf/Wp
= [VF/(1 – VF)]·Df/Dp
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Worin
Wf das Gewicht des Füllstoffes
ist, Wp ist das Gewicht des Polymers, VF ist der gewünschte Volumenanteil
des Füllstoffes
im Bereich von 0,01 bis 0,3, wie hierin beschrieben wurde, Df ist
die Dichte des Füllstoffes
und Dp ist die Dichte des Polymers. Die Dichte, D, ist nicht die
Schüttdichte,
sondern die tatsächliche
Dichte des Materials.
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Die
vorliegende Erfindung wird an Hand der folgenden speziellen Ausführungsformen
weiter veranschaulicht, die nicht zu ihrer Beschränkung vorgesehen
sind.
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BEISPIELE
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BEISPIELE 1 BIS 3 UND
VERGLEICHSBEISPIEL A BIS J
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In
den folgenden Beispielen wurde das Polyacetal-Copolymer Celcon® M270
(Hoechst-Celanese) in der Schmelze mit den Typen und Konzentrationen
an CaCO3 compoundiert, die in Tabelle 2
gezeigt sind. Alle Füllstoffe
wurden von Specialty Minerals Inc. erhalten. Die drei mit Stearinsäure behandelten
Füllstoffe
wurden in ähnlicher
Weise oberflächenbehandelt.
Das Schmelzcompoundieren wurde in einem 28 mm-Extruder mit Gleichdrall-Doppelschnecke
(Werner & Pfleiderer,
Ramsey, NJ) bei Zylindertemperaturen von 220°C ausgeführt. Das Extrudat wurde pelletisiert
und die Pellets über
Nacht bei 60°C
getrocknet. Die getrockneten Pellets wurden zu Teststäben in einer
Spritzgießmaschine
(6 oz, 150 ton) von Van Dorn pressgeformt, die mit einer wasserbeheizten
Form ausgestattet war. Die Zylindertemperaturen der Spritzgießmaschine
wurden bei 220°C eingestellt
und die Formtemperatur bei 60°C
eingestellt.
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In
Vergleichsbeispiel A wurde Celcon® M270
extrudiert und ohne Füllstoff
spritzgegossen.
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Alle
Zusammensetzungen wurden zu hantelförmigen Zugproben für die Bestimmung
des Young'schen Moduls
nach dem Standard ASTM D638-95 (Typ I-Proben, 2'' lang,
1/2'' breit, 1/8'' dick) und Biegestäben (5'' lang,
1/2'' breit, 1/8'' dick) geformt, die für den Biegetest
nach dem Standard ASTM D790 geeignet waren, sowie zur Verwendung
in dem Schlagbiegeversuch mit gekerbtem Probestab nach Izod entsprechend
dem Standard ASTM D256. Für
die Izod-Prüfung
wurden die Spritzguss-Biegestäbe
zu zwei 2,5'' langen Stücken geteilt, der
eine nahe der Öffnung
und bezeichnet als das "nahe
Ende" und der andere
von der Öffnung
entfernt und bezeichnet als das "abgelegene
Ende". Die Ergebnisse
sind in Tabelle 2 gezeigt.
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Die
Daten in Tabelle 2 zeigen, dass sowohl Steifigkeit als auch Schlagbiegefestigkeit
mit Füllstoffpartikeln
im Bereich von 0,1 bis weniger als 3,5 μm gleichzeitig verstärkt werden.
Tabelle 2 zeigt, dass bei Füllstoffpartikelgrößen jenseits
dieses Bereichs von 0,07 μm
und bei 3,5 μm
die Izod-Werte nicht zunehmen. Außerdem nahmen die Izod-Werte
mit dem unbeschichteten Albafil® nicht
zu.
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BEISPIELE 4 UND 5 UND
VERGLEICHSBEISPIELE K UND L
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Es
wurde das Polyoxymethylen-Homopolymer Delrin® 500P
in der gleichen Weise wie in den Beispielen 1 bis 3 mit der Ausnahme
verarbeitet, dass es sich bei dem Extruder um einen 30 mm-Doppelschneckenextruder
handelte. Der Biegemodul wurde nach dem Standard ASTM D790 bestimmt.
Für den
Izod-Test wurden lediglich die Mitten des Biegestabs verwendet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
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TABELLE
3: Polyoxymethylen-Homopolymer
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BEISPIELE 6 BIS 9 UND
VERGLEICHSBEISPIEL M UND N
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Es
wurden die Methoden von Beispiel 4 mit der Ausnahme eingesetzt,
dass das Harz ein kommerziell verfügbares Copolymer von Polyoxymethylen
war, in das 1 Mol% Ethylenoxid-repetierende Einheiten eingearbeitet
wurden. Das Harz war gekennzeichnet durch eine zahlengemittelte
relative Molekülmasse
von 28.300 Da und einer massegemittelten relativen Molekülmasse von
99.200 Da, ermittelt mit Hilfe der Gelpermeationschromatographie,
gefolgt von allgemeinen Prozeduren, wie sie im Standard ASTM D5296-92
ausgeführt
sind und in dem als Lösemittel
Hexafluorisopropanol eingesetzt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle
4 gezeigt.
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TABELLE
4: Polyacetal-Copolymer
