DE602004009912T2

DE602004009912T2 - Kratzfeste polypropylenzusammensetzung

Info

Publication number: DE602004009912T2
Application number: DE602004009912T
Authority: DE
Inventors: Corey S. Dublin MCENHILL; Bryan T. Hillard CERRA; Patty Galloway SCOTT; Kazuhiko Ichihara-shi Masuda; Youichi Kawai; Shigemi Piqua SAKUMOTO; Hiroyuki Tipp City TOSHINO
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Advanced Composites Inc
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Advanced Composites Inc
Priority date: 2003-05-05
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2024-04-28
Also published as: EP1620501A1; JP4960086B2; WO2004099303A1; US6967225B2; ATE377627T1; US20050154101A1; EP1620501A4; EP1620501B1; DE602004009912D1; JP2007526345A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf Polypropylenzusammensetzungen mit verbesserten kratzbeständigen Eigenschaften. Diese Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Polypropylenzusammensetzung, die ein Polypropylenharz, einen Ethylen-α-Olefin-Copolymer-Kautschuk, Talk, ein gepfropftes Polypropylenharz, ein ungesättigtes Fettsäureamid und ein kratzbeständiges Mittel enthält. Die Polypropylenzusammensetzung zeigt verbesserte Kratzbeständigkeit, insbesondere wenn sie bei spritzgegossenen Gegenständen verwendet wird, wie solche, die sich im Innenraum von Automobilen finden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Polypropylen ist in zahlreichen Anwendungen in Form von geformten Gegenständen, Film, Folie usw. verwendet worden, da es eine ausgezeichnete Formungsverarbeitbarkeit, Zähigkeit, Feuchtigkeitsbeständigkeit, Beständigkeit gegen Benzin, chemische Beständigkeit, eine niedrige Dichte hat und billig ist. Die Verwendung von Polypropylen weitet sich mit einer ansteigenden Rate auf den Gebieten der äußeren und inneren Automobilausstattungen und Gehäusen für elektrische Geräte aus und umfasst auch Haushaltsgegenstände und persönliche Gegenstände.
Polypropylen hat jedoch eine geringe oder unzureichende Wärmebeständigkeit, Steifheit, Kratzbeständigkeit und Schlagfestigkeit. Diese Mängel sind Hindernisse, um neue Anwendungen für Polypropylen zu eröffnen, insbesondere Anwendungen, die traditionell spritzgegossen worden sind. Um diese Nachteile, insbesondere die unzureichende Schlagfestigkeit, zu überwinden, ist Polypropylen mit einem kautschukartigen elastischen Material, wie Ethylen-Propylen-Copolymer-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer-Kautschuk oder Ethylen-Buten-Copolymer-Kautschuk, vermischt worden. So beschreibt z. B. die US-Patentschrift Nr. 5,391,618 niedrig kristalline Polypropylenpolymerzusammensetzungen, die ein Ethylen-α-Olefin-Copolymer enthalten. Darüber hinaus beschreibt die US-Patentschrift Nr. 5,576,374 Polypropylenpolymerzusammensetzungen mit einem im Wesentlichen linearen Ethylenpolymer. Ein anderes Beispiel, die US-Patentschrift Nr. 5,639,829 , beschreibt Propylenpolymerzusammensetzungen, die ein statistisches Copolymer aus Ethylen und 1-Buten enthalten.
Um eine gute Ausgewogenheit von Steifheit und Zähigkeit zu erzielen, verwendet die US-Patentschrift Nr. 6,300,419 Zusammensetzungen, die ein hoch kristallines Polypropylen, ein im Wesentlichen lineares Ethylenpolymer, einen Füllstoff, ein zusätzliches Polymer und ein Gleitmittel, wie ein ungesättigtes Fettsäureamid, enthalten. Die Kratzbeständigkeit, obwohl sie in diesen früheren Patentschriften angesprochen wird, ist noch nicht in einer ausreichenden Weise verbessert worden, um die derzeitige Nachfrage in der Automobilindustrie und anderen relevanten Industrien zu befriedigen. Demgemäß besteht ein Bedürfnis in der Technik für eine Polypropylenzusammensetzung, welche solche Nachteile überwindet, wobei ebenfalls ein überlegene Kratzbeständigkeit erreicht wird. Diese Erfindung erfüllt dieses Bedürfnis.
Die US-Patentschrift Nr. 6,403,692 beschreibt gefüllte thermoplastische Zusammensetzungen mit 49% Polypropylen, 25% im Wesentlichen linearem Ethylen/Octen-Copolymer, 24% Talk, 1,5% mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polypropylen und 0,3% Erucamid. Eine der Aufgaben der Zusammensetzung ist, die Kratzbeständigkeit zu verbessern.
Die US-Patentschrift Nr. 6,486,234 beschreibt EVA in einer Liste von schlagzähmachenden Modifiziermitteln für Harzzusammensetzungen.
Die US-Patentschrift Nr. 5,596,042 beschreibt thermoplastische Olefinelastomerzusammensetzungen mit vorteilhaften Eigenschaften, wie hohe Kratzbeständigkeit. Einige der Zusammensetzungen enthalten ein Mineralöl als Erweichungsmittel.
Patent Abstracts of Japan, Bd. 015, Nr. 138 (M-1100), vom 8. April 1991 beschreibt eine Bindungskomponente, die EVA und Polyurethanharz umfasst, um die Wärmebeständigkeit einer abrasiven Materialschicht zu erhöhen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1 bis 3 zeigen graphische Darstellungen, welche die Wirkung von verschiedenen Kombinationen von Komponenten in der Polypropylenzusammensetzung erläutern. In den 1 bis 3 entspricht der Zusatz B der Komponente (d) der Polypropylenzusammensetzung; der Zusatz D entspricht der Komponente (e) der Polypropylenzusammensetzung; und der Zusatz E entspricht der Komponente (f) der Polypropylenzusammensetzung. In den Zeichnungen
ist 1 ein Säulendiagramm, welches die Wirkungen der Zusätze D, B und E in verschiedenen Kombinationen erläutert;
ist 2 ein Liniendiagramm, welches den Gehalt des Zusatzes E auf die Kratzbeständigkeit einer Zusammensetzung erläutert; und
ist 3 ein Liniendiagramm, welches den Gehalt des Zusatzes E auf den Biegemodus einer Zusammensetzung erläutert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf Polypropylenzusammensetzungen, Verfahren zum Herstellen der Polypropylenzusammensetzungen und Verfahren zum Herstellen von geformten oder extrudierten Gegenständen aus der Polypropylenzusammensetzung.
Die Polypropylenzusammensetzungen enthalten (a) 60 bis 65 Gew.-% eines Polypropylenharzes, (b) 10 bis 15 Gew.-% eines Ethylen-α-Olefin-Copolymer-Kautschuks, (c) 20 bis 25 Gew.-% Talk, (d) 0,5 bis 3,0 Gew.-% eines gepfropften Polypropylenharzes, (e) 0,2 bis 0,5 Gew.-% eines ungesättigten Fettsäureamids und (f) 0,2 bis 0,5 Gew.-% kratzbeständiges Mittel, sämtliche Komponenten bezogen auf das Gewicht der Polypropylenzusammensetzung. Das kratzbeständige Mittel enthält 30 bis 50 Gew.-% eines Ethylen-Vinylacetats und 50 bis 70 Gew.-% eines aliphatischen Erdölharzes, bezogen auf das Gewicht des kratzbeständigen Mittels.
In einem anderen Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen der vorstehend beschriebenen Polypropylenzusammensetzung. In einem weiteren Aspekt beinhaltet die Erfindung ein Verfahren zum Formen oder Extrudieren der vorstehend beschriebenen Polypropylenzusammensetzung. In einem noch anderen Aspekt umfasst die Erfindung geformte oder extrudierte Gegenstände aus der vorstehend beschriebenen Polypropylenzusammensetzung. Die Polypropylenzusammensetzungen der Erfindung sind insbesondere bei der Herstellung von geformten Gegenständen verwendbar, die eine überlegene Kratzbeständigkeit erfordern. Solche Eigenschaften sind insbesondere für äußere und innere Automobilteile, für Gehäuse und Abdeckungen von elektrischen Geräten, anderen Haushaltsgegenständen und persönlichen Gegenständen, Rasen- und Gartenmöbel und Bau- und Konstruktionsfolien erwünscht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Diese Erfindung ist auf eine Polypropylenzusammensetzung gerichtet, worin die Polypropylenzusammensetzung enthält: (a) 60 bis 65 Gew.-% eines Polypropylenharzes, (b) 10 bis 15 Gew.-% eines Ethylen-α-Olefin-Copolymer-Kautschuks, (c) 20 bis 25 Gew.-% Talk, (d) 0,5 bis 3,0 Gew.-% eines gepfropften Polypropylenharzes, (e) 0,2 bis 0,5 Gew.-% eines ungesättigten Fettsäureamids und (f) 0,2 bis 0,5 Gew.-% kratzbeständiges Mittel, sämtliche Komponenten bezogen auf das Gewicht der Polypropylenzusammensetzung. Das kratzbeständige Mittel enthält 30 bis 50 Gew.-% eines Ethylen-Vinylacetats und 50 bis 70 Gew.-% eines aliphatischen Erdölharzes, bezogen auf das Gewicht des kratzbeständigen Mittels.
Die Komponente (a) in der Polypropylenzusammensetzung ist ein Polypropylenharz. Das Polypropylenharz macht bevorzugt 60 bis 65 Gew.-% der Polypropylenzusammensetzung aus. Geeignete Polypropylenharze sind in der Literatur bekannt und können durch bekannte Techniken hergestellt werden. Das Polypropylenharz ist bevorzugt ein hoch kristallines Polypropylenharz in isotaktischer Form, obwohl andere Formen ebenfalls verwendet werden können (z. B. syndiotaktisch oder ataktisch). Zusätzlich ist das Polypropylenharz bevorzugt ein Homopolymer von Polypropylen oder ein Copolymer, z. B. ein statistisches oder Blockcopolymer, von Propylen und einem oder mehreren α-Olefin-Comonomeren, bevorzugt ein C₂- oder C₄- bis C₂₀-α-Olefin das α-Olefin sollte in dem Polypropylenharz in einer Menge von nicht mehr als 20 mol%, bevorzugt nicht mehr als 15 mol%, noch bevorzugter nicht mehr als 10 mol% und am bevorzugtesten nicht mehr als 5 mol% vorhanden sein.
Beispiele der C₂- und C₄- bis C₂₀-α-Olefine umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Ethylen, 1-Buten, 1-Penten, 1-Hexen, 1-Hepten, 1-Octen, 1-Decen, 1-Dodecen, 1-Hexadodecen, 4-Methyl-1-penten, 2-Methyl-1-buten, 3-Methyl-1-buten, 3,3-Dimethyl-1-buten, Diethyl-1-buten, Trimethyl-1-buten, 3-Methyl-1-penten, Ethyl-1-penten, Propyl-1-penten, Dimethyl-1-penten, Methylethyl-1-penten, Diethyl-1-hexen, Trimethyl-1-penten, 3-Methyl-1-hexen, Dimethyl-1-hexen, 3,5,5-Trimethyl-1-hexen, Methylethyl-1-hepten, Trimethyl-1-hepten, Dimethylocten, Ethyl-1-octen, Methyl-1-nonen, Vinylcyclopenten, Vinylcyclohexen und Vinylnorbornen. Wie aus dieser beispielhaften Liste ersehen werden kann, können die α-Olefine verzweigt sein. Wo die Alkylverzweigungsposition nicht angegeben ist, befindet sie sich gewöhnlich an der Position 3 oder höher des Alkens.
Das Polypropylenharz kann durch verschiedene Verfahren, z. B. in einer einzigen Stufe oder mehreren Stufen, durch ein solches Polymerisationsverfahren, wie Aufschlämmungspolymerisation, Gasphasenpolymerisation, Polymerisation in Masse, Lösungspolymerisation oder eine Kombination davon, hergestellt werden. Die Herstellung des Polypropylenharzes kann auch die Verwendung eines Katalysators umfassen, der dem Fachmann bekannt ist, wie ein Metallocen-Katalysator oder ein Ziegler-Natta-Katalysator.
Die Komponente (b) der Polypropylenzusammensetzung ist ein Ethylen-α-Olefin-Copolymer-Kautschuk. Der Ethylen-α-Olefin-Copolymer-Kautschuk macht bevorzugt 10 bis 15 Gew.-% der Polypropylenzusammensetzung aus.
Ethylen-α-Olefin-Copolymer-Kautschuke können unter Verwendung von Katalysatoren auf Basis von Titan, Metallocen oder Vanadium hergestellt werden, die in einfacher Weise α-Olefin-Copolymere mit hohem Molekulargewicht unter typischen Verfahrensbedingungen polymerisieren können. Bevorzugt wird ein Metallocen-Katalysator oder Titanchlorid verwendet.
Die Ethylen-α-Olefin-Copolymer-Kautschuke enthalten gewöhnlich zwischen 50 bis 95 Gew.-% Ethylen und 5 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 25 Gew.-%, wenigstens eines α-Olefin-Comonomers. Typischerweise sind die Ethylen-α-Olefin-Copolymer-Kautschuke Copolymere von Ethylen und einem oder mehreren C₃- bis C₂₀-α-Olefinen, bevorzugt Copolymere von Ethylen und einem oder mehreren C₃- bis C₁₀-α-Olefin-Comonomeren und bevorzugter Copolymere von Ethylen und einem oder mehreren Comonomeren, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Propylen, 1-Buten, 1-Hexen, 4-Methyl-1-penten und 1-Octen. Am bevorzugtesten sind die Copolymere Ethylen- und Propylencopolymere.
Wenn die Polypropylenzusammensetzungen für Automobilteile verwendet werden, sollten bevorzugt C₄- bis C₈-α-Olefine in dem Ethylen-α-Olefin-Copolymer-Kautschuk verwendet werden. Bevorzugt ist eine Zusammensetzung, die Ethylen-Octen-Copolymer-Kautschuk verwendet.
Wenn Propylen als α-Olefin verwendet wird, beträgt der Propylengehalt des Kautschuks 33 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kautschuks. Geeignete Ethylen-Propylen-Copolymer-Kautschuke sind von industriellen Lieferanten erhältlich.
Die Dichte der Ethylen-α-Olefin-Copolymer-Kautschuke ist gewöhnlich gleich oder größer als 0,850 g/cm³ und bevorzugt gleich oder größer als 0,860 g/cm³. Die Dichte ist ebenfalls gewöhnlich kleiner als oder gleich 0,935 g/cm³ und bevorzugt kleiner als oder gleich 0,900 g/cm³. Bevorzugter liegt die Dichte des Ethylen-α-Olefin-Copolymer-Kautschuks in dem Bereich von 0,855 g/cm³ bis 0,885 g/cm³, bevorzugt von 0,860 g/cm³ bis 0,880 g/cm³, am bevorzugtesten von 0,861 g/cm³ bis 0,863 g/cm³.
Der Schmelzfließindex der Ethylen-α-Olefin-Copolymer-Kautschuke liegt gewöhnlich in dem Bereich von 0,5 bis 15 g/10 min, gemessen bei 230°C unter einer Last von 2,16 kg. Bevorzugt liegt der Schmelzfließindex in dem Bereich von weniger als 8 g/10 min, bevorzugter weniger als 6 g/10 min und insbesondere bevorzugt weniger als 3 g/10 min.
Die Molekulargewichtsverteilung (M_w/M_n der Ethylen-α-Olefin-Copolymer-Kautschuke, worin M_w das Molekulargewicht-Gewichtsmittel und M_n das Molekulargewicht-Zahlenmittel ist, beträgt bevorzugt wenigstens 1,5 und weniger als oder gleich 3,5 und beträgt bevorzugter wenigstens 1,5 und weniger als oder gleich 2,0.
Die Komponente (c) der Polypropylenzusammensetzung ist Talk. Der Talk macht bevorzugt 20 bis 25 Gew.-% der Polypropylenzusammensetzung aus. Talke sind allgemein bekannte Füllstoffe für zahlreiche polymere Harze. Es kann jeder im Handel erhältliche Talk verwendet werden.
Bevor der Talk zu der Polypropylenzusammensetzung zugesetzt wird, kann er mit verschiedenen Oberflächenbehandlungsmitteln, wie organische Titanat-Kupplungsmittel, Silan-Kupplungsmittel, Fettsäuren, Metallsalze von Fettsäuren und Fettsäureestern, behandelt werden. Der Talk kann zu der Polypropylenzusammensetzung auch ohne Oberflächenbehandlungen zugesetzt werden.
Die Teilchengröße des Talks sollte klein genug sein, um der Polypropylenzusammensetzung eine ausreichende mechanische Festigkeit zu verleihen, aber nicht so groß, dass der Talk koaguliert, was eine niedrigere Schlagfestigkeit hervorruft. Der Talk hat gewöhnlich einen mittleren Teilchendurchmesser von weniger als oder gleich 10 μm, bevorzugt von weniger als oder gleich 3 μm, bevorzugter von weniger als oder gleich 2 μm und am bevorzugtesten von 1 bis 2 μm. Der mittlere Teilchendurchmesser kann nach in der Technik bekannten Verfahren gemessen werden; so kann der Talk z. B. (a) in einer Zentrifuge verarbeitet und (b) aus optischen Teilchengrößenverteilungen unter Verwendung des Zentrifugeabsetzverfahrens analysiert werden.
Die Komponente (d) der Polypropylenzusammensetzung ist ein gepfropftes Polypropylenharz. Das gepfropfte Polypropylenharz macht bevorzugt 0,5 bis 3,0 Gew.-% der Polypropylenzusammensetzung aus.
Eine bevorzugte Pfropfmodifikation des Polypropylens wird mit irgendeiner ungesättigten organischen Verbindung erreicht, die zusätzlich zu wenigstens einer ethylenischen Unsättigung (z. B. wenigstens eine Doppelbindung) wenigstens eine Carbonylgruppe (--C=O) enthält und die auf ein Polypropylenharz pfropft. Repräsentativ für ungesättigte organische Verbindungen, die wenigstens eine Carbonylgruppe enthalten, sind die Carbonsäuren, Anhydride, Ester und ihre Salze, sowohl metallisch als auch nicht-metallisch. Bevorzugt enthält die organische Verbindung eine ethylenische Unsättigung, die mit einer Carbonylgruppe konjugiert ist. Repräsentative Verbindungen umfassen Malein-, Fumar-, Acryl-, Methacryl-, Itacon-, Croton-, α-Methylcroton- und Zimtsäure und ihre Anhydrid-, Ester- und Salzderivate, falls solche existieren. Maleinsäueanhydrid ist die bevorzugte ungesättigte organische Verbindung, wodurch mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polypropylenharz das bevorzugte gepfropfte Polypropylenharz ist. Allgemeine Information betreffend die Herstellung und Verwendung von mit Maleinsäueanhydrid gepfropftem Polypropylen wird in der Dissertation "Miscibility Improvement in PP and EPDM Elends via Introducing Specific Interaction" von Cho et al., Pusan National University wiedergegeben und ist auf der Website des Korean Institute of Rubber Industry unter http://www.rubber.or.kr/english/thesis/thesis6.htm erhältlich.
Die ungesättigte organische Verbindung kann mittels jeder bekannten Technik auf das Polypropylen gepfropft werden. So kann z. B. Polypropylen in einen Zweiwalzenmischer eingeführt und bei einer Temperatur von z. B. 60°C gemischt werden. Die ungesättigte organische Verbindung kann dann zusammen mit einem optionalen Radikalinitiator, wie z. B. Benzoylperoxid, zugesetzt werden. Die Verbindungen können dann bei z. B. 30°C gemischt werden, bis das Pfropfen vollständig ist. Wenn eine höhere Reaktionstemperatur verwendet wird, z. B. 210°C bis 300°C, ist gewöhnlich ein Radikalinitiator nicht notwendig.
Die Komponente (e) der Polypropylenzusammensetzung ist ein ungesättigtes Fettsäureamid, welches als Gleitmittel wirkt. Das ungesättigte Fettsäureamid macht bevorzugt 0,2 bis 0,5 Gew.-% der Polypropylenzusammensetzung aus.
Die ungesättigten Fettsäureamide entsprechen gewöhnlich der empirischen Formel R²C(O)NHR³, worin R² eine ungesättigte Alkylgruppe mit 10 Kohlenstoffatomen bis 26 Kohlenstoffatomen ist, und R³ unabhängig Wasserstoff oder eine ungesättigte Alkylgruppe mit 10 Kohlenstoffatomen bis 26 Kohlenstoffatomen ist. Repräsentative ungesättigte Fettsäureamide umfassen Oleamid, Erucamid, Linoleamid und Mischungen davon. Bevorzugt ist das ungesättigte Fettsäureamid Erucamid, ein ungesättigtes Fettsäureamid der Formel C₂₁H₄₁CONH₂.
Die Komponente (f) der Polypropylenzusammensetzung ist ein kratzbeständiges Mittel. Das kratzbeständige Mittel verleiht der Polymerzusammensetzung überlegene kratzbeständige Eigenschaften. Das kratzbeständige Mittel macht bevorzugt 0,2 bis 0,5 Gew.-% der Polypropylenzusammensetzung aus.
Das kratzbeständige Mittel enthält bevorzugt 30 bis 50 Gew.-% Ethylen-Vinylacetat, bezogen auf das Gewicht des kratzbeständigen Mittels, und 50 bis 70 Gew.-% eines aliphatischen Erdölharzes, bezogen auf das Gewicht des kratzbeständigen Mittels; bevorzugter enthält das kratzbeständige Mittel 35 bis 45 Gew.-% Ethylen-Vinylacetat und 55 bis 65 Gew.-% eines aliphatischen Erdölharzes; und am bevorzugtesten enthält das kratzbeständige Mittel 40 Gew.-% Ethylen-Vinylacetat und 60 Gew.-% eines aliphatischen Erdölharzes.
Als die vorstehend beschriebene Komponente des kratzbeständigen Mittels kann jedes im Handel erhältliche Ethylen-Vinylacetat verwendet werden. Das Ethylen-Vinylacetat hat bevorzugt ein Molekulargewicht von weniger als 30000, bevorzugter weniger als 25000 und am bevorzugtesten 22000 oder weniger. Das Molekulargewicht des Ethylen-Vinylacetats kann durch in der Technik bekannte Techniken gemessen werden. Das Ethylen-Vinylacetat enthält auch bevorzugt weniger als 5 mol% Vinylacetat, bevorzugter weniger als 3 mol% und am bevorzugtesten 2 mol% oder weniger, bezogen auf die Gesamtmolzahl des Ethylen-Vinylacetats.
Als die vorstehend beschriebene Komponente des kratzbeständigen Mittels kann jedes aliphatische Erdölharz, das dem Fachmann bekannt ist, verwendet werden. Das aliphati sche Erdölharz enthält bevorzugt geradkettige aliphatische C₄- bis C₅-Kohlenwasserstoffe in dem Erdölharz. In einer bevorzugteren Ausführungsform enthält das Erdölharz nur geradkettige aliphatische C₄- bis C₅-Kohlenwasserstoffe.
Wie vorstehend ausgeführt, weisen die Polypropylenzusammensetzungen ausgezeichnete kratzbeständige Eigenschaften auf. Als solche bezieht sich ein Aspekt dieser Erfindung auf eine Polypropylenzusammensetzung, die Polypropylen, einen Ethylen-α-Olefin-Copolymer-Kautschuk, Talk, ein gepfropftes Polypropylenharz, ein ungesättigtes Fettsäureamid und eine ausreichende Menge eines kratzbeständigen Mittels enthält, das (1) Ethylen-Vinylacetat, enthaltend weniger als 5 mol% Vinylacetat und mit einem Molekulargewicht von weniger als 25000, und (2) ein geradkettiges aliphatisches C₄- bis C₅-Erdölharz enthält. Die Polypropylenzusammensetzung weist verbesserte kratzbeständige Eigenschaften auf.
Die Wirkungen der Komponente (f) und anderer Komponenten auf verschiedene physikalische Eigenschaften und Charakteristiken der Polypropylenzusammensetzung sind in den 1 bis 3 erläutert. 1 erläutert, dass mehr als 2,0% der Komponente (d) eine Polypropylen-Formulierung ergeben kann, die weniger als erwünschte Tigerstreifeneigenschaften hat; dass mehr als 0,5% der Komponente (e) eine Polypropylen-Formulierung ergeben kann, die weniger als erwünschte Trübungscharakteristiken hat; und dass mehr als 0,5% der Komponente (f) eine Polypropylen-Formulierung ergeben kann, die weniger als erwünschte Biegemoduleigenschaften hat. Die 2 und 3 erläutern die Wirkung von verschiedenen Mengen der Komponente (f) in einer Polypropylenzusammensetzung, welche die Komponenten (d) und (e) enthält, auf die Eigenschaften der Kratzbeständigkeit bzw. des Biegemoduls.
Die Kratzbeständigkeit kann durch verschiedene Prüfungen und Skalen bestimmt werden, die dem Fachmann bekannt sind. Ein solche Skala ist als die Taber-Skala bekannt. Die Taber-Kratzprüfung unterwirft das Prüfmaterial einer Last von 0 bis 1,0 kg auf einer Drehscheibe, die sich mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 1,0 Upm dreht und eine 5 mm breite Carbidspitze bei 58° verwendet. Die Beständigkeit des Materials wird auf einer Fünfpunkte-Bewertungsskala bewertet. Auf der Taber-Skala ist die Polypropylenzusammensetzung in der Lage, eine Kratzbeständigkeit von gleich oder größer als 800 g zu zeigen.
Eine andere bekannte Prüfung zum Bestimmen der Kratzbeständigkeit ist die Fünffinger-Prüfung. Bei der Fünffinger-Prüfung ist die Polypropylenzusammensetzung in der Lage, eine Kratzbeständigkeit von gleich oder größer als 15 N zu zeigen. Die Fünffinger-Prüfung wird mit einem Lastbereich von 60 g bis 2,0 kg bei einer Drehscheibengeschwindigkeit von 100 mm/s durchgeführt. Die Prüfspitze ist nicht rostender Stahl mit einem Radius von 0,5 mm. Die Bewertungskriterien sind die Kratzausbreitung und die Beständigkeit gegen Weißwerden in Newton. Diese Kratzbeständigkeit kann abhängig von der Farbe des zu prüfenden Materials ansteigen. So haben z. B. schwarz oder dunkel gefärbte Polypropylenzusammensetzungen eine Kratzbeständigkeit größer als 20 N gezeigt. Für heller gefärbte Polypropylenzusammensetzungen, wie solche, die heller gefärbte Pigmente, wie Titanoxidpigmente, enthalten, wurde jedoch eine niedrigere Kratzbeständigkeit festgestellt, gewöhnlich in dem Bereich von 15 bis 17 N.
Die Polypropylenzusammensetzung kann auch ein zusätzliches Polymer enthalten, das ein von den vorstehenden Komponenten (a) bis (f) verschiedenes Harz ist. Bevorzugte zusätzliche Polymere sind Polyethylen, bevorzugt Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) und Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polystyrol, Polycyclohexylethan, Polyester, wie Polyethylenterephthalat, Ethylen/Styrol-Interpolymere, syndiotaktisches PP, syndiotaktisches PS, Ethylen/Propylen-Copolymere, EPDM und Mischungen davon. Falls vorhanden, kann das zusätzliche Polymer in Mengen von wenigstens 1 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 3 Gew.-%, bevorzugter wenigstens 5 Gew.-%, noch bevorzugter wenigstens 7 Gew.-% und am bevorzugtesten wenigstens 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Polypropylenzusammensetzung, verwendet werden.
Die Polypropylenzusammensetzungen können auch optional einen oder mehrere Zusätze enthalten, die gewöhnlich in Polypropylenzusammensetzungen verwendet werden. Repräsentative Zusätze umfassen, sind aber nicht beschränkt auf zündbeständige Zusätze, Stabilisatoren, wie Antioxidanzien und Fotostabilisatoren, Färbemittel, Pigmente, Antioxidanzien, antistatische Mittel, Dispergiermittel, Fließverstärker, Entformungsmittel, wie Metallstearate (z. B. Calciumstearat, Magnesiumstearat), Kupferinhibitoren und Keimbildungsmittel einschließlich Klärmittel. Bevorzugte Zusätze umfassen zündbeständige Zusätze, wie halogenierte Kohlenwasserstoffe, halogenierte Carbonatoligomere, halogenierte Diglycidylether, Organophosphorverbindungen, fluorierte Olefine, Antimonoxid und Metallsalze von aromatischem Schwefel und Mischungen davon. Andere bevorzugte Zusätze umfassen Verbindungen, welche die Polypropylenzusammensetzung gegen durch Wärme, Licht und/oder Sauerstoff hervorgerufenen Abbau stabilisieren.
Falls verwendet, können solche Zusätze in einer Menge in dem Bereich von 0,01 bis 25 Gew.-%, bevorzugt von 0,1 bis 20 Gew.-%, bevorzugter von 1 bis 15 Gew.-%, bevorzugter von 2 bis 12 Gew.-% und am bevorzugtesten von 5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polypropylenzusammensetzung, vorhanden sein.
Eine andere Ausführungsform dieser Erfindung bezieht sich auf die Herstellung einer Polypropylenzusammensetzung. Ein Verfahren zum Herstellen einer Polypropylenzusammensetzung umfasst den Schritt des Vereinigens von (a) 60 bis 65 Gew.-% eines Polypropylenharzes, (b) 10 bis 15 Gew.-% eines Ethylen-α-Olefin-Copolymer-Kautschuks, (c) 20 bis 25 Gew.-% Talk, (d) 0,5 bis 3,0 Gew.-% eines gepfropften Polypropylenharzes, (e) 0,2 bis 0,5 Gew.-% eines ungesättigten Fettsäureamids und (f) 0,2 bis 0,5 Gew.-% kratzbeständiges Mittel, sämtliche Komponenten bezogen auf das Gewicht der Polypropylenzusammensetzung. Das kratzbeständige Mittel enthält 30 bis 50 Gew.-% eines Ethylen-Vinylacetats und 50 bis 70 Gew.-% eines aliphatischen Erdölharzes, bezogen auf das Gewicht des kratzbeständigen Mittels.
Die Herstellung der Polypropylenzusammensetzungen dieser Erfindung kann durch jeden geeigneten in der Technik bekannten Mischvorgang durchgeführt werden. Der Mischschritt sollte wenigstens minimal die Komponenten miteinander dispergieren. Die Komponenten können in einem Einschrittverfahren oder einem Mehrschrittverfahren miteinander vermischt werden. In dem Einschrittverfahren werden sämtliche Komponenten gleichzeitig miteinander vermischt. In dem Mehrschrittverfahren werden zwei oder mehr Komponenten zur Bildung einer ersten Mischung miteinander vermischt, und dann werden eine oder mehrere der verbleibenden Komponenten mit der ersten Mischung vermischt. Falls noch eine oder mehrere Komponenten zurückbleiben, können diese Komponenten in nachfolgenden Mischschritten eingemischt werden. Bevorzugt werden sämtliche Komponenten in einem einzigen Schritt vermischt.
Darüber hinaus kann die Polypropylenzusammensetzung durch Trockenmischen der einzelnen Komponenten und anschließendes Schmelzmischen, entweder direkt in dem zur Herstellung des Endgegenstands (z. B. ein Automobilteil) verwendeten Extruders oder durch Vormischen in einem getrennten Extruder (z. B. ein Banbury-Mischer) hergestellt werden. Trockene Mischungen der Zusammensetzung können auch direkt ohne Vorschmelzmischen spritzgegossen werden.
Bestimme Portionen der Komponenten können auch in verschiedenen Schritten für eine verbesserte Leistung vermischt werden. So können z. B. das Polypropylenharz, der Ethylen-α-Olefin-Copolymer-Kautschuk und das gepfropfte Polypropylenharz zur Bildung einer ersten Mischung vermischt werden. Diese Harzmischung kann dann mit dem Talk, der ungesättigten Fettsäure, dem kratzbeständigen Mittel, und, falls vorhanden, zusätzlichen Komponenten zur Bildung einer zweiten Mischung vermischt werden. Wie vorstehend diskutiert, sind dem Fachmann andere Mischtechniken bekannt und können verwendet werden.
Eine andere Ausführungsform dieser Erfindung bezieht sich auf ein Zweischrittverfahren zum Herstellen eines geformten oder extrudierten Gegenstands aus einer Polypropylenzusammensetzung. Der erste Schritt umfasst das Herstellen einer Polypropylenzusammensetzung, enthaltend (a) 60 bis 65 Gew.-% eines Polypropylenharzes, (b) 10 bis 15 Gew.-% eines Ethylen-α-Olefin-Copolymer-Kautschuks, (c) 20 bis 25 Gew.-% Talk, (d) 0,5 bis 3,0 Gew.-% eines gepfropften Polypropylenharzes, (e) 0,2 bis 0,5 Gew.-% eines ungesättigten Fettsäureamids und (f) 0,2 bis 0,5 Gew.-% kratzbeständiges Mittel, sämtliche Komponenten bezogen auf das Gewicht der Polypropylenzusammensetzung. Das kratzbeständige Mittel enthält 30 bis 50 Gew.-% eines Ethylen-Vinylacetats und 50 bis 70 Gew.-% eines aliphatischen Erdölharzes, bezogen auf das Gewicht des kratzbeständigen Mittels. Der zweite Schritt in diesem Verfahren umfasst das Formen oder Extrudierten der Polypropylenzusammensetzung zu einem geformten oder extrudierten Gegenstand.
Wenn die Polypropylenzusammensetzungen durch die Anwendung von Wärme erweicht oder geschmolzen sind, können sie unter Verwendung üblicher in der Technik bekannter Techniken, wie Formpressen, Spritzgießen, gasunterstütztes Spritzgießen, Gießformen, Folienformen, Rotationsformen, Laminatformen, Kalandern, Vakuumformen, Warmformen und Extrusion, geformt werden. Die Formungstechniken können allein oder in Kombination verwendet werden. Bevorzugt wird die thermoplastische Harzzusammensetzung durch Spritzgießen geformt.
Für ein typisches Spritzgießverfahren liegt die bevorzugte Spritzzylindertemperatur in dem Bereich von 210°C (410°F) bis 190°C (375°F) (für schwieriger zu füllende Teile können die Temperaturen erhöht werden), wobei die niedrigeren Temperaturen in den rückwärtigen Zonen liegen, was ein Durchlüften durch den Trichter erlaubt. Die bevorzugte Schmelztemperatur hat eine Maximumtemperatur mit einem Handpyrometer in dem Bereich von 190°C (380°F) bis 230°C (440°F), während die Formtemperatur typischerweise in dem Bereich von 25°C (80°F) bis 40°C (100°F) liegt. Der Spritzdruck liegt bevorzugt in dem Bereich von 50 bis 60% der Maschinenkapazität, aber der Druck sollte ausreichend sein, um die Form ohne Verzögerung oder Schwimmhaut zu füllen. Die Haltedruckeinstellung sollte niedriger sein als der Ladedruck mit einer minimalen Zeit, um ein übermäßiges Verdichten des Teils zu verhindern. Es ist bevorzugt, eine langsame bis mittlere Spritzgeschwindigkeit zu verwenden, um übermäßiges Scheren des Materials zu verhindern. Das Spritzgießverfahren hält bevorzugt ein Kissen von 10 bis 20 mm aufrecht, um genug Material für konsistente Teile bereitzustellen. Eine Entspannung wird bevorzugt nur verwendet, wenn sie notwendig ist, um ein Sabbern der Düse zu verhindern. Was die Schraubengeschwindigkeit (Upm) betrifft, so sollte die Schraube 1 bis 2 Sekunden stoppen, bevor sich die Form öffnet – eine niedrigere Upm ist bevorzugt für das Vermischen und für eine gleichmäßige Schmelztemperatur. Nachdem das Spritzgießen vollständig ist, wird der geformte Gegenstand für ein Minimum für zwei Stunden bei 100°C (212°F) getrocknet.
Die thermoplastische Harzzusammensetzung kann zu jeder Form geformt werden. Beispiele der geformten oder extrudierten Gegenstände umfassen innere und äußere Automobilausstattungen, z. B. Stoßstangenträger, Stoßstangenbänder, Stützen, Instrumententafeln und Ähnliches; Gehäuse und Abdeckungen für elektrische Geräte; als auch andere Haushaltsgegenstände und persönliche Gegenstände einschließlich z. B. Instrumentengehäuse, Haushaltsgeräte, Gefrierbehälter und Kisten, Rasen- und Gartenmöbel; und Bau- und Konstruktionsfolie. Bevorzugt wird die Polypropylenzusammensetzung zu Teilen geformt, die im Inneren eines Automobils verwendet werden können, wie eine Konsole, eine Lenksäulenabdeckung, eine untere Abdeckung für den Fahrer, eine untere Säulenabdeckung, eine obere Säulenabdeckung, eine Abdeckung für die rechte Seite, eine Abdeckung für die linke Seite, eine untere Mittelabdeckung, eine untere Mittelverkleidung, eine Entfrosterrohrleitung, ein Handschuhfach, ein Rohrauslass und eine untere hintere Heckklappe. Fast sämtliche Automobilkunststoffteile für den Innenraum können aus der Polypropylenzusammensetzung hergestellt werden oder diese enthalten, um dadurch die Teile mit Gleitfähigkeit und einem niedrigen Reibungskoeffizient zu versehen.

Claims

Polypropylenzusammensetzung, umfassend: a. 60 bis 65 Gew.-% eines Polypropylenharzes, bezogen auf das Gewicht der Polypropylenzusammensetzung, b. 10 bis 15 Gew.-% eines Ethylen-α-Olefin-Copolymer-Kautschuks, bezogen auf das Gewicht der Polypropylenzusammensetzung, c. 20 bis 25 Gew.-% Talk, bezogen auf das Gewicht der Polypropylenzusammensetzung, d. 0,5 bis 3,0 Gew.-% eines gepfropften Polypropylenharzes, bezogen auf das Gewicht der Polypropylenzusammensetzung, e. 0,2 bis 0,5 Gew.-% eines ungesättigten Fettsäureamids, bezogen auf das Gewicht der Polypropylenzusammensetzung, und f. 0,2 bis 0,5 Gew.-% eines kratzbeständigen Mittels, bezogen auf das Gewicht der Polypropylenzusammensetzung, wobei das kratzbeständige Mittel umfasst: i. 30 bis 50 Gew.-% eines Ethylenvinylacetats, bezogen auf das Gewicht des kratzbeständigen Mittels, und ii. 50 bis 70 Gew.-% eines aliphatischen Erdölharzes, bezogen auf das Gewicht des kratzbeständigen Mittels.
Polypropylenzusammensetzung nach Anspruch 1, worin wenigstens ein α-Olefin des Ethylen-α-Olefin-Copolymer-Kautschuks ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Propylen, 1-Buten, 1-Hexen, 4-Methylpenten und 1-Octen.
Polypropylenzusammensetzung nach Anspruch 2, worin der Ethylen-α-Olefin-Copolymer-Kautschuk ein Ethylen-Propylen-Copolymer-Kautschuk ist.
Polypropylenzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Talk einen mittleren Durchmesser von weniger als oder gleich 3 Mikron hat.
Polypropylenzusammensetzung nach Anspruch 4, worin der Talk einen mittleren Durchmesser von 1 bis 2 Mikron hat.
Polypropylenzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das gepfropfte Polypropylenharz ein Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Polypropylenharz ist.
Polypropylenzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das ungesättigte Fettsäureamid ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Oleamid, Erucamid, Linolamid und Mischungen davon.
Polypropylenzusammensetzung nach Anspruch 7, worin das ungesättigte Fettsäureamid Erucamid ist.
Polypropylenzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Ethylenvinylacetat ein Molekulargewicht von weniger als 25000 hat.
Polypropylenzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Ethylenvinylacetat weniger als 5 mol% Vinylacetat enthält.
Polypropylenzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das aliphatische Erdölharz geradkettige aliphatische C₄-C₅-Kohlenwasserstoffe enthält.
Polypropylenzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Ethylen-α-Olefin-Copolymer-Kautschuk ein Ethylen-Propylen-Copolymer-Kautschuk ist, das gepfropfte Polypropylenharz Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Polypropylenharz ist, das ungesättigte Fettsäureamid Erucamid ist, das Ethylenvinylacetat weniger als 5 mol% Vinylacetat enthält und ein Molekulargewicht von weniger als 25000 hat, und das aliphatische Erdölharz ein geradkettiges aliphatisches C₄-C₅-Erdölharz ist.
Polypropylenzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Polypropylenzusammensetzung eine Kratzbeständigkeit von 800 g oder größer auf der Taber-Skala aufweist.
Polypropylenzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Polypropylenzusammensetzung eine Kratzbeständigkeit von 15 N oder größer bei der Fünffinger-Prüfung aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Polypropylenzusammensetzung, umfassend den Schritt des Vereinigens von: a. 60 bis 65 Gew.-% eines Polypropylenharzes, bezogen auf das Gewicht der Polypropylenzusammensetzung, b. 10 bis 15 Gew.-% eines Ethylen-α-Olefin-Copolymer-Kautschuks, bezogen auf das Gewicht der Polypropylenzusammensetzung, c. 20 bis 25 Gew.-% Talk, bezogen auf das Gewicht der Polypropylenzusammensetzung, d. 0,5 bis 3,0 Gew.-% eines gepfropften Polypropylenharzes, bezogen auf das Gewicht der Polypropylenzusammensetzung, e. 0,2 bis 0,5 Gew.-% eines ungesättigten Fettsäureamids, bezogen auf das Gewicht der Polypropylenzusammensetzung, und f. 0,2 bis 0,5 Gew.-% eines kratzbeständigen Mittels, bezogen auf das Gewicht der Polypropylenzusammensetzung, wobei das kratzbeständige Mittel umfasst: i. 30 bis 50 Gew.-% eines Ethylenvinylacetats, bezogen auf das Gewicht des kratzbeständigen Mittels, und ii. 50 bis 70 Gew.-% eines aliphatischen Erdölharzes, bezogen auf das Gewicht des kratzbeständigen Mittels.
Verfahren zum Herstellen eines geformten oder extrudierten Gegenstands aus einer Polypropylenzusammensetzung, umfassend die Schritte: a. Herstellen einer Polypropylenzusammensetzung gemäß Anspruch 1 und b. Formen oder Extrudieren der Polypropylenzusammensetzung zu einem geformten oder extrudierten Gegenstand.
Verfahren nach Anspruch 16, worin der geformte oder extrudierte Gegenstand ein Innenteil eines Automobils ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Konsole, einer Lenksäulenabdeckung, einer unteren Abdeckung für den Fahrer, einer unteren Säulenabdeckung, einer oberen Säulenabdeckung, einer Abdeckung für die rechte Seite, einer Abdeckung für die linke Seite, einer unteren Mittelabdeckung, einer unteren Mittelverkleidung, einer Entfrosterrohrleitung, einem Handschuhfach, einem Rohrauslass und einer unteren hinteren Heckklappe.
Geformter oder extrudierter Gegenstand, umfassend die Zusammensetzung nach Anspruch 1.
Geformter oder extrudierter Gegenstand, umfassend die Zusammensetzung nach Anspruch 12.
Geformter oder extrudierter Gegenstand nach Anspruch 18, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Konsole, einer Lenksäulenabdeckung, einer unteren Abdeckung für den Fahrer, einer unteren Säulenabdeckung, einer oberen Säulenabdeckung, einer Abdeckung für die rechte Seite, einer Abdeckung für die linke Seite, einer unteren Mittelabdeckung, einer unteren Mittelverkleidung, einer Entfrosterrohrleitung, einem Handschuhfach, einem Rohrauslass und einer unteren hinteren Heckklappe.