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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
thermoplastischen Harzzusammensetzung, welche hinsichtlich ihrer
mechanischen Eigenschaften, Formbarkeit, Lösemittelbeständigkeit, geringen
Wasseraufnahmefähigkeit
und Dimensionsstabilität
hervorragend ist und gleichzeitig eine geringe relative Dichte aufweist
(leichtgewichtig ist) und eine überragende
Verarbeitbarkeit in Formwerkzeugen zeigt. Diese Harzzusammensetzung
wird als Material für
Kraftfahrzeugteile oder Elektro- oder Elektronikteile verwendet.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Wegen
ihrer Festigkeit und hohen Steifigkeit sind kristalline Polyamid-Harze
weit verbreitet als technisches Material im Einsatz, jedoch haben
diese Harze bekanntlich eine hohe Wasseraufnahmefähigkeit
und kranken deshalb daran, dass ihre Steifigkeit, Dimensionsstabilität oder dergleichen
infolge Wasseraufnahme erniedrigt wird.
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Polyarylenether-Harze,
insbesondere Polyphenylenether-Harze, sind als technische Harze
bekannt, welche eine hervorragende Wärmebeständigkeit aufweisen; bekanntlich
kranken diese Harze jedoch, wenn sie für sich alleine verwendet werden,
an Problemen wie schlechte Eigenschaften hinsichtlich ihrer Schlagzähigkeit,
Lösemittelbeständigkeit
und Formbarkeit.
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Um
die Mängel
dieser beiden Harzarten auszugleichen, wird in den japanischen Auslegeschriften
(Kokoku) Nr. 45-997 und Nr. 59-41663 vorgeschlagen, ein Polyamid-Harz
mit einem Polyphenylenether-Harz zu mischen, und die so erhaltenen
Harze werden praktisch eingesetzt. Jedoch ist bei diesen Techniken
die Schlagzähigkeit
des Polyphenylenethers nicht ausreichend verbessert, und es ist
bereits eine große
Zahl von Verfahren zur Schlagzähmachung
durch Hinzufügen
eines gummiartigen Materials zu diesen beiden Harzen vorgeschlagen
worden, so etwa in den Offenlegungsschriften der japanischen Patentanmeldungen
(Kokai) Nr. 56-49753 und Nr. 61-204262. Jedoch zeigen diese Zusammensetzungen
wegen ihrer hohen Schmelzviskosität eine schlechte Verarbeitbarkeit
in Formwerkzeugen und können
deshalb nicht für
dünnwandige
Formprodukte verwendet werden.
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Ferner
sind das Polyphenylenether-Harz und das Polyamid-Harz im Wesentlichen
unverträglich
miteinander, und deshalb ist z.B. eine Technik des Zugebens einer
ungesättigten
Carbonsäure
oder eines Derivats hiervon, wie in der Offenlegungsschrift der
japanischen Patentanmeldung Nr. 56-49753 offenbart, oder eine Technik
der Verwendung eines Polyphenylenether-Harzes, welches zuvor mit
einer ungesättigten
Carbonsäure
oder einem Derivat hiervon modifiziert worden ist, wie in der Offenlegungsschrift
der japanischen Patentanmeldung Nr. 59-66452 offenbart, notwendig,
um ein Polyphenylenether-Harz mit einem Polyamid-Harz umzusetzen.
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Weil
aber das Polyphenylenether-Harz eine hohe Schmelzviskosität aufweist,
kommt es bei der Herstellung einer Zusammensetzung durch Einzelzugabe
eines Polyphenylenether-Harzes und einer ungesättigten Carbonsäure dazu,
dass der Polyphenylenether während
des Schmelzknetens infolge Scherwärmeerzeugung geliert; eine
Folge davon ist, dass eine geeignete Reaktion mit der ungesättigten
Carbonsäure
nicht vonstatten geht und der Polyphenylenether in der Polyamid-Harzmatrix
nicht fein dispergiert werden kann.
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Das
Verfahren der Verwendung eines zuvor mit einer ungesättigten
Carbonsäure
modifizierten Polyphenylenether-Harzes ist mit dem Problem behaftet,
dass, weil die Modifikation des Polyphenylenethers und das Schmelzkneten
mit dem Polyamid-Harz getrennt durchgeführt werden, die Kosten für die Zusammensetzung
hoch sind und deshalb deren Verwendung eingeengt ist.
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Daneben
offenbart die Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung
Nr. 4-372656 ein Verfahren zur Herstellung einer schmelzgekneteten
Zusammensetzung aus einem Polyamid-Harz und einem Polyphenylenether-Harz,
jedoch werden auch bei diesem Verfahren das Polyamid-Harz und das
Polyphenylenether-Harz unabhängig
voneinander entsprechende Schmelzknetprozesse durchlaufen gelassen
und dann das Polyphenylenether-Harz und das Polyamid-Harz schmelzgeknetet,
um die Zusammensetzung zu bilden. Dementsprechend besteht das im
Vorstehenden beschriebene Problem immer noch.
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In
der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 9-31324
haben die betreffenden Erfinder eine Zusammensetzung offenbart,
die eine Kern/Hülle-Struktur
aufweist, umfassend ein Polyamid-Harz, ein zuvor mit einer ungesättigten
Carbonsäure
modifiziertes Polyphenylenether-Harz, ein Copolymer von einer aromatischen
Vinylverbindung und einem aliphatischen Kohlenwasserstoff und ein
Polypropylen-basiertes Harz. Diese Zusammensetzung ist hervorragend
hinsichtlich ihrer mechanischen Festigkeit, Wärmebeständigkeit, Verarbeitbarkeit
in Formwerkzeugen, Dimensionsstabilität usw. Weil aber, wie oben
beschrieben, die Modifikation des Polyphenylenethers und das Schmelzkneten
mit dem Polyamid-Harz separat durchgeführt werden, sind die Kosten
für die
Zusammensetzung hoch und damit deren Verwendung eingeengt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die im Vorstehenden beschriebene
Problematik der konventionellen Techniken zu lösen, und die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung
einer schmelzgekneteten Zusammensetzung aus einem Polyamid-Harz und einem Polyphenylenether-Harz,
wobei eine Harzzusammensetzung mit ausgezeichnetem Verhalten in
industriellem Maßstab
kostengünstig
hergestellt werden kann, ohne dass die mechanische Festigkeit und
die Leistungs merkmale, die mit konventionellen Techniken hergestellt
werden, z.B. Verarbeitbarkeit und Dimensionsstabilität, gemindert
werden.
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Als
ein Ergebnis umfassender Untersuchungen zur Erfüllung dieser Aufgabe haben
die betreffenden Erfinder gefunden, dass bei der Herstellung einer
Zusammensetzung durch Mischen eines Polyamid-Harzes, eines Polyphenylenether-Harzes,
eines Copolymers von einer aromatischen Vinylverbindung und einem
aliphatischen Kohlenwasserstoff und eines Polyolefin-basierten Harzes
in einem spezifischen Verhältnis,
wenn das Polyphenylenether-Harz, das Copolymer von einer aromatischen
Vinylverbindung und einem aliphatischen Kohlenwasserstoff und eine
ungesättigte
Carbonsäure
oder ein Derivat hiervon aufstromseitig einer Schmelzknetmaschine
zugegeben werden und das Polyamid-Harz in der Mitte der Schmelzknetmaschine
zugegeben wird, die so erhaltene Zusammensetzung die im Vorstehenden
beschriebenen Probleme lösen
kann. Die vorliegende Erfindung wurde auf der Basis dieser Erkenntnis
vollendet.
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Im
Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung einer thermoplastischen Harzzusammensetzung, umfassend
das Schmelzkneten einer Harzzusammensetzung, welche 40 bis 90 Gew.-Tle.
an (A) einem Polyamid-Harz, 5 bis 50 Gew.-Tle. an (B) einem Polyphenylenether-Harz,
5 bis 30 Gew.-Tle. an (C) einem Copolymer von einer aromatischen
Vinylverbindung und einem aliphatischen Kohlenwasserstoff und 0
bis 30 Gew.-Tle. an (D) einem Polyolefin-Harz pro 100 Teile der
Gesamtheit der Komponenten (A), (B), (C) und (D) umfasst und welche
ferner 0,01 bis 1,5 Gew.-Tle. an (E) einer α,β-ungesättigten Carbonsäure oder
einem Derivat hiervon pro 100 Gew.-Tle. der Komponente (B) enthält, wobei
die Komponenten (B), (C) und (E) aufstromseitig einer Schmelzknetmaschine
zugegeben werden und wobei die Komponente (A) in der Mitte der Schmelzknetmaschine
zugegeben wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Schmelzkneters, welcher für die Erfindung
zur Verwendung kommt.
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2 ist
eine transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme als eine Ansicht,
die den dispergierten Zustand der in Beispiel 1 erhaltenen Probe
zeigt.
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3 ist
eine transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme als eine Ansicht,
die den dispergierten Zustand der in Vergleichsbeispiel 1 erhaltenen
Probe zeigt.
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4 ist
eine transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme als eine Ansicht,
die den dispergierten Zustand der in Vergleichsbeispiel 5 erhaltenen
Probe zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
vorliegende Erfindung wird im Folgenden detailliert beschrieben.
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Das
Polyamid-Harz (A) zur Verwendung für die vorliegende Erfindung
ist ein aliphatisches Polyamid-Harz, umfassend ein aliphatisches
Diamin und eine aliphatische Dicarbonsäure oder umfassend ein Lactam
oder eine Aminocarbonsäure,
oder ein teilweise aromatisches copolymerisiertes Polyamid-Harz,
welches eine aromatische Monomer-Komponente enthält.
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Bei
dem aliphatischen Polyamid-Harz sind die Monomer-Komponenten ein
aliphatisches Diamin mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen und eine aliphatische
Dicarbonsäure
mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen; die Monomer-Komponente kann aber
auch ein Lactam mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen oder eine Aminocarbonsäure mit 6
bis 12 Kohlenstoffatomen sein. Spezifische Beispiele für das aliphatische
Diamin umfassen Tetramethylendiamin, Hexamethylendiamin, Octamethylendiamin,
Nonamethylendiamin, Undecamethylendiamin und Dodecamethylendiamin.
Spezifische Beispiele für
die aliphatische Dicarbonsäure
umfassen Adipinsäure,
Heptandicarbonsäure,
Octandicarbonsäure,
Nonandicarbonsäure,
Undecandicarbonsäure
und Dodecandicarbonsäure.
Hinsichtlich der Kombination des aliphatischen Diamins und der aliphatischen
Dicarbonsäure
ist ein äquimolares
Salz von Hexamethylendiamin mit Adipinsäure bevorzugt.
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Spezifische
Beispiele für
das Lactam umfassen α-Pyrrolidon, ε-Caprolactam, ω-Laurolactam
und ε-Enantholactam.
Spezifische Beispiele für
die Aminocapronsäure
umfassen 6-Aminocapronsäure,
7-Aminoheptansäure,
11-Aminoundecansäure
und 12-Aminododecansäure,
wobei 6-Aminocapronsäure,
12-Aminododecansäure, ε-Caprolactam
und Laurolactam bevorzugt sind.
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Diese
ein aliphatisches Polyamid bildenden Monomere können nicht nur für sich allein,
sondern auch als Kombination von zwei oder mehr Komponenten verwendet
werden.
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Spezifische
Beispiele für
das von der/den oben beschriebenen Monomer-Komponente/n gebildete
aliphatische Polyamid-Harz umfassen Nylon 6, Nylon 11, Nylon 12,
Nylon 66, Nylon 610, Nylon 612 und Nylon 116, wobei diese Polymere
ein Homopolymer oder ein Copolymer von zwei oder mehr Polymeren
sein können.
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Das
kristalline teilweise aromatische copolymerisierte Polyamid-Harz,
welches eine aromatische Monomer-Komponente enthält, ist ein copolymerisiertes
Polyamid, welches eine aromatische Monomer-Komponente enthält, z.B.
eine aromatische Dicarbonsäure-Komponente
(z.B. Terephthalsäure,
Isophthalsäure, Naphthalindicarbonsäure), bevorzugt
ein kristallines teilweise aromatisches copolymerisiertes Polyamid-Harz, welches
eine aromatische Monomer-Komponente
enthält
und einen Schmelzpunkt von 260°C
bis weniger als 320°C
aufweist, mehr bevorzugt ein kristallines teilweise aromatisches
copolymerisiertes Polyamid-Harz, welches eine aromatische Monomer-Komponente
enthält
und einen Schmelzpunkt von 290°C
bis weniger als 316°C
aufweist.
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Hinsichtlich
der Kombination des kristallinen teilweise aromatischen copolymerisierten
Polyamid-Harzes, welches eine aromatische Monomer-Komponente enthält, umfasst
das kristalline copolymerisierte Polyamid ein äquimolares Salz eines aliphatischen
Diamins mit einer aliphatischen Dicarbonsäure, ein äquimolares Salz eines aliphatischen
Diamins mit einer aromatischen Dicarbonsäure und/oder ein ein aliphatisches
Polyamid bildendes Monomer.
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Das
aliphatische Diamin ist ein aliphatisches Diamin mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen,
und Beispiele hierfür
umfassen Tetramethylendiamin, Hexamethylendiamin, Octamethlyendiamin,
Nonamethylendiamin, Undecamethylendiamin und Dodecamethylendiamin.
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Die
aliphatische Dicarbonsäure
ist eine aliphatische Dicarbonsäure
mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen, und Beispiele hierfür umfassen
Adipinsäure,
Heptandicar bonsäure,
Octandicarbonsäure,
Nonandicarbonsäure,
Undecandicarbonsäure
und Dodecandicarbonsäure.
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Hinsichtlich
der Kombination ist ein äquimolares
Salz von Hexamethylendiamin mit Adipinsäure bevorzugt.
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Beispiele
für die
aromatische Dicarbonsäure
umfassen Terephthalsäure,
Isophthalsäure
und Naphthalindicarbonsäure,
und hinsichtlich der Kombination ist ein äquimolares Salz von Hexamethlyendiamin
mit Terephthalsäure
bevorzugt.
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Das
ein aliphatisches Polyamid bildende Monomer ist eine Aminocarbonsäure mit
6 bis 12 Kohlenstoffatomen oder ein Lactam mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen,
und Beispiele hierfür
umfassen 6-Aminocapronsäure, 7-Aminoheptansäure, 11-Aminoundecansäure, 12-Aminododecansäure, α-Pyrrolidon, ε-Caprolactam,
Laurolactam und ε-Enantholactam,
wobei 6-Aminocapronsäure,
12-Aminododecansäure, ε-Caprolactam
und Laurolactam bevorzugt sind. Diese ein aliphatisches Polyamid
bildenden Monomere können
nicht nur für
sich allein, sondern auch als Kombination von zwei oder mehr Komponenten
verwendet werden.
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Die
Einsatzmengen sind so gewählt,
dass das äquimolare
Salz von Hexamethylendiamin mit Adipinsäure 30 bis 70 Gew.-% beträgt, dass
das äquimolare
Salz von Hexamethylendiamin mit Terephthalsäure 70 bis 30 Gew.-% beträgt und dass
das ein aliphatisches Polyamid bildende Monomer 0 bis 15 Gew.-%
beträgt, und
sind bevorzugt so gewählt,
dass das äquimolare
Salz von Hexamethylendiamin mit Adipinsäure 35 bis 55 Gew.-% beträgt, dass
das äquimolare
Salz von Hexamethylendiamin mit Terephthalsäure 65 bis 45 Gew.-% beträgt und dass
das ein aliphatisches Polyamid bildende Monomer 0 bis 10 Gew.-%
beträgt.
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Bei
der vorliegenden Erfindung bestehen keine besonderen Beschränkungen
hinsichtlich des Polymerisationsgrades des kristallinen Polyamid-Harzes,
jedoch beträgt
die relative Viskosität,
bestimmt bei 25°C nach
Lösen von
1 g des Polymers in 100 ml 96%iger konzentrierter Schwefelsäure, bevorzugt
1,8 bis 5,0, mehr bevorzugt 2,0 bis 3,0. Wenn die relative Viskosität die obere Grenze
des Zahlenwertes überschreitet,
ist die Verarbeitbarkeit erheblich beeinträchtigt, während bei einem Wert, der kleiner
ist als die untere Grenze, die mechanische Festigkeit nachteilig
erniedrigt ist.
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Bei
der vorliegenden Erfindung kann das Polyamid-Harz (A) ferner 0,05
bis 30 Gew.-% eines Schichtsilikats enthalten. Beispiele für das Schichtsilikat
umfassen Schichtsilikate mit Phyllo-Struktur, aufgebaut aus Magnesiumsilikat- oder Aluminiumsilikat-Schichten.
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Spezifische
Beispiele für
das Schichtsilikat mit Phyllo-Struktur umfassen Smektittonminerale,
wie Montmorillonit, Saponit, Beidellit, Nontronit, Hectorit und
Stevensit sowie Vermiculit und Halloysit. Diese können ein
natürliches
Produkt oder ein synthetisches Produkt sein. Von diesen Schichtsilikaten
ist Montmorillonit bevorzugt.
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Bevorzugt
liegt das Schichtsilikat in einem gleichmäßig dispergierten Zustand in
dem Polyamid-Harz als Komponente (A) vor. Der gleichmäßig dispergierte
Zustand des Schichtsilikates ist ein solcher Zustand, dass bei Dispersion
eines Schichtsilikates mit einer einseitigen Länge von 0,002 bis 1 μm und einer
Dicke von 6 bis 20% in einem Polyamid-Harz das Schichtsilikat gleichmäßig dispergiert
ist unter Aufrechterhaltung jedes Schichtenabstands bei 20 Å oder mehr
im Durchschnitt. Hierin bedeutet der Schichtenabstand den Abstand zwischen
den Gravitationszentren benachbarter Platten des Schichtsilikates,
und die gleichmäßige Dispersion bedeutet
einen Zustand, in dem Schichtmaterialien, jeweils mit einer solchen
Struktur, dass im Durchschnitt fünf
Schichten oder weniger des Schichtsilikats übereinander gestapelt sind,
parallel, statistisch oder in einer Mischung hiervon dispergiert
sind und 50 Gew.-% oder mehr, bevorzugt 70 Gew.-% oder mehr, der
Schichtmaterialien dispergiert sind, ohne lokale Anhäufungen
zu bilden.
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Ferner
kann in dem Falle, dass das Schichtsilikat ein Mehrschicht-Tonmineral
ist, das Schichtsilikat gleichmäßig dispergiert
werden, indem die Polymerisation nach Inkontaktbringen des Schichtsilikates
mit einem Quellmittel, z.B. Amin (z.B. Dioctadecylamin, Phenylendiamin),
Aminosäure
(z.B. 4-Amino-n-buttersäure, 12-Aminododecansäure) oder
Lactam (z.B. ε-Caprolactam),
durchgeführt
wird, um vorher den Raum zwischen Schichten zu erweitern und dadurch
die Interkalation von Monomeren zwischen Schichten zu erleichtern.
Ferner kann ein Verfahren des vorherigen Erweiterns des Raums zwischen
Schichten auf 20% oder mehr mit einem Quellmittel und anschließendem Schmelzkneten
des Schichtsilikates mit dem Polyamid-Harz oder einem das Polyamid-Harz
enthaltenden Harz, um dadurch das Schichtsilikat gleichmäßig zu dispergieren,
verwendet werden.
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Die
eingemischte Menge des Schichtsilikates liegt in einem Bereich von
0,05 bis 30 Gew.-Tln., bevorzugt 0,5 bis 10 Gew.-Tln., mehr bevorzugt
1 bis 5 Gew.-Tln., je 100 Gew.-Tle. des Polyamid-Harzes. Die eingemischte
Schichtsilikatmenge kann dem Einsatzzweck entsprechend variiert
werden, wobei jedoch Mengen von mehr als 30 Gew.-Tln. zu einem außerordentlich
starken Abfall der Schlagzähigkeit
führen.
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Das
Polyphenylenether-Harz (B) zur Verwendung für die vorliegende Erfindung
ist ein Polyphenylenether (im Folgenden einfach als "PPE" bezeichnet), repräsentiert
durch die folgende Formel (I):
worin
R
1, R
2, R
3 und R
4 jeweils
einen monovalenten Substituenten repräsentieren, ausgewählt aus
der Gruppe, welche besteht aus Wasserstoff, Halogen, einer Alkyl-Gruppe,
einer Alkoxy-Gruppe und einer Halogenalkyl- oder Halogenalkoxy-Gruppe
mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen zwischen einem Halogen-Atom
und dem Phenyl-Ring und ohne tertiären α-Kohlenstoff, wobei R
1 bis R
4 gleich oder
verschieden sein können
und worin n eine ganze Zahl ist, die den Polymerisationsgrad anzeigt.
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Spezifische
Beispiele hierfür
umfassen Poly-(2,6-dimethyl-1,4-phenylen)-ether, Poly-(2-methyl-6-ethyl-1,4-phenylen)-ether
und Poly-(2,6-diethyl-1,4-phenylen)-ether.
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Das
Copolymer (C) von einer aromatischen Vinylverbindung und einem aliphatischen
Kohlenwasserstoff zur Verwendung für die vorliegende Erfindung
ist ein hydriertes oder nicht-hydriertes Styrol/Butadien-Copolymer
oder ein hydriertes oder nicht-hydriertes Styrol/Isopren-Copolymer.
Für das
hydrierte oder nicht-hydrierte Styrol/Butadien-Copolymer kann ein
Styrol/Butadien-Blockcopolymer,
ein hydriertes Produkt eines Styrol/Butadien-Blockcopolymers oder
ein hydriertes Produkt eines Styrol/Butadien-Random-Copolymers verwendet
werden. Für
das hydrierte oder nicht-hydrierte Styrol/Isopren-Copolymer kann
ein Styrol/Isopren-Blockcopolymer oder ein hydriertes Produkt eines
Styrol/Isopren-Blockcopolymers verwendet werden.
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Das
hydrierte Styrol-Butadien-Copolymer oder das hydrierte Styrol-Isopren-Copolymer kann geeignet ausgewählt sein
aus denjenigen, welche durch Hydrierung nach einem bekannten Verfahren
erhalten werden, z.B. nach dem in dem US-Patent Nr. 3 431 323 beschriebenen
Verfahren und den auf dem Markt zur Verfügung stehenden Verfahren.
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Beispiele
für das
Polyolefin-Harz (D) zur Verwendung für die vorliegende Erfindung
umfassen ein Polyethylen-basiertes Harz, ein Polypropylen-basiertes
Harz und ein Ethylen/α-Olefin-basiertes
Harz, z.B. ein Ethylen/Propylen-Copolymer, ein Ethylen/1-Buten-Copolymer,
und ein Ethylen/Propylen/1,4-Hexadien-Copolymer.
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Von
diesen sind Polyethylen-, Polypropylen- und Ethylen/Propylen-Copolymere
bevorzugt.
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Für die vorliegende
Erfindung wird als Komponente (E) eine α,β-ungesättigte Carbonsäure oder
ein Derivat hiervon als Modifikator zum Verträglichmachen des Polyphenylenether-Harzes
mit dem Polyamid-Harz verwendet. Spezifische Beispiele hierfür umfassen
Acrylsäure,
Methacrylsäure,
Methylmethacrylsäure,
Maleinsäure,
Fumarsäure,
Itaconsäure
und Zitronensäure.
Beispiele für
das Derivat hiervon umfassen ein Säurehalogenid, ein Amid, ein
Imid, ein Anhydrid, ein Salz und einen Ester. Von diesen sind Maleinsäure, Itaconsäure und
ein Anhydrid hiervon bevorzugt.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis der jeweiligen gemischten
Komponenten so gewählt, dass
das Polyamid-Harz als Komponente (A) in einer Menge von 40 bis 90
Gew.-Tln., bevorzugt 50 bis 80 Gew.-Tln., vorliegt, dass das Polyphenylenether-Harz
als Komponente (B) in einer Menge von 5 bis 50 Gew.-Tln., bevorzugt
5 bis 40 Gew.-Tln., vorliegt, dass das Copolymer von einer aromatischen
Vinylverbindung und einem aliphatischen Kohlenwasserstoff als Komponente
(C) in einer Menge von 5 bis 30 Gew.-Tln., bevorzugt 5 bis 20 Gew.-Tln.,
vorliegt und dass das Polyolefin-Harz als Komponente (D) in einer
Menge von 0 bis 30 Gew.-Tln., bevorzugt 5 bis 15 Gew.-Tln., vorliegt,
pro 100 Gew.-Tle. der Gesamtheit des Polyamid-Harzes (A), des Polyphenylenether-Harzes
(B), des Copolymers (C) von einer aromatischen Vinylverbindung und
einem aliphatischen Kohlenwasserstoff und des Polyolefin-basierten
Harzes (D).
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Die α,β-ungesättigte Carbonsäure oder
ein Derivat hiervon als Komponente (E) liegt in einer Menge von
0,01 bis 1,5 Gew.-Tln., bevorzugt 0,1 bis 1,0 Gew.-Tln., pro 100
Gew.-Tle. des Polyphenylenether-Harzes als Komponente (B) vor.
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Bei
der vorliegenden Erfindung bildet die Komponente (A) eine Matrixphase
und die Komponenten (B), (C) und (D) bilden eine disperse Phase
einer Kern-Hülle-Partikelstruktur,
wobei die Komponente (B) eine Hüllphase
bildet, die Komponente (C) eine intermediäre Phase und die Komponente
(D) eine Kernphase bildet.
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In
dem Fall, dass die Komponente (D) nicht verwendet wird, bildet die
Komponente (A) eine Matrixphase und die Komponenten (B) und (C)
bilden eine disperse Phase einer Kern-Hülle-Partikelstruktur, wobei die
Komponente (B) eine Hüllphase
bildet und die Komponente (C) die Kernphase bildet.
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Das
Herstellungsverfahren, durch das die vorliegende Erfindung gekennzeichnet
ist, wird im Folgenden beschrieben.
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Die
Zusammensetzung gemäß vorliegender
Erfindung wird hergestellt durch Schmelzkneten, wobei bevorzugte
Beispiele für
die Schmelzknetmaschine einen Ein- oder Doppelschneckenextruder
und einen Banbury-Mischer umfassen, wobei ein Doppelschneckenextruder
bevorzugt ist. Solange entsprechende Bedingungen, wie sie später noch
beschrieben werden, erfüllt
werden, bestehen jedoch selbstverständlich keine Beschränkungen
hinsichtlich der Art der Schmelzknetmaschine.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird zur Zeit des Schmelzknetens der
Zusammensetzung das Polyphenylenether-Harz (B) mit der α,β-ungesättigten
Carbonsäure
(E) oder einem Derivat hiervon und dem Copolymer (C) von einer aromatischen
Vinylverbindung und einem aliphatischen Kohlenwasserstoff in einem
aufstromseitigen Bereich einer Schmelzknetmaschine, der auf 190
bis 220°C
eingestellt ist, geknetet. Sodann wird im weiteren Verlauf derselben
Knetmaschine das Polyamid-Harz (A) zugeführt und mit dem von dem aufstromseitigen
Ende zugeführten
Polyphenylenether-Harz (B) etc. geknetet. Nach der Zuführung des
Polyamid-Harzes (A) ist die Temperatur der Knetmaschine auf ca.
240 bis 350°C
eingestellt, obschon diese Temperatur je nach Art des verwendeten
Polyamids variiert.
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Hierbei
werden auch dann, wenn das fallweise verwendete Polyolefin-Harz
(D) ähnlich
wie das Polyphenylenether-Harz (B) etc. vom aufstromseitigen Ende
der Schmelzknetmaschine zugeführt
wird oder ähnlich wie
das Polyamid-Harz
(A) im weiteren Verlauf der Knetmaschine zugeführt wird, die charakteristischen
Merkmale der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt.
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Obschon
sie keinen Beschränkungen
unterliegt, ist die Länge
des Schmelzkneters bevorzugt so gewählt, dass L/D (wobei L für die Länge und
D für den
Durchmesser steht) 30 oder mehr beträgt. Wenn dieses Verhältnis kleiner
ist als 30, kann das Schmelzkneten aller Komponenten unzureichend
ausfallen. Die Länge eines
Bereichs eines Schmelzkneters zum Schmelzkneten der Komponenten
(B), (C) und (D) ist bevorzugt so gewählt, dass L/D 10 bis 20 beträgt. Wenn
dieser Bereich einen L/D-Wert von weniger als 10 aufweist, fällt das Schmelzen
und/oder Kneten der Komponenten (B), (C) und (D) unzureichend aus.
Wenn dieser Bereich einen L/D-Wert von mehr als 20 aufweist, kann
die Restlänge
des Schmelzkneters zum Schmelzkneten der Komponenten nach Zugabe
der Komponente (A) zu kurz ausfallen, je nach Gesamtlänge des
Kneters. Die Länge
eines Schmelzkneters zum Schmelzkneten der Komponen ten nach Zugabe
der Komponente (A) ist bevorzugt so gewählt, dass L/D 10 bis 20 beträgt. Wenn
dieser Bereich einen L/D-Wert von weniger als 10 aufweist, fällt das
Schmelzen und/oder Kneten aller Komponenten (A), (B), (C) und (D)
unzureichend aus. Wenn dieser Bereich einen L/D-Wert von mehr als
20 aufweist, kann die Länge
des Schmelzkneters zum Schmelzkneten der Komponenten (B), (C) und
(D) vor Zugabe der Komponente (A) zu kurz ausfallen, je nach Gesamtlänge des Kneters.
Als Beispiel für
eine bevorzugte Konstruktion eines Schmelzkneters sei angegeben,
dass die Gesamtlänge
des Kneters zu einem L/D-Wert von ca. 35 korrespondiert und dass
die Komponente (A) in einem Bereich von L/D zugegeben wird, der
bei etwa 18 liegt, gerechnet ab dem Ende, wo die Komponenten (B),
(C) und (D) zugegeben werden. Wenn das anfängliche Kneten der Komponenten
(B), (C) und (D) oder das spätere Kneten
der Komponenten (B), (C) und (D) mit (A) unzureichend ist, weist
das resultierende Produkt eine schlechte Dispersion oder verschlechterte
Eigenschaften auf.
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1 zeigt
ein Beispiel für
einen Schmelzkneter, wobei die Bezugsziffer 1 eine Knetschnecke, 2 einen ganzen
Zylinder und 3 einen Düsenkopf
bezeichnet und wobei C1 bis C10 jeweils Teilzylinder bezeichnen.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn die Komponente
(A) in einem Bereich von C3 bis C7 zugegeben wird, mehr bevorzugt
von C4 bis C6.
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Bei
der vorliegenden Erfindung bestehen hinsichtlich anderer Bedingungen
der Schmelzknetmaschine, z.B. der Drehzahl, keine besonderen Beschränkungen.
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Die
Harzzusammensetzung, welche nach dem Herstellungsverfahren gemäß vorliegender
Erfindung hergestellt wird, kann für sich allein als Material
für Kraftfahrzeugteile
oder Elektro- oder Elektronikteile verwendet werden; es können jedoch
auch eine Funktion verleihende Agenzien verwendet werden, solange
das Ziel nicht beeinträchtigt
wird, so etwa Wärmestabilisatoren,
Agenzien zum Schutz gegen Witterungseinflüsse, Nukleierungsmittel, Kristallisationsbeschleuniger,
Formtrennmittel, Gleitmittel, Antistatika, Flammschutzmittel, Flammschutzhilfsmittel
und Farbmittel.
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Im
Einzelnen umfassen Beispiele für
die Wärmestabilisatoren
sterisch gehinderte Phenole, Phosphite, Thioether und Kupferhalogenid.
Diese können
für sich
allein oder als Kombination von zwei oder mehr Komponenten verwendet
werden.
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Beispiele
für Agenzien
zum Schutz gegen Witterungseinflüsse
umfassen sterisch gehinderte Amine und Salicylate. Diese können für sich allein
oder als Kombination von zwei oder mehr Komponenten verwendet werden.
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Beispiele
für das
Nukleierungsmittel umfassen anorganische Füllstoffe wie Talkum und Ton
sowie organische Nukleierungsmittel wie Fettsäuremetallsalze. Diese können für sich allein
oder als Kombination von zwei oder mehr Komponenten verwendet werden.
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Beispiele
für die
Kristallisationsbeschleuniger umfassen Polyamide niedrigen Molekulargewichts,
höhere
Fettsäuren,
höhere
Fettsäureester
und höhere
aliphatische Alkohole. Diese können
für sich
allein oder als Kombination von zwei oder mehr Komponenten verwendet
werden.
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Beispiele
für die
Formtrennmittel umfassen Fettsäuremetallsalze,
Fettsäureamide
und verschiedene Wachse. Diese können
für sich
allein oder als Kombination von zwei oder mehr Komponenten verwendet
werden.
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Beispiele
für die
Antistatika umfassen aliphatische Alkohole, aliphatische Alkoholester
und höhere Fettsäureester.
Diese können
für sich
allein oder als Kombination von zwei oder mehr Komponenten verwendet
werden.
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Beispiele
für die
Flammschutzmittel umfassen Metallhydroxide wie Magnesiumhydroxid,
Phosphor, Ammoniumphosphat, Ammoniumpolyphosphat, Melamincyanurat,
Ethylendimelamindicyanurat, Kaliumnitrat, bromierte Epoxy-Verbindungen, bromierte
Polycarbonat-Verbindungen, bromierte Polystyrol-Verbindungen, Tetrabromobenzylpolyacrylat,
Tribromophenolpolykondensate, Polybromobiphenylether und Chlor-basierte Flammschutzmittel.
Diese können
für sich
allein oder als Kombination von zwei oder mehr Komponenten verwendet
werden.
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Die
Harzzusammensetzung gemäß vorliegender
Erfindung kann andere thermoplastische Harzzusammensetzungen enthalten,
solange das Ziel der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt wird.
Beispiele hierfür
umfassen All zweck-Harzmaterialien (z.B. Polystyrol, ABS-Harz, AS-Harz,
Acrylharz), aliphatische Polyamid-Harze, welche von (A) zur Verwendung
für die
vorliegende Erfindung verschieden sind, Polycarbonat, Polyethylenterephthalat,
Polybutylenterephthalat, Polyphenylensulfid und andere hoch wärmebeständige Harze.
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Bei
der Harzzusammensetzung gemäß vorliegender
Erfindung kann ein anorganischer oder organischer faserförmiger Füllstoff,
ein kugelförmiger
Füllstoff
oder ein plättchenartiger
Füllstoff
verwendet werden, solange das Ziel der vorliegenden Erfindung nicht
beeinträchtigt
wird.
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Beispiele
für den
Füllstoff,
der Verwendung finden kann, umfassen faserförmige Verstärkungsmittel, z.B. Glasfasern,
Kohlenstofffasern und Edelstahlfasern, plättchenartige Füllstoffe
wie Talkum, Glimmer und Montmorillonit, Whisker-artige Füllstoffe,
z.B. Wollastonit, und kugelförmige
Füllstoffe
wie Glasperlen.
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Das
Verfahren zum Mischen dieses eine Funktion verleihenden Agens (z.B.
Wärmestabilisatoren, Agenzien
zum Schutz gegen Witterungseinflüsse,
Nukleierungsmittel, Kristallisationsbeschleuniger, Formtrennmittel,
Gleitmittel, Antistatika, Flammschutzmittel, Flammschutzhilfsmittel
und Farbmittel), thermoplastischen Harzes, Füllstoffs und Verstärkungsmittels
unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, solange das Ziel der
vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt wird.
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Die
Zusammensetzung gemäß vorliegender
Erfindung kann für
Motoren, Getriebe, Differentialmechanismusteile, Karosserieteile,
Außenteile,
Innenteile, Elektroausrüstungsteile
und Elektro-/Elektronikteile für Kraftfahrzeuge,
Zweiräder
und dergleichen verwendet werden.
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BEISPIELE
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Die
vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf Beispiele und Vergleichsbeispiele
näher beschrieben,
wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht hierauf begrenzt ist.
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In
den Beispielen und Vergleichsbeispielen wurden die physikalischen
Eigenschaften der Formartikel wie folgt bestimmt.
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[Bestimmung der physikalischen
Eigenschaften]
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(Bestimmung der mechanischen
Eigenschaften)
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Die
Bestimmung wurde zu folgenden Punkten unter den im Folgenden beschriebenen
Bedingungen durchgeführt.
Alle Bestimmungen wurden alle im trockenen Zustand durchgeführt.
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(1) Zugfestigkeit und
Dehnung
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Diese
wurden gemäß ASTMD
638 bestimmt unter Verwendung eines Probekörpers Nr. 1 mit einer Dicke
von 3,2 mm bei einer Zuggeschwindigkeit von 5 mm/min.
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(2) Biegefestigkeit und
Biegemodul
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Diese
wurden gemäß ASTMD
790 mittels eines 3-Punkt-Biegeversuchs unter Verwendung einer Streifenprobe
mit einer Dicke von 3,2 mm bestimmt.
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(3) Schlagzähigkeit
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Diese
wurde gemäß ASTMD
256A bestimmt mittels eines Izod-Schlagzähigkeitsprüfgeräts unter Verwendung einer Streifenprobe
mit einer Dicke von 3,2 mm, die durch die Nachbearbeitung gekerbt
wurde.
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(4) Formbeständigkeitstemperatur
unter Belastung (DTUL)
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Diese
wurde gemäß ASTMD
648 unter Verwendung einer Streifenprobe mit einer Dicke von 12,7
mm unter einer Belastung von 455 KPa bestimmt.
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(Bestimmung der Formbarkeit)
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(5) Fließweglänge
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Unter
Verwendung eines spiralförmig
gestalteten Formwerkzeugs zum Messen der Fließweglänge eines 12,5 mm breiten und
1 mm dicken Stabes wurde die Fließweglänge bei einer Harztemperatur
von 280°C und
einer Formwerkzeugtemperatur von 80°C unter einem Einspritzdruck
von 50 MPa in einer Spritzgießmaschine
SG75, ein Produkt der Sumitomo Heavy Industries, Ltd., gemessen.
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(Bestätigung des dispergierten Zustandes)
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Die
Dispergierbarkeit wurde unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops
bestätigt. Die
Färbung
wurde mit Rutheniumtetraoxid und Osmiumsäure durchgeführt.
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In
den Beispielen und Vergleichsbeispielen wurden die folgenden Rohmaterialien
verwendet.
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Komponente (A), Polyamid-Harz:
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Polyamid A:
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Polyamid-6-Harz
(1015B, ein Produkt der Ube Industries, Ltd.) mit einem zahlengemittelten
Molekulargewicht von 15 000.
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Polyamid B:
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Polyamid-6-Harz
(1015C2, ein Produkt der Ube Industries, Ltd.) mit einem zahlengemittelten
Molekulargewicht von 15 000 und 2 Gew.-% eines Schichtsilikates,
wobei eine Einheit des Schichtsilikates eine einseitige Länge von
0,002 bis 1 μm
und eine Dicke von 6 bis 20% aufwies und wobei diese Einheiten gleichmäßig dispergiert
waren unter Aufrechterhaltung jedes Schichtenabstandes bei 20% oder
mehr im Durchschnitt.
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Polyamid C:
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Polyamid-66-Harz
mit einem zahlengemittelten Molekulargewicht von 20 000 (2020B,
ein Produkt der Ube Industries, Ltd.).
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Komponente (B), Polyphenylenether-Harz:
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PPE(1):
-
Poly-(2,6-dimethyl-1,4-phenylenether)-Harz
mit einer relativen Viskosität
von 0,45 in einer Chloroformlösung
bei 25°C.
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PPE(2):
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Maleinsäureanhydrid-modifiziertes
Polyphenylenether-Harz, erhalten durch Schmelzkneten des Polyphenylenethers
als PPE(1) und Maleinsäureanhydrid
bei 280°C
(die Maleinsäureanhydrid-Menge
in dem Harz, bestimmt durch eine vorher erstellte Kalibrierungskurve
in einem Infrarotabsorptionsspektrum, betrug 0,2%).
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Komponente (C), Copolymer
von einer aromatischen Vinylverbindung und einem aliphatischen Kohlenwasserstoff
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(1)
Hydriertes Styrol-Isopren-Blockcopolymer (im Folgenden einfach als
SEPS(1) bezeichnet; SEPTON 2104, ein Produkt der Kuraray Co., Ltd.)
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Komponente (D), Polyolefin-Harz:
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(1)
Homopolypropylen-Harz mit einem MFR-Wert von 0,8 g/10 min bei 230°C unter einer
Belastung von 2,16 kg (im Folgenden einfach als PP(1) bezeichnet).
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Komponente (E), α,β-ungesättigte Carbonsäure:
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(1)
Maleinsäureanhydrid
(garantiertes Reagens; im Folgenden einfach als MAH bezeichnet).
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(Beispiel 1)
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Als
Bestandteile einer thermoplastischen Harzzusammensetzung wurden
55 Gew.-Tle. Polyamid A, 25 Gew.-Tle. PPE(1), 15 Gew.-Tle. SEPS(1),
5 Gew.-Tle. PP(1) und 0,2 Gew.-Tle. MAH verwendet.
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Unter
Verwendung eines gleichsinnig gleichläufigen Doppelschneckenextruders
TEX44HCT, ein Produkt der Japan Steel Works Ltd., wurden PPE(1),
MAH und SEPS(1), die zuvor in jeweils vorbestimmten Mengen gemischt
worden waren, über
den Zylinder C1 aufgegeben, und Polyamid A und PP(1), die zuvor
gemischt worden waren, wurden über
den Zylinder C6 aufgegeben. Der Extruder wies zehn Teilzylinder
C1 bis C10 in Richtung von dem aufstromseitigen Ende zu dem Düsenkopf
hin auf, wie in 1 gezeigt.
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Eine
vorgegebene Zusammensetzung wurde schmelzgeknetet und pelletiert,
und zwar unter solchen Bedingungen, dass die Zylindertemperatur
200°C bei
C1 bis C5 und 260°C
von C6 bis Düsenkopf
betrug, die Schneckendrehzahl 150 U/min betrug und die Gesamtausstoßmenge 40
kg/h betrug.
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Die
erhaltenen Pellets der Zusammensetzung wurden bei 110°C für 12 Stunden
im Vakuum getrocknet und dann durch Spritzgießen in entsprechende Probekörper überführt, und
zwar bei einer Zylindertemperatur von 270°C, einer Formwerkzeugtemperatur
von 80°C
und einer Einspritzrate von 70 ml/s unter Verwendung einer Spritzgießmaschine
SG75, ein Produkt der Sumitomo Heavy Industries, Ltd.
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Die
so erhaltenen Proben wurden hinsichtlich mechanischer Festigkeit
und dispergiertem Zustand nach den im Vorstehenden beschriebenen
Methoden bestätigt.
Die Resultate sind in Tabelle 1 gezeigt.
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(Beispiele 2 und 3)
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Die
Tests wurde in gleicher Weise durchgeführt wie in Beispiel 1, ausgenommen,
dass an Stelle von Polyamid A Polyamid B oder Polyamid C verwendet
wurde. Die Resultate und die Zusammensetzungen sind in Tabelle 1
gezeigt.
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(Beispiel 4)
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Der
Test wurde in gleicher Weise durchgeführt wie in Beispiel 1, ausgenommen,
dass als Bestandteile der thermoplastischen Zusammensetzung 75 Gew.-Tle.
Polyamid A, 5 Gew.-Tle. PPE(1), 10 Gew.-Tle. SEPS(1), 10 Gew.-Tle.
PP(1) und 0,04 Gew.-Tle. MAH verwendet wurden.
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(Beispiel 5)
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Der
Test wurde in gleicher Weise durchgeführt wie in Beispiel 1, ausgenommen,
dass als Bestandteile der thermoplastischen Zusammensetzung 45 Gew.-Tle.
Polyamid A, 40 Gew.-Tle. PPE(1), 10 Gew.-Tle. SEPS(1), 5 Gew.-Tle.
PP(1) und 0,4 Gew.-Tle. MAH verwendet wurden.
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(Vergleichsbeispiel 1)
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Als
Bestandteile der thermoplastischen Harzzusammensetzung wurden 55
Gew.-Tle. Polyamid A, 25 Gew.-Tle. PPE(1), 15 Gew.-Tle. SEPS(1),
5 Gew.-Tle. PP(1) und 0,2 Gew.-Tle. MAH verwendet.
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Der
Test wurde in gleicher Weise durchgeführt wie in Beispiel 1, bis
auf die Verwendung eines gleichläufigen
Doppelschneckenextruders TEX44HCT, ein Produkt der Japan Steel Works
Ltd., und dass PPE(1) und MAH, die zuvor in jeweils vorbestimmten
Mengen gemischt worden waren, über
den Zylinder C1 aufgegeben wurden, und dass Polyamid A, SEPS(1)
und PP(1), die zuvor gemischt worden waren, über den Zylinder C6 aufgegeben
wurden.
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(Vergleichsbeispiel 2)
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Als
Bestandteile der thermoplastischen Harzzusammensetzung wurden 55
Gew.-Tle. Polyamid A, 25 Gew.-Tle. PPE(1), 15 Gew.-Tle. SEPS(1),
5 Gew.-Tle. PP(1) und 0,2 Gew.-Tle. MAH verwendet.
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Mit
einem gleichsinnig gleichläufigen
Doppelschneckenextruder TEX44HCT, ein Produkt der Japan Steel Works
Ltd., wurden alle Komponenten, die zuvor in jeweils vorbestimmten
Mengen gemischt worden waren, über
den Zylinder C1 aufgegeben.
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Der
Test wurde in gleicher Weise durchgeführt wie in Beispiel 1, ausgenommen,
dass eine vorgegebene Zusammensetzung unter solchen Bedingungen
schmelzgeknetet und pelletiert wurde, dass die Zylindertemperatur
260°C von
C1 bis Düsenkopf
betrug, die Schneckendrehzahl 150 U/min betrug und die Gesamtausstoßmenge 40
kg/h betrug.
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(Vergleichsbeispiel 3)
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Der
Test wurde in gleicher Weise durchgeführt wie in Vergleichsbeispiel
1, ausgenommen, dass an Stelle von Polyamid A Polyamid C verwendet
wurde.
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(Vergleichsbeispiel 4)
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Der
Test wurde in gleicher Weise durchgeführt wie in Vergleichsbeispiel
2, ausgenommen, dass als Bestandteile der thermoplastischen Harzzusammensetzung
55 Gew.-Tle. Polyamid A, 25 Gew.-Tle. PPE(2), 15 Gew.-Tle. SEPS(1)
und 5 Gew.-Tle. PP(1) verwendet wurden.
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(Vergleichsbeispiel 5)
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Der
Test wurde in gleicher Weise durchgeführt wie in Beispiel 1, ausgenommen,
dass kein MAH als Bestandteil der thermoplastischen Harzzusammensetzung
verwendet wurde.
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Vergleichsbeispiel 6:
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Der
Test wurde in gleicher Weise durchgeführt wie in Beispiel 1, ausgenommen,
dass die Zylindertemperatur des Schmelzkneters von C1 bis Düsenkopf
260°C betrug.
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Der
dispergierte Zustand der in Beispiel 1, Vergleichsbeispiel 1 und
Vergleichsbeispiel 5 erhaltenen Proben wurde mittels TEM beobachtet;
die Ergebnisse sind in den 2, 3 bzw. 4 aufgezeigt.
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(Wirkungen der Erfindung)
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Wie
im Vorstehenden beschrieben, weist die in Einklang mit dem Herstellungsprozess
gemäß vorliegender
Erfindung hergestellte Zusammensetzung eine hervorragende Ausgewogenheit
zwischen mechanischen Eigenschaften, Wärmebeständigkeit und Schlagzähigkeit
auf und kann auf zahlreichen Gebieten Anwendung finden, z.B. für Kraftfahrzeugteile,
Elektro- oder Elektronikteile und Maschinenteile.