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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Polymermaterial, das für verschiedenes
Kunststoffmaterial verwendbar ist, ein geformtes Produkt und dessen
Herstellungsverfahren.
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Kunststoffe
ersetzen vorhandene Materialien, wie Metall, Glas, Holz und Papier,
aufgrund z. B. ihrer Formungsverarbeitbarkeiten, hohen Produktivitäten, leichten
Gewichte, Flexibilitäten
und ausgezeichneten mechanischen oder elektrischen Eigenschaften.
Ihr Anwendungsbereich ist breit und sie werden für eine Vielzahl von Anwendungen,
wie Konstruktionsmaterialien, strukturelle oder mechanische Teile
von elektrischen oder elektronischen Produkten, äußere oder innere Teile von
Automobilen, Fahrzeugen, Flugzeugen und Schiffen, sonstigen Gütern und
Verpackungsmaterialien, verwendet. Aus diesem Grund gibt es viele
Arten von Kunststoffen und verschiedene Typen davon werden vermarktet.
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Es
besteht jedoch eine große
Nachfrage auf dem Markt zur Verbesserung verschiedener Charakteristika
oder der Kosten, und das Verschmelzen von verschiedenen Kunststoffen
und das Kompoundieren mit anderen Bestandteilen werden rege durchgeführt. Zum
Beispiel wurden zur Verbesserung von z. B. mechanischen Eigenschaften,
Wärmebeständigkeit
und Formbeständigkeit
organisch-anorganische Verbundstoffmaterialien, in welche ein festes
anorganisches Material, verkörpert
durch Glasfaser und Kohlenstofffaser, gemischt wurde, untersucht.
Diese Technik hat z. B. die Festigkeit, thermische Verformungsbeständigkeit
in einem kurzen Zeitraum und die Formbeständigkeit verbessert.
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Jedoch
sind ein Kunststoff und ein anorganisches Material im Allgemeinen
inkompatibel und es ist schwierig, beide Materialien fein zu dispergieren
und infolgedessen reicht die Größe der dispergierten
Teilchen eines anorganischen Materials in einem organisch-anorganischen Verbundstoffmaterial
im Allgemeinen bis zur Größenordnung
von Mikrometern. Da die Größe von Teilchen
große
Auswirkungen auf die Festigkeit, wie die Zugfestigkeit, aufweist
und die Festigkeit verringert wird, wenn die Teilchen größer werden
(siehe L. E. Nielsen, Dynamic Properties of Polymer and Composite
Material, S. 253) ist es selbstverständlich, dass es Begrenzungen
für die
Verbesserung der Festigkeit der vorstehend beschriebenen organisch-anorganischen
Verbundstoffmaterialen gibt. Ferner wurden für einige Typen von Kunststoffen,
z. B. ABS-Harz, Polyamid 6-6, Polycarbonat, Polyacetal und vollständig aromatisches
Polyester, neue Probleme, wie Verringerung der Schlagfestigkeit,
bewirkt durch Abnehmen der Grenzflächenfestigkeit, verursacht.
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Andererseits
wurden organisch-anorganische Hybridpolymermaterialien, welche anorganische
Elemente, wie Si, Ti und Zr, in deren Polymergerüst eingeführt enthalten, zum Zweck der
Verbesserung verschiedener physikalischer Eigenschaften von Kunststoffen,
einschließlich
Oberflächenhärte, Glanz,
Antifouling-Eigenschaft, Festigkeit, Wärmebeständigkeit, Wetterbeständigkeit
und chemische Beständigkeit,
untersucht.
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Die
Größe von dispergierten
Teilchen von jedem Bestandteil eines organisch-anorganischen Hybridpolymermaterials
reicht bis in die Größenordnungen
von Submikrometern bis zu Nanometern, und es ist möglich, die
Bestandteile auf molekularer Ebene zu dispergieren. Als ein Herstellungsverfahren
davon war zum Beispiel ein Verfahren, in dem ein organisches Monomer
oder ein organisches Polymer und eine ein anorganisches Gerüst enthaltende
Verbindung einer radikalischen Copolymerisation unterzogen wird,
und ein Verfahren des Bindens eines anorganischen funktionellen
Rests, wie Alkoxysilan, als eine Seitenkette an ein organisches
Polymer und danach Vernetzen desselben, bekannt.
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Zum
Beispiel offenbaren
JP-A-5-43679 und
5-86188 ein Verfahren zum
Erhalt eines organisch-anorganischen Hybridpolymermaterials, in
dem man ein Vinylpolymer und eine Siliziumverbindung reagieren lässt und
sie danach durch ein Sol-Gel-Verfahren vernetzt.
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JP-A-8-104710 und
8-104711 offenbaren ein
Verfahren zum Erhalt eines organisch-anorganischen Hybridpolymermaterials,
in dem Vinylmonomere einer radikalischen Polymerisation mit einem
Initiator vom Azotyp mit einer Alkoxysilylendgruppe unterzogen werden
und das so erhaltene Vinylpolymer mit einer Alkoxysilylendgruppe
hydrolysiert und kondensiert wird. Ferner offenbart
JP-A-11-209596 ein Verfahren
zum Erhalt eines organisch-anorganischen Hybridpolymermaterials
durch Synthetisieren eines Polycarbonats oder Polyarylats mit einer
Alkoxysilylendgruppe und danach Hydrolysieren und Polykondensieren
desselben durch ein Sol-Gel-Verfahren.
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Diese
organisch-anorganischen Hybridpolymermaterialien erfordern jedoch
ein Herstellungsverfahren, welches zwei Schritte umfasst: Zuerst
reagieren lassen eines organischen Monomers oder eines organischen
Polymers und einer anorganischen Verbindung, um ein Zwischenprodukt
zu synthetisieren, und dann erneutes reagieren lassen des eingebrachten
anorganischen Bestandteils. Ferner ist die zu verwendende anorganische
Verbindung oft spezifisch und ist im Allgemeinen teuer.
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Überdies
werden die meisten der herkömmlichen
organisch-anorganischen Hybridpolymermaterialien durch Verfahren
in einem Lösungssystem
unter Verwendung eines Sol-Gel-Verfahrens hergestellt. Das Sol-Gel-Verfahren
ist ein Verfahren zum Formen von Glas oder Keramik durch Beginnen
mit einer Lösung, Durchlaufen
eines Solzustands, welcher feine Teilchen enthält, und weiter Durchlaufen
eines Gelzustands, welcher eine Flüssigkeit oder Luft in einem
vom Gerüst
eines Feststoffes definierten Raum enthält (siehe Sumio SAKKA, Science
of the Sol-Gel Method, Einführung).
Demgemäß ist es,
obwohl einfache Strukturen, wie Folien oder Stäbe hergestellt werden können, sehr
schwierig, geformte Produkte mit komplexer Form herzustellen. Die
in einem Lösungssystem
durchgeführten
Verfahren sind ebenfalls nachteilig im Hinblick auf Produktivität und Kosten
und sind daher nicht zweckmäßig, außer für bestimmte
Anwendungen.
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JP-A-2000-327930 offenbart
ein Verfahren zur Herstellung eines organisch-anorganischen Hybridpolymermaterials
durch Wärmebehandlung
eines organischen Polymers, eines organischen Polymers mit einem Metallalkoxyrest,
einer Metallalkoxidverbindung oder einem Metalloxid mit einem Mischer,
wie einem Grabender. Ein derartiger Mischer weist jedoch nur eine
schlechte Knetfähigkeit
auf, da dessen Mischteil von einem Flügelpaar mit einer kurzen Welle
gebildet wird. Zusätzlich
ist einem Flügelpaar
so fixiert, dass es unmöglich ist,
die Bedingungen des Knetteils nach Belieben in Abhängigkeit
von einem anzuwendenden Material einzustellen. Ein derartiger Mischer
hat es daher schwer, ein organisches Polymer und einen anorganischen
Bestandteil, wie ein Metalloxid, welche von großer Inkompatibilität sind,
miteinander fein zu dispergieren, und ist nicht zur Herstellung
von organisch-anorganischen Hybridpolymermaterialien geeignet. Weiterhin
weist ein derartiger Mischer viele Probleme, bezogen auf die Schritte
und die Produktivität
für seine
gewerbliche Verwendung, auf, da er ein Gerät vom Chargentyp ist.
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Die
vorliegende Erfindung löst
die herkömmlichen
Probleme, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
organisch-anorganisches Hybridpolymermaterial, das für Hochleistungs-
und Hochfunktionskunststoffe geeignet ist, oder ein Polymermaterial,
welches diesen Bestandteil enthält,
geformte Produkte, die durch Verarbeiten jener Polymermaterialien
erhalten werden, und einfache und zweckmäßige Verfahren zur Herstellung
jener Produkte bei hoher Produktivität und bei niedrigen Kosten
bereitzustellen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Polymermaterial, erhältlich durch
Schmelzkneten unter Verwendung eines Knetapparats einer Harzzusammensetzung,
welche ein organisches Polymer, das keinen Metallalkoxyrest aufweist,
und eine Metallalkoxidverbindung in einem Gewichtsverhältnis von
1:99 bis 99,9:0,1 enthält,
und welche kein organisches Polymer mit einem Metallalkoxyrest enthält, wobei
man das organische Polymer und das Metallalkoxid reagieren lässt und
das organische Polymer mindestens ein Polyarylat umfasst, und ein
geformtes Polymerprodukt, erhältlich
durch Verarbeiten des Polymermaterials unter Verwendung einer Formmaschine.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung
des Polymermaterials und des geformten Polymerprodukts.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein organisch-anorganisches Hybridpolymermaterial
oder ein Polymermaterial, welches diesen Bestandteil enthält, wobei
beide Polymermaterialien für
Hochleistungs- und Hochfunktionskunststoffmaterialanwendungen geeignet
sind, geformte Produkte, die durch Verarbeiten dieser Polymermaterialien
erhalten werden, und einfache und zweckmäßige Verfahren zur Herstellung
der Polymermaterialien und der geformten Produkte bereit.
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Die
herkömmlichen
organisch-anorganischen Hybridpolymermaterialien werden im Allgemeinen über zwei
Schritte hergestellt, bestehend aus einem Schritt des Synthetisierens
einer Zwischenverbindung durch reagieren lassen eines organischen
Monomers oder Polymers mit einer anorganischen Verbindung und einem anschließenden Schritt
des erneuten reagieren lassens des eingebrachten anorganischen Bestandteils.
Ferner wird in der Reaktion des anorganischen Bestandteils im zweiten
Schritt im Allgemeinen das Sol-Gel- Verfahren angewendet. Das Sol-Gel-Verfahren
ist ein Verfahren zum Herstellen von Glas oder Keramik durch Beginnen
mit einer Lösung
und Durchlaufen eines Solzustands, welcher feine Teilchen enthält, und
einem anschließend
auftretenden Gelzustand, welcher eine Flüssigkeit oder Luft in einem
vom Gerüst
des Feststoffes definierten Raum enthält (siehe Sumio Sakka, Science
of the Sol-Gel Method, Einführung).
Demgemäß sind die
herkömmlichen
Verfahren jene, die in einem Lösungssystem
unter Verwendung eines Lösungsmittels durchgeführt werden.
Ein derartiges in einem Lösungssystem
durchgeführtes
Verfahren ist nachteilig hinsichtlich der Kosten aufgrund der Verwendung
einer großen
Menge von Lösungsmittel
und ist von geringer Produktivität.
Ferner ist es schwierig, ein geformtes Produkt mit komplexer Form
durch dieses Verfahren herzustellen. In Anbetracht jener Tatsachen
ist ein Verfahren zur einfachen und zweckmäßigen Herstellung eines organisch-anorganischen
Hybridpolymermaterials bei niedrigen Kosten erwartet worden.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung konnte erreicht werden durch
ein Verfahren zur Herstellung eines organisch-anorganischen Hybridpolymermaterials
oder eines Polymermaterials, welches diesen Bestandteil enthält, in welchem
eine Harzzusammensetzung, welche ein organisches Polymer und eine
Metallalkoxidverbindung enthält,
in einem Knetapparat in einem einzigen Schritt ohne Verwendung einer
großen Menge
an Lösungsmittel
schmelzgeknetet wird. Ferner kann das so erhaltene Polymermaterial
mit einem Formapparat verarbeitet werden und ein geformtes Produkt
aus einem organisch-anorganischen Hybridpolymermaterial oder einem
Polymermaterial, welches diesen Bestandteil enthält, kann hergestellt werden.
Nach diesen Tatsachen zu urteilen, stellt die vorliegende Erfindung
einen einfachen und zweckmäßigen Lösungsansatz
dar.
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Speziell
sind die als Ausgangsmaterialien notwendigen Bestandteile ein organisches
Polymer, welches mindestens ein Polyarylat umfasst, und eine Metallalkoxidverbindung.
Man lässt
Ausgangsmaterialien, welche diese Bestandteile enthalten, reagieren,
indem sie in einem Knetapparat erwärmt werden. Zu diesem Zeitpunkt
wird der größte Teil
der Metallalkoxidverbindung einer Hydrolyse, Kondensation, Alkoholspaltung und
Etherspaltung unterzogen, um kovalente Metall-Sauerstoff-Metall-Bindungen
zu bilden und schließlich
ein Metalloxid zu bilden. Die Größe des so
erhaltenen Metalloxids unterliegt dem Einfluss von u. a. dem Zusammensetzungsverhältnis der
Metallalkoxidverbindung im Ausgangsmaterial, der Äquivalentmenge
der funktionellen Gruppen und den Knetbedingungen. Es ist jedoch
vollauf möglich,
die Größe des Metalloxids
kleiner als die Größe der Dispersionsteilchen
des anorganischen Materials, das im vorstehend erwähnten organisch-anorganischen
Verbundstoffmaterial enthalten ist, herzustellen.
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Eine
bestimmte Art der Bindung, die in dem organischen Polymer, welches
mindestens ein Polyarylat umfasst, enthalten ist, ist vorzugsweise
z. B. eine Esterbindung, eine Carbonatbindung, eine Amidbindung oder
eine Urethanbindung. Im Allgemeinen bewirkt das Sol-Gel-Verfahren,
in welchem die Behandlung bei Temperaturen nahe Raumtemperatur durchgeführt wird,
kaum Reaktionen zwischen jenen Bindungen und einer Metallalkoxidverbindung.
Jedoch macht eine Behandlung unter Verwendung eines Knetapparats,
auf welchem eine hohe Temperatur und ein hoher Druck angewendet
werden können,
jene Reaktionen möglich,
aufzutreten. Wenn ein organisches Polymer eine jener Bindungen aufweist,
kann eine Metallalkoxidverbindung mit dem organischen Polymer durch
eine Umesterungsreaktion verbunden werden. Wenn die vorstehend erwähnte Bindung
in einer Hauptkette eines organischen Polymers enthalten ist (zum
Beispiel in den Fällen
von Polyarylat) wird die Aktivität
des organischen Polymers im Allgemeinen niedrig. Dennoch wird ein
Teil davon, weil ein Metallhydroxylrest (z. B. ein Silanolrest),
der in einer Metallalkoxidverbindung erzeugt wird, hohe Reaktivität aufweist,
einer Umesterungsreaktion mit jenen Bindungen unterzogen, um ein
organisch-anorganisches Hybridpolymermaterial, welches ein organisches
Polymer und ein Metalloxid, kovalent aneinander gebunden, enthält, zu bilden.
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Die
Behandlung mit einem Knetapparat wird nicht nur zum Bewirken der
vorstehend erwähnten
Reaktion durchgeführt,
sondern hat ebenfalls die Wirkung des feinen gleichmäßigen Dispergierens
eines Metalloxids oder eines anorganischen Bestandteils in einem
organischen Polymer. Auf diese Weise macht es die Behandlung unter
Verwendung eines Knetapparats möglich,
ein Polymermaterial herzustellen, in welchem ein anorganisches Material
feiner dispergiert ist als das anorganische Material, das in den
herkömmlichen
organisch-anorganischen Verbundstoffmaterialien dispergiert ist,
und in welchem ein organisches Polymer, welches mindestens ein Polyarylat
umfasst, mit einem Metalloxid oder einem anorganischen Bestandteil
verbunden ist.
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Als
Knetapparat können
jene, die herkömmlich
angewendet werden, verwendet werden. Unter diesen sind Knetapparate
zur Kunststoffverarbeitung bevorzugt und Ein- oder Doppelschneckenextruder
sind stärker bevorzugt.
In diesen Extrudern können
Schneckensegmente an Knetstellen frei angeordnet werden und es ist möglich, die
Bedingungen für
ein zu behandelndes Material geeignet einzustellen. Derartige Extruder
werden für
die reaktive Verarbeitung verwendet, welche jüngst ein Hauptinteresse bei
der Kunststoffverarbeitung darstellt, und sind Instrumente von sehr
hohen Knetkapazitäten.
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Die
Knetbedingungen, wie Temperatur, Knetgeschwindigkeit und Druck,
können
geeignet in Abhängigkeit
vom anzuwendenden organischen Polymer bestimmt werden und sind nicht
besonders auf die Bedingung begrenzt, dass das organische Polymer
geschmolzen ist und völlig
mit den anderen Ausgangsmaterialien verknetet wird. Im Fall der
Verwendung mehrerer Arten von Ausgangsmaterialien ist es bevorzugt,
alle oder einige der Ausgangsmaterialien unter Verwendung eines
geeigneten Mischapparats vorzumischen. Wenn erwartet wird, dass
die Ausgangsmaterialien leicht vermischt werden können, besteht
keine Notwendigkeit zum Vormischen. Wenn der Knetapparat zusätzlich eine
zugehörige
Einrichtung, wie eine Seitenbeschickung und einen Flüssigbeschickungsapparat
aufweist, ist es ebenfalls möglich,
eine derartige Einrichtung zu verwenden, um die Ausgangsmaterialien
nacheinander in einer geeigneten Reihenfolge zuzuführen. Da
eine Metallalkoxidverbindung im Allgemeinen flüssig ist, wird ein Flüssigbeschickungsapparat
vorzugsweise für
die Beschickung mit dieser Verbindung angewendet. Wenn Kneten oder
eine Reaktion nur in einem ungenügenden
Ausmaß nach
einer Einmalbehandlung bewirkt werden kann, ist es möglich, ein
abgeführtes
geknetetes Material zwei oder mehrere Male unter Verwendung desselben
Knetapparats zu behandeln oder das Material unter Verwendung einer
Mehrzahl von Knetapparaten und/oder Knetapparaten verschiedener
Typen zu behandeln. Unter Berücksichtigung
der zweckmäßigen Verwendbarkeit
ist es jedoch erwünscht,
die Knetbedingungen in Abhängigkeit
von den zu verwendenden Ausgangsmaterialien zu optimieren und das
Kneten in einer einzigen Behandlung abzuschließen.
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Als
ein Verfahren zum Formen ist es möglich, das Formen direkt nach
dem Kneten mit einer Strangpressmaschine durchzuführen oder
einen Strang, der nach dem Kneten erhalten wurde, in eine geeignete Form,
wie Pellets, zu formen und sie danach mit einer Spritzgießmaschine
zu verarbeiten. Als eine Formmaschine können verschiedene Typen von
Formmaschinen, die herkömmlich
zur Kunststoffverarbeitung angewendet werden, verwendet werden.
Eine zu verwendende Formmaschine kann geeignet in Abhängigkeit
von der Form eines gewünschten
geformten Produkts bestimmt werden. Zum Beispiel wird in dem Fall,
wo ein geformtes Produkt mit einer verhältnismäßig einfachen Form, wie eine
Folie, eine Bahn, ein Stab oder ein Rohr, beabsichtigt ist, eine
Strangpressmaschine empfohlen. Im Fall der Herstellung eines geformten
Produkts von komplexer Form wird eine Spritzgießmaschine als üblich betrachtet.
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Das
Folgende sind spezifische Beispiele.
- 1) Ein
organisches Polymer, welches mindestens ein Polyarylat umfasst,
mit z. B. einer Esterbindung, einer Carbonatbindung, einer Amidbindung
oder einer Urethanbindung und eine Metallalkoxidverbindung werden mit
einem Knetapparat schmelzgeknetet, während sie erwärmt werden.
Durch dieses Verfahren wird bewirkt, dass die Metallalkoxidverbindung
und das organische Polymer, welches mindestens ein Polyarylat umfasst,
reagieren. Zu diesem Zeitpunkt kann das Produkt z. B. durch das
Zusammensetzungsverhältnis des
organischen Polymers, welches mindestens ein Polyarylat umfasst,
und der Metallalkoxidverbindung, die Anzahl der vorstehend erwähnten Bindungen
im organischen Polymer und die Knetbedingungen reguliert werden.
Ein organisch-anorganisches Hybridpolymermaterial, in welchem ein
Metalloxid und/oder anorganische Bestandteile fein dispergiert sind
und diese Bestandteile an ein Polymer gebunden sind, oder ein Polymermaterial,
welches das organisch-anorganische Hybridpolymermaterial als einen
Bestandteil enthält,
wird hergestellt. Wenn das Äquivalent
der funktionellen Gruppe einer Metallalkoxidverbindung bifunktionell
ist, wird das Verhältnis,
bei welchem ein organisch-anorganisches
Hybridpolymermaterial von linearer Struktur erzeugt wird, höher. Wenn
das Äquivalent
der funktionellen Gruppe trifunktionell oder mehr ist, wird das
Verhältnis,
bei welchem ein organisch-anorganisches Hybridpolymermaterial von
dreidimensionaler Struktur erzeugt wird, höher. Das so erhaltene Polymermaterial
kann direkt nach dem Kneten geformt werden oder kann zu einem anderen
Zeitpunkt, nach dem Herausnehmen, geformt werden.
- 2) Ein organisches Polymermaterial, welches mindestens ein Polyarylat
umfasst, mit z. B. einer Esterbindung, einer Carbonatbindung, einer
Amidbindung oder einer Urethanbindung, ein organisches Polymer, welches
die vorstehend erwähnte(n)
Bindung(en) nicht aufweist, und eine Metallalkoxidverbindung werden mit
einem Knetapparat schmelzgeknetet, während sie erwärmt werden.
Durch dieses Verfahren wird bewirkt, dass die Metallalkoxidverbindung
und das organische Polymer, welches die vorstehend erwähnte(n) Bindung(en)
aufweist, reagieren. Das organische Polymer, welches die vorstehend
erwähnte(n)
Bindung(en) nicht aufweist, wird zum Zweck des Bildens einer Matrix
in einem Polymermaterial verwendet und daher müssen alle organischen Polymere
Kompatibilität
aufweisen. Durch diese Tatsache wird ein organisches Polymermaterial,
welches als einen Bestandteil ein organisch-anorganisches Hybridpolymermaterial,
in welchem ein Metalloxid und/oder anorganische Bestandteile fein
dispergiert sind und diese Bestandteile und organische Polymere
zusammen verbunden sind, enthält,
hergestellt. In diesem Polymermaterial wirkt das organisch-anorganische
Hybridpolymermaterial als ein Oberflächenmodifizierer und versieht
organische Polymere und ein Metalloxid und/oder anorganische Bestandteile,
welche im Allgemeinen inkompatibel sind, mit Affinität. Das so
erhaltene Polymermaterial kann direkt nach dem Kneten geformt werden oder
kann zu einem anderen Zeitpunkt, nach dem Herausnehmen, geformt
werden.
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Organisches Polymer, welches mindestens
ein Polyarylat umfasst
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In
der vorliegenden Erfindung wird ein organisches Polymer, welches
mindestens ein Polyarylat umfasst, für die folgenden zwei Zwecke
verwendet.
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Ein
Zweck ist es, ein organisches Polymer, welches mindestens ein Polyarylat
umfasst, zu veranlassen, mit einer Metallalkoxidverbindung zu reagieren,
um ein organisch-anorganisches
Hybridpolymermaterial zu synthetisieren. Zu diesem Zweck muss eine
Reaktionsstelle in dem organischen Polymer vorhanden sein und, konkret
gesprochen, muss das organische Polymer eines sein, welches z. B.
eine Esterbindung, eine Carbonatbindung, eine Amidbindung oder eine
Urethanbindung aufweist, mit der Maßgabe, dass diese Bindungen entweder
in einer Haupt- oder Seitenkette oder in einem Teil einer funktionellen
Gruppe vorhanden sind.
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Das
organische Polymer umfasst mindestens ein Polyarylat.
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Die Äquivalentzahl
der vorstehend erwähnten
Bindungen, die in einem Molekül
eines organischen Polymers, welches mindestens ein Polyarylat umfasst,
enthalten ist, ist nicht besonders begrenzt, aber sie beträgt vorzugsweise
von 1 bis 1000, stärker
bevorzugt von 2 bis 100. Wenn die Äquivalentzahl der Bindungen
weniger als 1 beträgt,
besteht die Möglichkeit,
dass kein organisch-anorganisches Hybridpolymermaterial synthetisiert
werden kann. Wenn zu viel vorhanden ist, werden die Vernetzungsstellen
in einem organisch-anorganischen
Hybridpolymermaterial zu zahlreich und es besteht eine Möglichkeit,
dass ein so erhaltenes Polymermaterial brüchig sein wird.
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Ein
anderer Zweck der Verwendung eines organischen Polymers ist es,
eine Matrix in einem Polymermaterial zu bilden. Zu diesem Zweck
ist das organische Polymer, bezogen auf seine Struktur, nicht besonders eingeschränkt und
jedes organische Polymer kann verwendet werden, solange es ausreichende
Festigkeit verleihen kann, wie verschiedene Arten von Kunststoffmaterialen,
wenn sie als eine Matrix eines Polymermaterials verwendet werden.
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Spezifische
Beispiele des Hauptgerüsts
eines organischen Polymers schließen thermoplastische Harze
oder Vorstufen von thermoplastischen Elastomeren, wie Polyethylen,
Polypropylen, Vinylchloridharz, Polystyrol, Methylmethacrylatharz,
Polyamid, Polyacetal, Polycarbonat, Polyester, Polyphenylenether,
Polymethylpenten, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyphthalimid, Polyphenylensulfid,
Polyarylat, Polyimid, Polyetherimid und Polyetheretherketon, oder
Vorstufen von duroplastischen Harzen, wie Phenolharz, Epoxyharz,
Acrylharz, Melaminharz, Alkydharz, Harnstoffharz und Silikonharz
ein. Unter diesen sind thermoplastische Harze bevorzugt. Unter dem
Gesichtspunkt von hoher Leistung sind technische Kunststoffe, wie
Polyamid, Polyacetal, Polycarbonat, Polysulfon und Polyarylat stärker bevorzugt.
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In
der vorliegenden Erfindung wird, wenn es beabsichtigt ist, ein Polymermaterial
zu erhalten, das nur aus einem organisch-anorganischen Hybridpolymermaterial
besteht, es empfohlen, ein organisches Polymer, welches mindestens
ein Polyarylat umfasst, das nur den erstgenannten Zweck unter den
vorstehend beschriebenen Zwecken erreichen kann, zu verwenden. In
diesem Fall kann eine einzige Art eines organischen Polymers allein
verwendet werden oder ein Gemisch von mehreren Arten von organischen
Polymeren kann verwendet werden. Wenn es beabsichtigt ist, ein Polymermaterial,
welches ein organisch- anorganisches
Hybridpolymermaterial enthält,
aus z. B. Gründen
der Kosten und physikalischen Eigenschaften zu erhalten, kann eine
einzige Art oder mehrere Arten von organischen Polymeren, die jeden
der vorstehenden Zwecke erreichen können, verwendet werden. Welcher
Typ organische(s) Polymer(e) verwendet wird, wird in Abhängigkeit vom
Zweck bestimmt, mit der Maßgabe,
dass, wenn mehrere Arten von organischen Polymeren verwendet werden,
alle organischen Polymere Kompatibilität zeigen müssen, um makroskopische Phasentrennung
in einem Polymermaterial zu verhindern.
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Das
in der vorliegenden Erfindung zu verwendende organische Polymer
umfasst mindestens ein Polyarylat. Ein Gemisch von mehreren Arten
an organischen Polymeren kann verwendet werden, solange diese alle
Kompatibilität
aufweisen. Das organische Polymer, welches mindestens ein Polyarylat
umfasst, kann von jeder Form sein, wie einer verzweigten Form und
einer linearen Form. Natürlich
können
auf dem Markt befindliche Produkte verwendet werden. Das organische
Polymer kann durch jedes Verfahren synthetisiert werden. Das Molekulargewicht
des organischen Polymers ist nicht besonders eingeschränkt, aber
es beträgt,
bezogen auf das Zahlenmittel des Molekulargewichts, vorzugsweise
etwa 500 bis etwa 100.000 und stärker
bevorzugt etwa 1.000 bis etwa 50.000. Das organische Polymer kann
eine von einer Metallalkoxygruppe verschiedene funktionelle Gruppe
aufweisen oder nicht aufweisen.
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Metallalkoxidverbindung
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In
der vorliegenden Erfindung kann jeder Typ einer Metallalkoxidverbindung
verwendet werden. Bevorzugt sind Verbindungen der Formel (1): ApM (1)wobei A
ein Alkoxyrest mit 1 bis 8, vorzugsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatomen
ist, M ein Metallelement, ausgewählt
z. B. aus Si, Ti, Zr, Fe, Cu, Sn, B, Al, Ge, Ce, Ta und W, vorzugsweise
aus Si, Ti und Zr, bezeichnet und p eine ganze Zahl von 2 bis 6
ist.
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Besonders
werden Tetraalkoxysilan, wie Tetramethoxysilan, Tetraethoxysilan,
Tetraisopropoxysilan und Tetrabutoxysilan; Tetraalkoxytitan, wie
Tetra-n-propoxytitan, Tetraisopropoxytitan und Tetrabutoxytitan;
Tetraalkoxyzirkonium, wie Tetra-n-propoxyzirkonium, Tetraisopropoxyzirkonium
und Tetrabutoxyzirkonium; und Metallalkoxid, wie Dimethoxykupfer,
Diethoxybarium, Trimethoxybor, Triethoxygallium, Tributoxyaluminium, Tetraethoxygermanium,
Tetrabutoxyblei, Penta-n-propoxytantal und Hexaethoxywolfram erwähnt.
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Andere
Beispiele schließen
Verbindungen der Formel (2) ein: RkAlM(R'mX)n (2)wobei
R Wasserstoff oder ein Alkylrest mit 1 bis 12, vorzugsweise 1 bis
5 Kohlenstoffatomen oder ein Phenylrest ist, A ein Alkoxyrest mit
1 bis 8, vorzugsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, M ein Metallelement,
ausgewählt
z. B. aus Si, Ti, Zr, Fe, Cu, Sn, B, Al, Ge, Ce, Ta und W, vorzugsweise
aus Si, Ti, und Zr, bezeichnet, R' ein Alkylen- oder Alkylidenrest mit
1 bis 4, vorzugsweise 2 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, X eine allgemeine
funktionelle Gruppe, wie einen Isocyanatrest, einen Epoxyrest, einen
Carboxylrest, einen Säurehalogenidrest,
einen Säureanhydridrest,
einen Aminorest, einen Thiolrest, einen Vinylrest, einen Methacrylrest
und ein Halogenatom darstellt, k eine ganze Zahl von 0 bis 5 ist,
l eine ganze Zahl von 1 bis 5 ist, m 0 oder 1 ist und n eine ganze
Zahl von 0 bis 5 ist.
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Wenn
Si als ein Beispiel genommen wird, sind spezifische Beispiele der
Metallalkoxidverbindung wie folgt:
(Alkyl)alkoxysilan, wie
Trimethoxysilan, Triethoxysilan, Tri-n-propoxysilan, Dimethoxysilan,
Diethoxysilan, Diisopropoxysilan, Monomethoxysilan, Monoethoxysilan,
Monobutoxysilan, Methyldimethoxysilan, Ethyldiethoxysilan, Dimethylmethoxysilan,
Diisopropylisopropoxysilan, Methyltrimethoxysilan, Ethyltriethoxysilan,
n-Propyltri-n-propoxysilan,
Butyltributoxysilan, Dimethyldimethoxysilan, Diethyldiethoxysilan,
Diisopropyldiisopropoxysilan, Dibutyldibutoxysilan, Trimethylmethoxysilan,
Triethylethoxysilan, Tri-n-propyl-n-propoxysilan, Tributylbutoxysilan,
Phenyltrimethoxysilan, Diphenyldiethoxysilan und Triphenylmethoxysilan;
(Alkyl)alkoxysilan mit einem Isocyanatrest, wie 3-Isocyanatopropyltriethoxysilan,
2-Isocyanatoethyltri-n-propoxysilan, 3-Isocyanatopropylmethyldimethoxysilan,
2-Isocyanatoethylethyldibutoxysilan, 3-Isocyanatopropyldimethylisopropoxysilan,
2-Isocyanatoethyldiethylbutoxysilan, Di(3-isocyanatopropyl)diethoxysilan,
Di(3-isocyanatopropyl)methylethoxysilan und Ethoxysilantriisocyanat;
(Alkyl)alkoxysilan mit einem Epoxyrest, wie 3-Glycidoxypropyltriethoxysilan,
3-Glycidoxypropylmethyldimethoxysilan, 3-Glycidoxypropyldimethylethoxysilan,
2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilan und 3,4-Epoxybutyltrimethoxysilan;
(Alkyl)alkoxysilan mit einem Carboxylrest, wie Carboxymethyltriethoxysilan,
Carboxymethylethyldiethoxysilan und Carboxyethyldimethylmethoxysilan;
Alkoxysilan mit einem Säureanhydridrest,
wie 3-(Triethoxysilyl)-2-methylpropylbernsteinsäureanhydrid; Alkoxysilan mit
einem Säurehalogenidrest,
wie 2-(4-Chlorsulfonylphenyl)ethyltriethoxysilan; (Alkyl)alkoxysilan
mit einem Aminorest, wie 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltriethoxysilan,
N-2-(Aminoethyl)-3-aminopropyltriethoxysilan, N-2-(Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilan
und N-Phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilan; (Alkyl)alkoxysilan mit
einem Thiolrest, wie 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan, 2-Mercaptoethyltriethoxysilan
und 3-Mercaptopropylmethyldimethoxysilan; (Alkyl)alkoxysilan mit
einem Vinylrest, wie Vinyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan und
Vinylmethyldiethoxysilan; (Alkyl)alkoxysilan mit einem Methacrylrest,
wie 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, 3-Methacryloxypropyltriethoxysilan
und 3-Methacryloxypropylmethyldimethylsilan; und (Alkyl)alkoxysilan
mit einem Halogenatom, wie Triethoxyfluorsilan, 3-Chlorpropyltrimethoxysilan,
3-Brompropyltriethoxysilan und 2-Chlorethyl-methyldimethoxysilan.
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Ähnliche
Verbindungen können
natürlich
für andere
Metalle, wie Ti, Zr, Fe, Cu, Sn, B, Al, Ge, Ce, Ta und W, ebenso
wie für
Si, erwähnt
werden.
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Nur
eine Art oder mehrere Arten von derartigen Metallalkoxyverbindungen
können
angewendet werden. Ferner können
eine Metallalkoxidverbindung, welche in einem Molekül mehrere
Arten von Metallelementen enthält,
z. B. Mg[Al(iso-OC3H7)4]2, Ba[Zr2(OC2H5)9]2, (C3H7O)2Zr[Al(OC3H7)4]2, eine Metallalkoxidverbindung vom Oligomertyp,
welche in einem Molekül
zwei oder mehr Wiederholungseinheiten aufweist, z. B. Tetramethoxysilanoligomer
und Tetraethoxysilanoligomer, oder eine Metallalkoxidverbindung
mit einer dreidimensionalen Struktur, z. B. Polymethylsilsesquioxan
und Polyphenylsilsequioxan, verwendet werden. Überdies kann der Alkoxyrest
z. B. durch einen Acetoxyrest oder Acetylacetoxyrest ersetzt werden.
Weiterhin kann die Metallalkoxidverbindung teilweise hydrolysiert
oder polykondensiert sein.
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Polymermaterial
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Das
Polymermaterial der vorliegenden Erfindung wird durch Schmelzkneten
einer Harzzusammensetzung, welche ein organisches Polymer, welches
mindestens ein Polyarylat umfasst, und eine Metallalkoxidverbindung
enthält,
mit einem Knetapparat erhalten. Der größte Teil der Metallalkoxidverbindung
wird durch diese Behandlung zu einem Metalloxid umgewandelt. Wenn
jedoch ein organisches Polymer, welches mindestens ein Polyarylat
umfasst, mit z. B. einer Esterbindung, einer Carbonatbindung, einer
Amidbindung oder einer Urethanbindung verwendet wird, reagiert ein
Teil der Metallalkoxidverbindung mit diesem organischen Polymer,
um ein organisch-anorganisches Hybridpolymermaterial zu bilden,
in welchem das organische Polymer, welches mindestens ein Polyarylat
umfasst, und das Metalloxid und/oder anorganische Bestandteile zusammen
verbunden sind und diese Bestandteile fein dispergiert sind. Ferner
ist es, wenn das Zusammensetzungsverhältnis des organischen Polymers,
welches mindestens ein Polyarylat umfasst, und der Metallalkoxidverbindung,
die Anzahl der vorstehend erwähnten
Bindungen in dem organischen Polymer, welches mindestens ein Polyarylat
umfasst, und die Knetbedingungen reguliert werden, oder wenn ein
organisches Polymer, welches die •vorstehend erwähnten Bindungen
nicht aufweist, zusammen verwendet wird, ebenfalls möglich, ein Polymermaterial
zu erhalten, welches ein organisch-anorganisches Hybridpolymermaterial
als einen Bestandteil enthält.
Im Fall eines derartigen Polymermaterials wirkt das enthaltende
organisch-anorganische Hybridpolymermaterial als ein Oberflächenmodifizierer
und versieht ein organisches Polymer und ein Metalloxid, welche
im Allgemeinen inkompatibel sind, mit Affinität. Aus diesen Tatsachen wird
erwartet, dass das in der vorliegenden Erfindung erhaltene Polymermaterial überlegene
Charakteristika und neue Funktionen aufweist.
-
Das
Zusammensetzungsverhältnis
des organischen Polymers, welches mindestens ein Polyarylat umfasst,
und der Metallalkoxidverbindung kann gegebenenfalls in Abhängigkeit
von den erwünschten
Charakteristika oder Funktionen eingestellt werden. Unter Berücksichtigung
der praktischen Ausführbarkeit
während der
Behandlung und der Charakteristika eines zu erhaltenen Materials
liegt jedoch das Gewichtsverhältnis
jener Bestandteile vorzugsweise im Bereich von 1:99 bis 99,9:0,1,
stärker
bevorzugt von 10:90 bis 99:1. Wenn die Menge des verwendeten organischen
Polymers, welches mindestens ein Polyarylat umfasst, zu klein ist, wird
es schwierig, das Kneten durchzuführen. Nicht alles der Metallalkoxidverbindung
reagiert notwendigerweise mit dem organischen Polymer, welches mindestens
ein Polyarylat umfasst, und es besteht eine Möglichkeit des Verlierens von
Einigem der Metallalkoxidverbindung aufgrund von erzeugter oder
angewendeter Wärme
während
des Knetens in Abhängigkeit
vom Typ der Metallalkoxidverbindung. Demgemäß wird, wenn die Menge der
verwendeten Metallalkoxidverbindung zu klein ist, die Menge des
zu formenden organisch-anorganischen Hybridpolymermaterials klein
werden und die Charakteristika des so erhaltenen Materials können nicht
verbessert werden.
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Im
Fall, wobei ein organisches Polymer, welches mindestens ein Polyarylat
umfasst, mit z. B. einer Esterbindung, einer Carbonatbindung, einer
Amidbindung oder einer Urethanbindung und ein organisches Polymer,
welches eine derartige Bindung nicht aufweist, zusammen verwendet
werden, beträgt
der Gehalt des organischen Polymers, welches die vorstehend erwähnte Bindung
aufweist, vorzugsweise 1% oder mehr und stärker bevorzugt 5% oder mehr.
Wenn der Gehalt eines organischen Polymers, welches die vorstehend
erwähnte
Bindung aufweist, zu klein ist, können die Charakteristika eines
Materials nicht verbessert werden. Ferner kann es für das organische
Polymer, welche die vorstehend erwähnte Bindung nicht aufweist,
und das Metalloxid und/oder die anorganischen Bestandteile leichter
werden, eine makroskopische Phasentrennung zu bilden. Die Charakteristika
eines Polymermaterials können
ebenfalls verschlechtert werden.
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Verfahren zur Herstellung
eines Polymermaterials und eines geformten Produkts
-
Ein
Verfahren zur Herstellung eines Polymermaterials in der vorliegenden
Erfindung ist gekennzeichnet durch Schmelzkneten einer Harzzusammensetzung,
welche ein organisches Polymer, welches mindestens ein Polyarylat
umfasst, und eine Metallalkoxidverbindung enthält, mit einem Knetapparat,
um die Metallalkoxidverbindung und das organische Polymer, welche
mindestens ein Polyarylat umfasst, reagieren zu lassen. Dies macht
es möglich,
ein Polymermaterial einfach bei hoher Produktivität und niedrigen
Kosten herzustellen, wobei organisches Polymer, welches mindestens
ein Polyarylat umfasst, und ein Metalloxid und/oder anorganische
Bestandteile, welche im Allgemeinen miteinander inkompatibel sind,
kovalent gebunden sind und diese Bestandteile gleichmäßig und
fein dispergiert in dem organischen Polymer vorliegen. Ein so erhaltenes
Polymermaterial kann geformt werden, und geformte Produkte von komplexer
Form können ebenfalls
hergestellt werden. Das Polymermaterial kann direkt aus seinem geschmolzenen
Zustand nach dem Kneten geformt werden. In einer anderen Ausführungsform
kann ein aus einem Knetapparat entnommener Strang in eine geeignete
Form, wie Pellets, geformt werden und dann wieder verarbeitet werden.
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Die
Folgenden sind spezifische Beispiele von Verfahren zur Herstellung
des Polymermaterials und des geformten Produkts der vorliegenden
Erfindung.
- 1) Ein organisches Polymer, welches
mindestens ein Polyarylat umfasst, mit irgendeiner aus Ester-, Carbonat-,
Amid- und Urethanbindungen wird aus einer Beschickungsvorrichtung
eines Ein- oder Doppelschneckenextruders zugeführt und wird einer Wärmebehandlung
zu einem geschmolzenen Zustand unterworfen. Als nächstes wird
das organische Polymer, welches mindestens ein Polyarylat umfasst,
zusammen mit dem Zuführen
einer Metallalkoxidverbindung zu dem Polymer aus einer Flüssigbeschickungsvorrichtung
schmelzgeknetet. Durch dieses Verfahren lässt man die Metallalkoxidverbindung
und das organische Polymer reagieren. Während der vorstehenden Verfahren
kann der Gehalt eines organisch-anorganischen Hybridpolymermaterials
in einem Polymermaterial durch zum Beispiel Regulieren der Beschickungsgeschwindigkeit
der Metallalkoxidverbindung eingestellt werden. Das schmelzgeknetete
Material wird dann aus dem Extruder entnommen und wird gleichzeitig
direkt geformt, z. B. zu einer Folie, einer Bahn, einem Stab oder
einem Rohr, unter Verwendung von z. B. einer Strangpressmaschine.
Der alternative Weg ist, einen aus dem Extruder entnommenen Strang
in eine geeignete Form, wie Pellets, zu formen und danach wieder
in eine erwünschte
Form unter Verwendung z. B. einer Spritzgießmaschine zu formen. Ein so
erhaltenes geformtes Produkt umfasst ein organisch-anorganisches
Hybridpolymermaterial, umfassend ein organisches Polymer, welches
mindestens ein Polyarylat umfasst, und Metalloxid und/oder anorganische
Bestandteile, die zusammen gebunden sind, oder ein Polymermaterial,
umfassend ein organisches Polymer, welches mindestens ein Polyarylat
umfasst, welches das organisch-anorganische Hybridmaterial darin gleichmäßig fein
dispergiert enthält.
- 2) Ein organisches Polymer, welches mindestens ein Polyarylat
umfasst, mit irgendeiner aus Ester-, Carbonat-, Amid- und Urethanbindungen
wird aus einer Beschickungsvorrichtung eines Ein- oder Doppelschneckenextruders
zugeführt
und wird einer Wärmebehandlung
zu einem geschmolzenen Zustand unterworfen. Als nächstes wird
Schmelzkneten durchgeführt,
während
eine Lösung,
welche eine Metallalkoxidverbindung enthält, die teilweise hydrolysiert
und polykondensiert worden ist, in dem sie in einem geeigneten Lösungsmittel
gelöst
wurde, gefolgt von der Zugabe einer Spur Feuchtigkeit, aus einer
Flüssigbeschickungsvorrichtung
zugeführt
wird. Dieses Verfahren bewirkt ferner die Reaktion der Metallalkoxidverbindung
und bewirkt gleichzeitig ebenfalls, dass die Metallalkoxidverbindung
und das organische Polymer, welches mindestens ein Polyarylat umfasst,
reagieren. Während
derartiger Verfahren kann der Gehalt eines organisch-anorganischen Hybridpolymermaterials
in einem Polymermaterial durch zum Beispiel Regulieren der Beschickungsgeschwindigkeit
der Metallalkoxidverbindung eingestellt werden. Das schmelzgeknetete
Material wird dann aus dem Extruder entnommen und wird gleichzeitig
geformt, z. B. zu einer Folie, einer Bahn, einem Stab oder einem
Rohr, unter Verwendung von z. B. einer Strangpressmaschine. Der
alternative Weg ist, einen aus dem Extruder entnommen Strang in
eine geeignete Form, wie Pellets, zu formen und danach in eine erwünschte Form
unter Verwendung z. B. einer Spritzgießmaschine zu formen. Ein so
erhaltenes geformtes Produkt umfasst ein organisch-anorganisches
Hybridpolymermaterial, umfassend ein organisches Polymer, welches
mindestens ein Polyarylat umfasst, und Metalloxid und/oder anorganische
Bestandteile, die zusammen verbunden sind, oder ein Polymermaterial,
umfassend ein organisches Polymer, welches mindestens ein Polyarylat
umfasst, welches das organisch-anorganische Hybridmaterial darin
gleichmäßig fein
dispergiert enthält.
- 3) Ein organisches Polymer, welches mindestens ein Polyarylat
umfasst, mit irgendeiner aus Ester-, Carbonat-, Amid- und Urethanbindungen
wird aus einer Beschickungsvorrichtung eines Ein- oder Doppelschneckenextruders
zugeführt
und wird einer Wärmebehandlung
zu einem geschmolzenen Zustand unterworfen. Als nächstes wird
das organische Polymer, welches mindestens ein Polyarylat umfasst,
zusammen mit dem Zuführen
einer Metallalkoxidverbindung zu dem Polymer aus einer Flüssigbeschickungsvorrichtung
schmelzgeknetet. Durch dieses Verfahren lässt man die Metallalkoxidverbindung
und das organische Polymer, welches mindestens ein Polyarylat umfasst,
reagieren. Danach wird ein organisches Polymer, welches keine der
vorstehend erwähnten
Bindungen aufweist, aus einer Seitenbeschickungsvorrichtung zugeführt und
zusätzliches
Schmelzkneten wird durchgeführt.
Ein schließlich
erhaltenes schmelzgeknetetes Material wird aus dem Extruder entnommen
und wird gleichzeitig geformt, z. B. zu einer Folie, einer Bahn,
einem Stab oder einem Rohr, unter Verwendung z. B. einer Strangpressmaschine.
Der alternative Weg ist, einen aus dem Extruder entnommenen Strang
zu einer geeignete Form, wie Pellets, zu formen und danach wieder
in eine erwünschte
Form unter Verwendung z. B. einer Spritzgießmaschine zu formen. Ein so
erhaltenes geformtes Produkt umfasst ein Polymermaterial, umfassend
ein organisches Polymer, welches darin ein organisch-anorganische Hybridmaterial
gleichmäßig fein
dispergiert enthält.
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In
dem vorstehenden Herstellungsbeispiel kann das Zusammensetzungsverhältnis des
organischen Polymers, welches mindestens ein Polyarylat umfasst,
und der Metallalkoxidverbindung von 1:99 bis 99,9:0,1, eingestellt
werden, in Abhängigkeit
von den erwünschten
Charakteristika oder Funktionen. Unter Berücksichtigung der praktischen
Ausführbarkeit
während
der Behandlung und der Charakteristika eines zu erhaltenen Materials
kann jedoch das Gewichtsverhältnis
jener Bestandteile vorzugsweise von 10:90 bis 99:1 und stärker bevorzugt
von 50:50 bis 99:1 eingestellt werden.
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Im
Fall, wobei ein organisches Polymer, welches mindestens ein Polyarylat
umfasst, mit irgendeiner aus Ester-, Carbonat-, Amid- und Urethanbindungen
und ein organisches Polymer, welches derartige Bindungen nicht aufweist,
zusammen verwendet werden, beträgt
der Gehalt des organischen Polymers, welches die vorstehend erwähnte Bindung
aufweist, vorzugsweise 1% oder mehr und stärker bevorzugt 5% oder mehr. Wenn
der Gehalt eines organischen Polymers, welches mindestens ein Polyarylat
umfasst, welches die vorstehend erwähnte Bindung aufweist, zu klein
ist, können
die Charakteristika eines Polymermaterials nicht verbessert werden
oder können
verschlechtert werden.
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Knet-
und Formbedingungen einschließlich
Temperatur, Geschwindigkeit, Druck und dergleichen werden geeignet
in Abhängigkeit
von dem Typ des zu verwendenden organischen Polymers, welches mindestens ein
Polyarylat umfasst, bestimmt, und sind nicht besonders eingeschränkt, solange
es jene Bedingungen sind, wobei das organische Polymer, welches
mindestens ein Polyarylat umfasst, geschmolzen wird und vollständig mit
den anderen Ausgangsmaterialien verknetet wird. Wenn Kneten nur
in einem ungenügenden
Ausmaß durch
eine Behandlung bewirkt wird, kann das entnommene geknetete Material
in demselben Knetapparat zwei oder mehrere Male behandelt werden
oder die Materialien können
mit einer Mehrzahl von Knetapparaten und/oder Knetapparaten verschiedener
Typen behandelt werden. Unter Berücksichtigung des Gesichtspunktes
der zweckmäßigen Verwendung
ist es jedoch bevorzugt, das Kneten mit einer Behandlung durch Optimieren
der Knetbedingungen abzuschließen.
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In
dem Knetschritt in der vorliegenden Erfindung kann eine kleine Menge
Feuchtigkeit oder eines Katalysators zum Zweck der weiteren Verbesserung
der Reaktivität
der Metallalkoxidverbindung und des organischen Polymers zugegeben
werden. Die Menge an Feuchtigkeit ist nicht besonders begrenzt und
kann geeignet in Abhängigkeit
von den physikalischen Eigenschaften der zu verwendenden Ausgangsmaterialien
eingestellt werden, aber eine zu große Menge an Feuchtigkeit wird
ein Risiko von Unfällen,
die z. B. aus einem Dampfausbruch herrühren, bewirken.
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Ferner
ist es notwendig, die Menge der Feuchtigkeit sorgfältig einzustellen,
weil ein Risiko von Hydrolyse in Abhängigkeit von dem Typ des organischen
Polymers, welches mindestens ein Polyarylat umfasst, bewirkt werden
wird. Als Katalysator können
verschiedene Arten von sauren Katalysatoren, basischen Katalysatoren
und Metallkatalysatoren verwendet werden. Jedoch ist eine geeignete
Auswahl von Typ und Menge eines Katalysators erforderlich, weil
ein organisches Polymer, welches mindestens ein Polyarylat umfasst,
durch einen Katalysator, in Abhängigkeit
von dem Typ des organischen Polymers, welches mindestens ein Polyarylat umfasst,
zersetzt werden kann.
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In
allen Schritten der vorliegenden Erfindung kann ein Metall, z. B.
Si, Ti, Zr, Fe, Cu, Sn, B, Al, Ge, Ce, Ta und W, Metalloxid, Metallkomplex
oder anorganisches Salz zum Zweck des Verbesserns oder Bereitstellens von
Funktionen, wie Festigkeit, Härte,
Wetterbeständigkeit,
chemischer Beständigkeit,
Flammschutz und Elektrostatik, verwendet werden. Ferner können Weichmacher,
wie jene im Allgemeinen angewendeten, gegebenenfalls in Abhängigkeit
von dem Typ des zu verwendenden organischen Polymers, welches mindestens
ein Polyarylat umfasst, verwendet werden.
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Das
durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellte Polymermaterial
enthält
ein organisches Polymer, welches mindestens ein Polyarylat umfasst,
welches gut die von einem anorganischen Material besessenen Charakteristika,
wie mechanische Festigkeit, Wärmebeständigkeit,
Wetterbeständigkeit, Oberflächenhärte, Steifigkeit,
Wasserbeständigkeit,
chemische Beständigkeit,
Antifouling-Eigenschaft und Flammschutz, aufweist. Mit anderen Worten
weist das anorganische Material gut die von dem organischen Polymer,
welches mindestens ein Polyarylat umfasst, besessenen Charakteristika,
wie Schlagzähigkeit,
Flexibilität
und Verarbeitbarkeit, auf.
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Die
vorliegende Erfindung stellt Polymermaterialien, die hohe Leistung
und hohe Funktion benötigen, wie
Folien, Strukturmaterialien, optische Materialien, Oberflächenmodifizierer,
elektrische oder elektronische Materialien, und medizinische Materialien,
und ein einfaches und zweckmäßiges Verfahren
zur Herstellung derselben bei niedrigen Kosten bereit. Zusätzlich können die
vorstehend erwähnten
Hochleistungs- und Hochfunktionspolymermaterialien mit komplexen
Formen, geformt werden, weil übliche
Formmaschinen für
Kunststoffe, wie Spritzgießmaschinen
und Strangpressmaschinen, in dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung
angewendet werden können.
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Referenzbeispiel 1 (nicht durch die Ansprüche umfasst)
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1500
g Polycarbonat (Iupilon), hergestellt von Mitsubishi Engineering-Plastics
Corporation, und 16,6 g MKC Silicate MS-56, hergestellt von MITSUBISHI
CHEMICAL CORPORATION, wurden gleichmäßig mit einem Henschel-Mischer,
Modell FM10B, hergestellt von Mitsui-Miike Chemical Engineering
Machines Co., Ltd., gemischt. Das so erhaltene Gemisch wurde einem
kompakten Hochgeschwindigkeitsdoppelschneckenextruder, Modell KZW15-45MG,
hergestellt von TECHNOVEL CORPORATION, zugeführt und wurde bei einer Beschickungsdrehzahl
von 50 U/min., einer Schneckendrehzahl von 200 U/min. und einer
Temperatur von 280°C schmelzgeknetet.
Ein entnommener Strang wurde abgekühlt und wurde mit einem Granulator
granuliert. Die so erhaltenen Pellets wurden mit einer kompakten
Spritzgießmaschine
HM-7DENKEY, hergestellt von NISSEI PLASTIC INDUSTRIAL CO., LTD.,
unter Rahmenbedingungen bei einer Schmelztemperatur von 300°C behandelt,
und verschiedene Arten von Probekörpern wurden hergestellt.
(Organisches
Polymer:Metallalkoxid = 98,9:1,1 ∼ 99:1)
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Referenzbeispiel 2 (nicht durch die Ansprüche umfasst)
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1500
g Polycarbonat (Iupilon), hergestellt von Mitsubishi Engineering-Plastics
Corporation, wurden einem kompakten Hochgeschwindigkeitsdoppelschneckenextruder,
Modell KZW15-45MG,
hergestellt von TECHNOVEL CORPORATION, zugeführt. Während das Polycarbonat bei
einer Beschickungsdrehzahl von 50 U/min., einer Schneckendrehzahl
von 200 U/min. und einer Temperatur von 280°C behandelt wurde, wurden 156
g Tetraethoxysilan langsam mit einer Flüssigbeschickungsvorrichtung
zugeführt
und Schmelzkneten wurde durchgeführt.
Ein entnommener Strang wurde abgekühlt und mit einem Granulator
granuliert. Die so erhaltenen Pellets wurden mit einer kompakten
Spritzgießmaschine
HM-7DENKEY, hergestellt von NISSEI PLASTIC INDUSTRIAL CO., LTD.,
unter Rahmenbedingungen bei einer Schmelztemperatur von 300°C behandelt, und
verschiedene Arten von Probekörpern
wurden hergestellt.
(Organisches Polymer:Metallalkoxid = 90,6:9,4 ∼ 90:10)
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Referenzbeispiel 3 (nicht durch die Ansprüche umfasst)
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1500
g Polysulfon, hergestellt von Aldrich Chemical Company, Inc., und
16,6 g MKC Silicate MS-56, hergestellt von MITSUBISHI CHEMICAL CORPORATION,
wurden gleichmäßig mit
einem Henschel-Mischer, Modell FM10B, hergestellt von Mitsui-Miike
Chemical Engineering Machines Co., Ltd., gemischt. Das so erhaltene
Gemisch wurde einem kompakten Hochgeschwindigkeitsdoppelschneckenextruder,
Modell KZW15-45MG, hergestellt von TECHNOVEL CORPORATION, zugeführt und
wurde bei einer Beschickungsdrehzahl von 60 U/min., einer Schneckendrehzahl
von 200 U/min. und einer Temperatur von 330°C schmelzgeknetet. Ein entnommener
Strang wurde abgekühlt
und wurde mit einem Granulator granuliert. Die so erhaltenen Pellets
wurden mit einer kompakten Spritzgießmaschine HM-7DENKEY, hergestellt
von NISSEI PLASTIC INDUSTRIAL CO., LTD., unter Rahmenbedingungen
bei einer Schmelztemperatur von 350°C behandelt, und verschiedene
Arten von Probekörpern
wurden hergestellt.
(Organisches Polymer:Metallalkoxid = 98,9:1,1 ∼ 99:1)
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Beispiel 4
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1500
g Polyarylat (U-Polymer), hergestellt von UNITIKA LTD., wurden einem
kompakten Hochgeschwindigkeitsdoppelschneckenextruder, Modell KZW15-45MG,
hergestellt von TECHNOVEL CORPORATION, zugeführt. Während das Polyarylat bei einer
Beschickungsdrehzahl von 60 U/min., einer Schneckendrehzahl von
150 U/min. und einer Temperatur von 300°C behandelt wurde, wurden 156
g Tetraethoxysilan langsam einer Flüssigbeschickungsvorrichtung
zugeführt
und Schmelzkneten wurde durchgeführt.
Ein entnommener Strang wurde abgekühlt und wurde mit einem Granulator
granuliert. Die so erhaltenen Pellets wurden mit einer kompakten
Spritzgießmaschine
HM-7DENKEY, hergestellt von NISSEI PLASTIC INDUSTRIAL CO., LTD.,
unter Rahmenbedingungen bei einer Schmelztemperatur von 320°C behandelt,
und verschiedene Arten von Probekörpern wurden hergestellt.
(Organisches
Polymer:Metallalkoxid = 90,6:9,4 ∼ 90:10)
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Referenzbeispiel 5 (nicht durch die Ansprüche umfasst)
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1500
g Polyethylenterephthalat, hergestellt von Aldrich Chemical Company,
Inc., und 16,6 g MKC Silicate MS-56, hergestellt von MITSUBISHI
CHEMICAL CORPORATION, wurden gleichmäßig mit einem Henschel-Mischer,
Modell FM10B, hergestellt von Mitsui-Miike Chemical Engineering
Machines Co., Ltd., gemischt. Das so erhaltene Gemisch wurde einem
kompakten Hochgeschwindigkeitsdoppelschneckenextruder, Modell KZW15-45MG,
hergestellt von TECHNOVEL CORPORATION, zugeführt und wurde bei einer Beschickungsdrehzahl
von 60 U/min., einer Schneckendrehzahl von 200 U/min. und einer
Temperatur von 280°C schmelzgeknetet.
Ein entnommener Strang wurde abgekühlt und wurde mit einem Granulator
granuliert. Die so erhaltenen Pellets wurden mit einer kompakten
Spritzgießmaschine
HM-7DENKEY, hergestellt von NISSEI PLASTIC INDUSTRIAL CO., LTD.,
unter Rahmenbedingungen bei einer Schmelztemperatur von 280°C behandelt,
und verschiedene Arten von Probekörpern wurden hergestellt.
(Organisches
Polymer:Metallalkoxid = 99:1)
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Referenzbeispiel 6 (nicht durch die Ansprüche umfasst)
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1500
g Polyamid (Nylon 6/6), hergestellt von Aldrich Chemical Company,
Inc., wurden einem kompakten Hochgeschwindigkeitsdoppelschneckenextruder,
Modell KZW15-45MG, hergestellt von TECHNOVEL CORPORATION, zugeführt. Während das
Polyamid bei einer Beschickungsdrehzahl von 80 U/min., einer Schneckendrehzahl
von 200 U/min. und einer Temperatur von 280°C behandelt wurde, wurden 156
g Tetraethoxysilan langsam mit einer Flüssigbeschickungsvorrichtung
zugeführt
und Schmelzkneten wurde durchgeführt.
Ein entnommener Strang wurde abgekühlt und wurde mit einem Granulator
granuliert. Die so erhaltenen Pellets wurden mit einer kompakten
Spritzgießmaschine
HM-7DENKEY, hergestellt von NISSEI PLASTIC INDUSTRIAL CO., LTD.,
unter Rahmenbedingungen bei einer Schmelztemperatur von 290°C behandelt,
und verschiedene Arten von Probekörpern wurden hergestellt.
(Organisches
Polymer:Metallalkoxid = 90,6:9,4 ∼ 90:10)
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Referenzbeispiel 7 (nicht durch die Ansprüche umfasst)
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1500
g Polymethylmethacrylat, hergestellt von Aldrich Chemical Company,
Inc., wurden einem kompakten Hochgeschwindigkeitsdoppelschneckenextruder,
Modell KZW15-45MG, hergestellt von TECHNOVEL CORPORATION, zugeführt. Während das
Polymethylmethacrylat bei einer Beschickungsrehzahl von 80 U/min.,
einer Schneckendrehzahl von 200 U/min. und einer Temperatur von
210°C behandelt
wurde, wurden 156 g Tetraethoxysilan langsam mit einer Flüssigbeschickungsvorrichtung
zugeführt
und Schmelzkneten wurde durchgeführt.
Ein entnommener Strang wurde abgekühlt und wurde mit einem Granulator
granuliert. Die so erhaltenen Pellets wurden mit einer kompakten
Spritzgießmaschine
HM-7DENKEY, hergestellt von NISSEI PLASTIC INDUSTRIAL CO., LTD.,
unter Rahmenbedingungen bei einer Schmelztemperatur von 220°C behandelt,
und verschiedene Arten von Probekörpern wurden hergestellt.
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Vergleichsbeispiele 1 bis 6
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Polycarbonat
(Vergleichsbeispiel 1), Polysulfon (Vergleichsbeispiel 2), Polyarylat
(Vergleichsbeispiel 3), Polyethylenterephthalat (Vergleichsbeispiel
4), Polyamid (Vergleichsbeispiel 5) und Polymethylmethacrylat (Vergleichsbeispiel
6), welche dieselben, wie jene in den Beispielen 1 bis 7 verwendeten
waren, wurden jeweils einem kompakten Hochgeschwindigkeitsdoppelschneckenextruder,
Modell KZW15-45MG, hergestellt von TECHNOVEL CORPORATION, zugeführt. Schmelzkneten
wurde unter geeigneten Bedingungen durchgeführt. Für jedes Polymer wurde ein entnommener
Strang abgekühlt
und wurde mit einem Granulator granuliert. Die so erhaltenen Pellets
wurden mit einer kompakten Spritzgießmaschine HM-7DENKEY behandelt,
und verschiedene Arten von Probekörpern wurden hergestellt.
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Vergleichsbeispiel 7
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45
g Polycarbonat (Iupilon), hergestellt von Mitsubishi Engineering-Plastics
Corporation, und 0,5 g MKC Silicate MS-56, hergestellt von MITSUBISHI
CHEMICAL CORPORATION, wurden einem Grabender HBI System Model 90
zugeführt
und wurden bei 280°C
für 10
min. gemischt. Das so erhaltene Gemisch wurde herausgenommen, abgekühlt und
danach mit einem Brechwerk zerkleinert. Das so erhaltene zerkleinerte
Material wurde mit einer kompakten Spritzgießmaschine HM-7DENKEY, hergestellt
von NISSEI PLASTIC INDUSTRIAL CO., LTD., unter Rahmenbedingungen
bei einer Schmelztemperatur von 300°C behandelt, und verschiedene
Arten von Probekörpern
wurden hergestellt.
(Organisches Polymer:Metallalkoxid = 99:1)
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Vergleichsbeispiel 8
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1500
g Polycarbonat (Iupilon), hergestellt von Mitsubishi Engineering-Plastics
Corporation, und 3,0 g feinteiliges Siliziumdioxid wurden gleichmäßig mit
einem Henschel-Mischer, Modell FM10B, hergestellt von Mitsui-Miike
Chemical Engineering Machines Co., Ltd., gemischt. Das so erhaltene
Gemisch wurde einem kompakten Hochgeschwindigkeitsdoppelschneckenextruder,
Modell KZW15-45MG, hergestellt von TECHNOVEL CORPORATION, zugeführt und
wurde bei einer Beschickungsdrehzahl von 50 U/min., einer Schneckendrehzahl
von 200 U/min. und einer Temperatur von 280°C schmelzgeknetet. Ein entnommener
Strang wurde abgekühlt
und wurde mit einem Granulator granuliert. Die so erhaltenen Pellets
wurden mit einer kompakten Spritzgießmaschine HM-7DENKEY, hergestellt
von NISSEI PLASTIC INDUSTRIAL CO., LTD., unter Rahmenbedingungen
bei einer Schmelztemperatur von 300°C behandelt, und verschiedene
Arten von Probekörpern wurden
hergestellt.
(Organisches Polymer:Feinteiliges Siliziumdioxid
= 99,8:0,2)
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Veraschungstest (gemäß JIS K 7052)
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Zum
Zweck des Ermittelns des Metalloxidgehalts in Polymermaterialien
wurde ein Test durchgeführt. 3
bis 5 g einer Probe wurden in einen Porzellantiegel zugeführt. Durch
Verwendung eines Gasbrenners wurden flüchtige Bestandteile entfernt
und bei niedriger Temperatur zersetzbare Bestandteile wurden verbrannt.
Der Tiegel wurde anschließend
in einen elektrischen Muffelofen überführt und die Probe wurde durch
Erwärmen bei
630°C für mindestens
3 h verbrannt. Aus dem Gewicht der so erhaltenen weißen Asche
wurde der Metalloxidgehalt in dem Material berechnet. Die Testergebnisse
sind in Tabelle 1 gezeigt. Die Ergebnisse des Tests bestätigten,
dass die Polymermaterialien der Beispiele etwa 0,2% Metalloxid und
anorganische Bestandteile enthielten.
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Rockwell-Härtetest (gemäß JIS K
7202)
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Zum
Zweck des Ermittelns der Härte
von Polymermaterialien wurde ein Test durchgeführt. Vor einem Test wurde ein
Probekörper
Konditionierung durch Stehen lassen in einer thermostatisch regulierten
Kammer bei einer Temperatur von 24°C und einer Feuchtigkeit von
58% für
mindestens 48 h unterworfen. Als ein Instrument, Modell ORK, hergestellt
von Akashi Seisakusho Co., Ltd.. Die Testbelastung und der Testmaßstab wurden
geeignet, in Abhängigkeit
von der Art der organischen Polymere, bestimmt. Die Testergebnisse
sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Die
Härte des
in jedem Beispiel hergestellten Polymermaterials wurde mit derjenigen
der als eine Matrix zu verwendenden Kunststoffe (Vergleichsbeispiele
1 bis 6) verglichen. Als Ergebnis wurde einer Verbesserung in der
Härte für alle Beispiele
festgestellt. Dieses Ergebnis wird wahrscheinlich durch Metalloxide
und anorganische Bestandteile, die in einem Polymermaterial enthalten
sind, bewirkt. Die Polymermaterialien vom Polycarbonattyp (Referenzbeispiele
1 und 2) wurden ebenfalls mit dem Vergleichsbeispiel 7 verglichen.
Als Ergebnis wiesen die Polymermaterialien der vorliegenden Erfindung
größere Härten auf.
Das Material von Vergleichsbeispiel 7 führte wahrscheinlich zu einer
ungenügenden
Reaktion der Metallalkoxidverbindung aufgrund einer niedrigen Knetleistung
des verwendeten Instruments, trotz einer ausreichenden Behandlungsdauer.
Nach diesen Tatsachen zu urteilen, ist es wahrscheinlich, dass Metalloxide
und anorganische Bestandteile nahezu gleichmäßig und in guten Bedingungen
in den Polymermaterialien, die durch das Herstellungsverfahren der
vorliegenden Erfindung hergestellt sind, vorhanden sind.
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Zugtest (gemäß JIS K 7113)
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Zum
Zweck des Ermittelns der mechanischen Charakteristika von Polymermaterialien
wurde ein Test durchgeführt.
Als Probekörper
wurde ein in JIS K 7113 bereitgestellter Halbgrößenprobekörper vom ersten Typ verwendet.
Vor einem Test wurde ein Probekörper
Konditionierung durch Stehen lassen in einer thermostatisch regulierten
Kammer bei einer Temperatur von 24°C und einer Feuchtigkeit von
58% für
mindestens 48 h unterworfen. Als ein Instrument, AUTOGRAPH DSS-5000,
hergestellt von Shimadzu Corporation. Die Messdose und die Testgeschwindigkeit
wurden auf 500 kpf bzw. 10 m/min. eingestellt. Die Testergebnisse
sind in Tabelle 2 gezeigt.
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Die
Dehngrenze, das Zugelastizitätsmodul
und die Zugbruchdehnung des in jedem Beispiel hergestellten Polymermaterials
wurden mit derjenigen der als eine Matrix zu verwendenden Kunststoffe
(Vergleichsbeispiele 1 bis 6) verglichen. Als Ergebnis wurde eine
Verbesserung der Streckgrenze und des Elastizitätsmoduls für alle Beispiele festgestellt.
Das Ergebnis wird wahrscheinlich durch Metalloxide und anorganische
Bestandteile, die in einem Polymermaterial enthalten sind, bewirkt.
Die Polymermaterialien vom Polycarbonattyp (Referenzbeispiele 1
und 2) wurden ebenfalls mit Vergleichsbeispiel 7 verglichen. Die
Polymermaterialien der vorliegenden Erfindung wiesen eine größere Festigkeit
und ein größeres Elastizitätsmodul
auf. Diese Tatsache bestätigte,
dass die Polymermaterialien der vorliegenden Erfindung Metalloxide
und anorganische Bestandteile gleichmäßig und in guten Bedingungen
enthielten und dass jene Polymermaterialien große mechanische Charakteristika
aufwiesen.
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Biegetest (gemäß JIS K 7171)
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Ein
Test wurde zum Zweck des Ermittelns der mechanischen Festigkeit
von Polymermaterialien durchgeführt.
Als Probekörper
wurde ein in JIS K 7171 bereitgestellter Standardprobekörper verwendet.
Vor einem Test wurde ein Probekörper
Konditionierung durch Stehen lassen in einer thermostatisch regulierten
Kammer bei einer Temperatur von 24°C und einer Feuchtigkeit von
58% für
mindestens 48 h unterworfen. Als ein Instrument, AUTOGRAPH DSS-5000,
hergestellt von Shimadzu Corporation. Die Messdose und die Testgeschwindigkeit
wurden auf 100 kpf bzw. 2 m/min. eingestellt. Die Testergebnisse
sind in Tabelle 2 gezeigt.
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Die
Biegefestigkeit des in jedem Beispiel hergestellten Polymermaterials
wurde mit derjenigen der als eine Matrix zu verwendenden Kunststoffe
(Vergleichsbeispiele 1 bis 6) verglichen. Als Ergebnis wurde eine Verbesserung
der Biegefestigkeit für
alle Beispiele festgestellt. Die Polymermaterialien vom Polycarbonattyp (Referenzbeispiele
1 und 2) wurden ebenfalls mit Vergleichsbeispiel 7 verglichen. Die
Polymermaterialien der vorliegenden Erfindung wiesen eine größere Festigkeit
auf. Diese Tendenz ist ähnlich
zu der im Zugtest festgestellten und wird wahrscheinlich durch Metalloxide
und anorganische Bestandteile, die in Polymermaterialien enthalten
sind, bewirkt.
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Izod-Schlagtest (gemäß JIS K 7110)
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Zum
Ermitteln der Schlagzähigkeit
von Polymermaterialien wurde für
einige Materialien eine Bewertung vorgenommen. Als Probekörper wurde
ein in JIS K 7110 bereitgestellter Probekörper vom A-Kerben-Typ vom zweiten
Typ verwendet. Vor einem Test wurde ein Probekörper Konditionierung durch
Stehen lassen in einer thermostatisch regulierten Kammer bei einer
Temperatur von 24°C
und einer Feuchtigkeit von 58% für mindestens
48 h unterworfen. Als ein Instrument, ein Izod-Testgerät, hergestellt
von Toyo Seiki Seisaku-Sho, Ltd.
Die Ergebnisse des Tests sind in Tabelle 2 gezeigt.
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Die
in den Referenzbeispielen 1 und 2 hergestellten Polymermaterialien
vom Polycarbonattyp wurden bewertet und wurden mit einem Polycarbonat
(Vergleichsbeispiel 1) und Vergleichsbeispiel 8 verglichen. Als Ergebnis
wiesen die Polymermaterialien der Referenzbeispiele 1 und 2 eine
Schlagzähigkeit
gleich der des Polycarbonats auf. Das Material von Vergleichsbeispiel
8, das durch Dispergieren von feinteiligem Siliziumdioxid in Polycarbonat
erhalten wurde, wies eine stark verringerte Schlagzähigkeit
auf. Diese Ergebnisse werden durch Bedingungen der Metalloxide und
anorganischen Bestandteile in einem Polymermaterial bewirkt. Die Schlagzähigkeit
der Polymermaterialien der vorliegenden Erfindung war nicht beinträchtigt,
wahrscheinlich, weil sie ein organisch-anorganisches Hybridpolymermaterial
als einen Bestandteil enthielten.
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Trübungstest
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Zum
Zweck des Ermittelns der Lichtdurchlässigkeit von Polymermaterialien
wurde eine Bewertung für einige
Materialien vorgenommen. Als Probekörper wurde ein in JIS K 7110
bereitgestellter Probekörper
vom zweiten Typ verwendet. Als ein Instrument, Haze Meter NDH2000,
hergestellt von Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.. Die Ergebnisse
sind Tabelle 3 gezeigt.
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Die
in den Referenzbeispielen 1 und 2 hergestellten Polymermaterialien
vom Polycarbonattyp wurden bewertet und wurden mit einem Polycarbonat
(Vergleichsbeispiel 1) und Vergleichsbeispiel 8 verglichen. Als Ergebnis
wiesen, obwohl das Material von Vergleichsbeispiel 8, das durch
Dispergieren von feinteiligem Siliziumdioxid in Polycarbonat erhalten
wurde, eine verringerte Lichtdurchlässigkeit aufwies, die Polymermaterialien
der Referenzbeispiele 1 und 2 eine Lichtdurchlässigkeit äquivalent mit oder größer als
diejenige des Polycarbonats auf. Nach diesen Tatsachen zu urteilen
ist die Größe des Siliziumdioxids,
das in den Polymermaterialien der vorliegenden Erfindung enthalten
ist, möglicherweise
weit kleiner, als diejenige des im Handel erhältlichen feinteiligen Siliziumdioxids
und weist keine negative Wirkung auf die Lichtdurchlässigkeit
von Polymermaterialien auf.
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Dynamischer Viskoelastizitätstest
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Zum
Zweck des Ermittelns der Wärmebeständigkeit
von Polymermaterialien wurde eine Bewertung für einige Materialien vorgenommen.
Als Probekörper
wurde ein in JIS K 7110 bereitgestellter Probekörper vom zweiten Typ nach Schneiden
auf eine geeignete Länge verwendet.
Ein Test wurde in einem Biegemodus unter Verwendung eines Viskoelastizitätsspektrometers
SDM5600, hergestellt von Seiko Instruments Inc., als Instrument
durchgeführt.
Die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs, die Testtemperatur und
die Frequenz wurden auf 2°C/min.,
20 bis 210°C
bzw. 1 Hz eingestellt. Die Wärmebeständigkeit
eines Materials wurde, bezogen auf die Erweichungs- und Schmelztemperatur
eines Probekörpers,
bestimmt aus einer Speicherelastizitätsmodul-Kurve, bewertet. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
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Die
in den Referenzbeispielen 1 und 2 hergestellten Polymermaterialen
vom Polycarbonattyp wurden bewertet und wurden mit einem Polycarbonat
(Vergleichsbeispiel 1) und Vergleichsbeispiel 8 verglichen. Dieser
Vergleich bestätigte,
dass, obwohl die Wärmebeständigkeit
des Materials von Vergleichsbeispiel 8, das durch Dispergieren von
feinteiligem Siliziumdioxid in Polycarbonat erhalten wurde, eine
Wärmebeständigkeit äquivalent
mit der des Polycarbonats aufwies, die Polymermaterialien der Referenzbeispiele
1 und 2 eine Verbesserung in der Wärmebeständigkeit aufwiesen. Der Unterschied
zwischen den Referenzbeispielen 1 und 2 und Vergleichsbeispiel 8
wird wahrscheinlich durch den Unterschied im Auftreten von Bedingungen
der Metalloxide und anorganischen Bestandteile in einem Polymermaterial
bewirkt. Tabelle 1 Metalloxidgehalt und Härte von Polymermaterial
| Probe | Metalloxidgehalt
(%) | Rockwell-Härte |
| Vergleichsbeispiel
1
Vergleichsbeispiel 7
Vergleichsbeispiel 8
Beispiel
1 (Referenz)
Beispiel 2 (Referenz) | niedriger
als 0,01
0,07
0,22
0,20
0,18 | L89
L91
-
L98
L98 |
| Vergleichsbeispiel
2
Beispiel 3 (Referenz) | niedriger
als 0,01
0,21 | L85
L97 |
| Vergleichsbeispiel
3
Beispiel 4 | niedriger
als 0,01
0,18 | R61
R69 |
| Vergleichsbeispiel
4
Beispiel 5 (Referenz) | niedriger
als 0,01
0,21 | M96
M107 |
| Vergleichsbeispiel
5
Beispiel 6 (Referenz) | niedriger
als 0,01
0,23 | R107
R117 |
| Vergleichsbeispiel
6
Beispiel 7 (Referenz) | niedriger
als 0,01
0,25 | M95
M105 |
Tabelle 2 Mechanische Festigkeit des Polymermaterials
| Probe | Zugkennzeichen | Biegecharakteristika | Schlagzähigkeit |
| | Streckgrenze (MPa) | Bruchdehnung (%) | Elastizitätsmodul
(MPa) | Biegefestigkeit (MPa) | Schlagfestigkeit
(kJ/m2) |
| Vergleichsbeispiel
1 | 59 | 114 | 1980 | 85 | 70 |
| Vergleichsbeispiel
7 | 64 | 103 | 2080 | 90 | - |
| Vergleichsbeispiel
8 | - | - | - | - | 55 |
| Beispiel
1 (Ref.) | 78 | 111 | 2270 | 115 | 67 |
| Beispiel
2 (Ref.) | 75 | 113 | 2240 | 110 | 69 |
| Vergleichsbeispiel
2 | 71 | 95 | 2050 | 105 | - |
| Beispiel
3 (Ref.) | 87 | 93 | 2400 | 128 | - |
| Vergleichsbeispiel
3 | 70 | 70 | 1400 | 78 | - |
| Beispiel
4 | 86 | 68 | 1790 | 95 | - |
| Vergleichsbeispiel
4 | 50 | 71 | 2910 | 105 | - |
| Beispiel
5 (Ref.) | 66 | 70 | 3180 | 134 | - |
| Vergleichsbeispiel
5 | 68 | 53 | 2030 | 84 | - |
| Beispiel
6 (Ref.) | 80 | 53 | 2450 | 97 | - |
| Vergleichsbeispiel
6 | 53 | 4 | 2320 | 77 | - |
| Beispiel
7 (Ref.) | 66 | 4 | 2600 | 99 | - |
Tabelle 3 Lichtdurchlässigkeit des Polymermaterials
| Probe | Trübungswert |
| Vergleichsbeispiel
1 | 16,7 |
| Vergleichsbeispiel
8 | 19,4 |
| Beispiel
1 (Referenz) | 14,1 |
| Beispiel
2 (Referenz) | 13,8 |
Tabelle 4 Wärmebeständigkeit
des Polymermaterials
| Probe | Erweichungs-
und Schmelztemperatur (°C) |
| Vergleichsbeispiel
1 | 171 |
| Vergleichsbeispiel
8 | 172 |
| Beispiel
1 (Referenz) | 191 |
| Beispiel
2 (Referenz) | 192 |