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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein thermoplastisches Material, das
einen vulkanisierten Kautschuk in einer unterteilten Form enthält.
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Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung ein thermoplastisches Material,
das einen vulkanisierten Kautschuk in einer unterteilten Form und
mindestens ein Heterophasen-Copolymer, das eine thermoplastische
Phase, die aus einem Propylen-Homopolymer oder -Copolymer hergestellt
ist, und eine elastomere Phase, die aus einem Copolymer von Ethylen
mit einem α-Olefin
hergestellt ist, umfasst, enthält.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus ein gefertigtes
Produkt, welches das thermoplastische Material enthält.
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Die
zunehmende Herstellung von Industrie-Gummiprodukten führte zur
Anhäufung
großer
Mengen Gummiabfälle,
die per se keinerlei praktische Anwendungen finden und üblicherweise
in geeigneten Deponien deponiert werden, mit den Hauptnachteilen
der Umweltverschmutzung sowie auch des Bedarfs an großen geeigneten
Gebieten zur Lagerung dieser Abfälle.
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Es
ist in der Technik bekannt, Abfallströme von Gummi, wie beispielsweise
Reifen, zu depolymerisieren, in einem Versuch, das Abfallvolumen
zu verringern und ein verwendbares Nebenprodukt zu erhalten. Ebenso
können
Kautschukprodukte devulkanisiert werden in einem Versuch, den Abfallgummi
zu recyceln.
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Zusätzlich zu
diesen Techniken ist es im Fachgebiet bekannt, die Abfallströme von Gummi
zu mahlen und die so erhaltenen gemahlenen Partikel zu benutzen.
Diese gemahlenen Partikel werden dann typischerweise mit anderen
Polymermaterialien kompoundiert, um das Endprodukt herzustellen,
das in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden kann.
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Es
wurde jedoch gefunden, dass der Zusatz solcher gemahlener Gummipartikel
zu dem Polymermaterial zu einer signifikanten Verschlechterung der
mechanischen Eigenschaften der resultierenden Polymerkomposite führt.
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Viele
Anstrengungen wurden in der Technik unternommen, um die Probleme
zu überwinden, über die oben
berichtet wurde.
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Beispielsweise
betrifft das Patent
US 5,010,122 thermoplastische
Zusammensetzungen, die Gummipartikel mit einer Größe weniger
als etwa 10 Mesh, ein thermoplastisches Material und mindestens
einen Haftvermittler umfassen. Das thermoplastische Material umfasst
vorzugsweise ein Olefin, ein Copolymer eines Olefins, ein Homopolymer
eines Olefins oder Mischungen davon. Der Haftvermittler umfasst
vorzugsweise einen Silan-Haftvermittler. Über die thermoplastischen Zusammensetzungen
wird gesagt, dass sie ausgezeichnete physikalische Eigenschaften
haben.
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Patent
US 5,157,082 betrifft thermoplastische
Zusammensetzungen, die Mischungen von gemahlenem vulkanisiertem
Gummi, Polyolefinharz und mindestens einem funktionalisierten Olefinpolymer,
das ausgewählt
sein kann aus einem Copolymer von mindestens einem Olefin und mindestens
einem ethylenisch ungesättigten
organischen Monomer, umfassen. Das Polyolefinharz ist ein festes
Polymermaterial mit hohem Molekulargewicht, das hergestellt wird
durch Polymerisation eines oder mehrerer olefinischer Monomere in herkömmlicher
Weise. Bevorzugte Polyolefinharze sind Polyethylen oder Polypropylen.
Ebenso für
die erfindungsgemäße Praxis
geeignet sind Copolymere von zwei oder mehr Olefinen, wobei Copolymere
von Ethylen und Propylen bevorzugt sind. Über die zuvor erwähnten thermoplastischen
Zusammensetzungen wird gesagt, dass sie verbesserte mechanische
Eigenschaften haben.
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Das
Patent
US 5,889,119 betrifft
eine thermoplastische gummiartige Zusammensetzung, die (I) etwa 10
bis etwa 40 Gew.-Teile eines Binders mit niedrigem Modul, eingeschlossen:
(a) etwa 75 bis etwa 25 Gew.-Teile eines kristallinen Polyolefinharzes
und (b) etwa 25 bis etwa 75 Gew.-Teile eines Bindergummis in Form
von Partikeln mit einem mittleren Durchmesser von weniger als etwa
20 μm, wobei
der Bindergummi dynamisch vulkanisiert wurde; und (II) etwa 90 bis
mehr als 50 Gew.-Teile gemahlene vulkanisierte Kautschukpartikel
mit einem mittleren Durchmesser im Bereich von etwa 50 μm bis etwa
1,2 mm umfasst. Die Polyolefinharze sind vorzugsweise Hochdichtepolyethylen
oder -polypropylen. Die zuvor erwähnte thermoplastische gummiartige
Zusammensetzung soll verbesserte physikalische Eigenschaften haben.
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Das
Patent
US 6,015,861 betrifft
ein Verfahren zur Herstellung einer thermoplastischen Zusammensetzung
mit zugemischtem Gummi, welches die folgenden Schritte umfasst:
(a) Bereitstellen eines gemahlenen vernetzten Kautschuks mit einer
mittleren Partikelgröße von etwa
80 Mesh oder weniger; und (b) Kombinieren des gemahlen vernetzten
Kautschuks mit einem thermoplastischen Polyolefinmaterial und einem
Kompatibilisierungsmittel auf Basis eines Paraffinöls zur Bildung
einer thermoplastischen Mischungsharzzusammensetzung. Die bevorzugten
thermoplastischen Polyeolefinmaterialien sind Polyethylen, Polypropylen,
Ethylen-Copolymere, Propylen-Copolymere,
Poly(ethylen-propylen)-Copolymere und Mischungen davon. Die mit dem
zuvor erwähnten
Verfahren hergestellte Zusammensetzung soll einen überraschend
hohen Level recycelten Gummi einschließen, ohne nachteilige Wirkung
auf seine physikalischen oder ästhetischen
Eigenschaften.
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Das
Patent
US 6,031,009 betrifft
thermoplastische Zusammensetzungen, die eine Mischung von gemahlenem
vulkanisiertem Gummi, mindestens ein herkömmliches Olefinpolymer und
mindestens ein α-Olefin-Copolymer,
das mit einer Metallocen-Single-Site katalysiert wurde, umfassen.
Das Olefinpolymer ist ein festes Polymermaterial mit hohem Molekulargewicht,
das hergestellt wird durch Polymerisation eines oder mehrerer Olefonmonomere
in herkömmlicher
Weise. Bevorzugte Olefinpolymere sind Polyethylen oder Polypropylen. Über die
zuvor erwähnten
thermoplastischen Zusammensetzungen wird gesagt, dass sie verbesserte
mechanische Eigenschaften haben.
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Die
internationale Patentanmeldung WO 00/78852 betrifft ein Verfahren
zur Herstellung einer Elastomerlegierung ähnlich zu thermoplastischen
Elastomeren unter Verwendung von regeneriertem oder Abfallgummi.
Zu diesem Zweck wird ein Polypropylen-Copolymer oder eine Mischung
davon mit mindestens einer Art Polypropylen in einem Mischer geschmolzen.
Anschließend
wird gepulverter Gummi, von dem mindestens ein Teil in einem Radikalspender
vorgequollen ist, in einer abgemessenen Menge zu der Schmelze gegeben, der
gepulverte Gummi wird in der plastischen Matrix dispergiert unter
Anwendung hoher Scherkräfte,
während radikalbildende
Mittel nach definierten Mischungsparametern hinzugefügt werden,
um eine Phasenkupplung zwischen dem gepulverten Gummi und dem Polypropylen-Copolymer
oder einer Mischung davon herzustellen. Die erhaltene elastomere
Legierung soll Eigenschaften ähnlich
zu thermoplastischen Elastomeren haben.
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Das
Patent
US 6,262,175 betrifft
eine thermoplastische Zusammensetzung, die in Gewichtsprozent auf
Basis des Gesamtgewichts der Zusammensetzung enthält: etwa
5 % bis etwa 90 % Krümel
aus vulkanisiertem Kautschuk; etwa 5 % bis etwa 60 % Polyolefin;
etwa 2 % bis etwa 30 % ungehärteten
Kautschuk oder thermoplastisches Elastomer auf Styrolbasis; und
etwa 2 % bis etwa 30 % Vinylpolymer, ausgewählt aus Vinyl-Homopolymeren,
-Copolymeren und Mischungen davon. Das Polyolefin ist ein festes
hochmolekulargewichtiges Polyolefin-Homopolymer oder -Copolymer
oder Mischungen davon. Bevorzugtes Polyolefin sind Polyethylen,
Polypropylen oder ein Copolymer von Ethylen und Propylen. Die zuvor
erwähnte
thermoplastische Zusammensetzung soll ausgezeichnete physikalische
Eigenschaften, eingeschlossen eine ausgezeichnete Dehnungsgrenze
und Zerreißfestigkeit
haben.
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Die
internationale Patentanmeldung WO 02/24795 betrifft ein Verfahren
für das
Recycling eines duroplastischen Gummimaterials, welches umfasst,
dass man ein recyceltes duroplastisches Gummimaterial einer Phasenkompatibilisierungsbehandlung
mit einem Oxidationsmittel unterzieht und das recycelte duroplastische Gummimaterial
mit einem thermoplastischen Polymer vermischt, um ein Material zu
erhalten, das ausgewählt ist
aus der Gruppe, bestehend aus einem thermoplastischen Elastomer
und einem stoßverstärkten Thermoplasten.
Polyolefine (z.B. Polypropylen) sind unter den mehr bevorzugten
thermoplastischen Polymeren.
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Die
Anmelderin stellte fest, dass Kompatibilitätsprobleme zwischen dem vulkanisierten
Kautschuk in unterteilter Form und den thermoplastischen Polymeren,
insbesondere im Fall von Polypropylen und seinen Copolymeren, immer
noch existieren trotz der Bemühungen
in der Technik. Diese Kompatibilitätsprobleme haben negative Wirkung
auf die mechanischen Eigenschaften des erhaltenen thermoplastischen
Materials.
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Die
Anmelderin hat nunmehr gefunden, dass es möglich ist, die zuvor erwähnten Probleme
zu überwinden,
indem als ein thermoplastisches Polymer ein Heterophasen-Copolymer,
das eine thermoplastische Phase, hergestellt aus einem Propylen-Homopolymer oder
-Copolymer, und eine elastomere Phase, hergestellt aus einem Copolymer
von Ethylen mit einem α-Olefin
umfasst, benutzt wird. Das Heterophasen-Copolymer zeigt eine verbesserte
Kompatibilität
mit dem gemahlen vulkanisierten Kautschuk und erlaubt es, ein thermoplastisches
Material mit guten mechanischen Eigenschaften, insbesondere Reißdehnung,
Reißspannung und/oder
Schlagfestigkeit zu erhalten. Insbesondere zeigt das thermoplastische
Material eine verbesserte Reißdehnung.
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Nach
einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein thermoplastisches
Material, umfassend:
- (a) 5 bis 95 Gew.%, vorzugsweise
10 bis 60 Gew.% eines vulkanisierten Kautschuks in einer unterteilten Form;
- (b) 5 bis 95 Gew.%, vorzugsweise 40 bis 90 Gew.% mindestens
eines Heterophasen-Copolymers, das eine thermoplastische Phase,
die hergestellt ist aus einem Propylen-Homopolymer oder -Copolymer, und eine elastomere
Phase, die hergestellt ist aus einem Copolymer von Ethylen mit einem α-Olefin,
vorzugsweise mit Propylen, umfasst;
- (c) 0 bis 90 Gew.%, vorzugsweise 0 bis 50 Gew.% mindestens eines α-Olefin-Homopolymers
oder -Copolymers, verschieden von (b);
wobei die Mengen
von (a), (b) und (c) in Bezug auf das Gesamtgewicht von (a) + (b)
+ (c) ausgedrückt
sind.
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Zum
Zweck der vorliegenden Beschreibung und der Patentansprüche, die
folgen, meint der Ausdruck "Heterophasen-Copolymer,
das eine thermoplastische Phase, die hergestellt ist aus einem Propylen-Homopolymer
oder -Copolymer, und eine elastomere Phase, die hergestellt ist
aus einem Copolymer von Ethylen mit einem α-Olefin, umfasst" ein thermoplastisches
Elastomer, das erhalten wird durch sequenzielle Copolymerisation
von: (i) Propylen, das gegebenenfalls geringe Mengen mindestens
eines olefinischen Comonomers, ausgewählt aus Ethylen und anderen α-Olefinen
als Propylen enthält;
und dann von (ii) einer Mischung von Ethylen mit einem α-Olefin,
insbesondere Propylen und gegebenenfalls mit geringen Anteilen eines
Polyens, insbesondere eines Diens. Diese Klasse von Produkten ist
allgemein auch als "thermoplastische
Reaktorelastomere" ("thermoplastic reactor
elastomers") bekannt.
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Der
vulkanisierte Kautschuk in einer unterteilten Form (a), der erfindungsgemäß verwendet
werden kann, kann erhalten werden durch Mahlen oder Zerkleinern
in anderer Weise jeder Quelle vulkanisierter Kautschukverbindung,
wie beispielsweise Reifen, Dachmembranen, Schläuche, Dichtungen und dergleichen
und wird bevorzugt erhalten aus regenerierten Reifen unter Verwendung
eines beliebigen herkömmlichen
Verfahrens. Beispielsweise kann der vulkanisierte Kautschuk in einer
unterteilten Form erhalten werden durch mechanisches Mahlen bei
Umgebungstemperatur oder in Gegenwart eines kryogenen Kühlmittels
(d.h. flüssiger Stickstoff).
Jeglicher Stahl oder andere metallische Einschlüsse sollten aus den gemahlenen
Reifen vor der Verwendung entfernt werden. Weil das erfindungsgemäße thermoplastische
Material vorzugsweise faserfrei ist, wird das gesamte faserartige
Material, wie beispielsweise Reifenkordfasern, vorzugsweise aus
dem gemahlenen Gummi unter Verwendung herkömmlicher Trennverfahren entfernt.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der vulkanisierte Kautschuk in einer unterteilten Form (a),
der erfindungsgemäß verwendet
werden kann, in Form von Pulver oder Granulat mit einer Partikelgröße nicht
größer als
10 mm, vorzugsweise nicht größer als
5 mm.
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Nach
einer mehr bevorzugten Ausführungsform
hat der vulkanisierte Kautschuk in einer unterteilten Form (a),
der erfindungsgemäß verwendet
werden kann, eine Partikelgröße nicht
größer als
0,6 mm, vorzugsweise nicht größer als
0,5 mm, mehr bevorzugt nicht größer als
0,2 mm.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform
kann der vulkanisierte Kautschuk in einer unterteilten Form (a)
mindestens ein elastomeres Dien-Polymer oder -Copolymer, das natürlichen
Ursprungs sein kann oder erhalten sein kann durch Lösungspolymerisation,
Emulsionspolymerisation oder Gasphasenpolymerisation eines oder
mehrerer konjugierter Diolefine, gegebenenfalls vermischt mit mindestens
einem Comonomer, ausgewählt
aus Monovinylarenen und/oder polaren Comonomeren in einer Menge
von nicht mehr als 60 Gew.%, umfassen.
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Die
konjugierten Diolefine enthalten üblicherweise 4 bis 12, vorzugsweise
4 bis 8 Kohlenstoffatome und können
beispielsweise ausgewählt
sein aus der Gruppe, die umfasst: 1,3-Butadien, Isopren, 2,3-Dimethyl-1,3-butadien,
1,3-Pentadien, 1,3-Hexadien, 3-Butyl-1,3-octadien, 2-Phenyl-1,3-butadien oder
Mischungen davon.
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Monovinylarene,
die gegebenenfalls als Comonomere verwendet werden können, enthalten üblicherweise
8 bis 20, vorzugsweise 8 bis 12 Kohlenstoffatome und können beispielsweise
ausgewählt
sein aus: Styrol, 1-Vinylnaphthalin; 2-Vinylnaphthalin; verschiedene
Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl-, Alkylaryl- oder Arylalkylderivate von
Styrol, wie beispielsweise α-Methylstyrol,
3-Methylstyrol, 4-Propylstyrol, 4-Cyclohexylstyrol, 4-Dodecylstyrol,
2-Ethyl-4-benzylstyrol,
4-p-Tolylstyrol, 4-(4-Phenylbutyl)styrol oder Mischungen davon.
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Polare
Comonomere, die gegebenenfalls verwendet werden können, können beispielsweise
ausgewählt
sein aus:
Vinylpyridin, Vinylchinolin, Acrylsäure und
Acrylsäureestern,
Nitrilen oder Mischungen davon, wie beispielsweise Methylacrylat,
Ethylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Acrylnitril oder
Mischungen davon.
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Vorzugsweise
kann das elastomere Dien-Polymer oder -Copolymer beispielsweise
ausgewählt
sein aus: cis-1,4-Polyisopren (natürlich oder synthetisch, vorzugsweise
Naturkautschuk), 3,4-Polyisopren, Polybutadien (insbesondere Polybutadien
mit einem hohen 1,4-cis-Gehalt), gegebenenfalls halogenierten Isopren/Isobuten-Copolymeren,
1,3-Butadien/Acrylnitril-Copolymeren,
Styrol/1,3-Butadien-Copolymeren, Styrol/Isopren/1,3-Butadien-Copolymeren,
Styrol/1,3-Butadien/Acrylnitril-Copolymeren oder Mischungen davon.
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Alternativ
kann der vulkanisierte Kautschuk in einer unterteilten Form (a)
mindesten ein elastomeres Polymer von einem oder mehreren Monoolefinen
mit einem olefinischen Comonomer oder Derivaten davon umfassen.
Die Monoolefine können
ausgewählt
sein aus: Ethylen und α-Olefinen,
die gewöhnlich
3 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten, wie beispielsweise Propylen,
1-Buten, 1-Penten, 1-Hexen, 1-Octen oder Mischungen davon. Die folgenden
sind bevorzugt: Copolymere aus Ethylen und einem α-Olefin,
gegebenenfalls mit einem Dien; Isobuten-Homopolymere oder -Copolymere
davon mit geringen Mengen eines Diens, welche gegebenenfalls mindestens
teilweise halogeniert sind. Das gegebenenfalls vorliegende Dien
enthält üblicherweise
4 bis 20 Kohlenstoffatome und ist vorzugsweise ausgewählt aus:
1,3-Butadien, Isopren, 1,4-Hexadien, 1,4-Cyclohexadien, 5-Ethyliden-2-norbornen,
5-Methylen-2-norbornen, Vinylnorbornen oder Mischungen davon. Von diesen
sind die folgenden besonders bevorzugt: Ethylen/Propylen-Copolymere
(EPR) oder Ethylen/Propylen/Dien-Copolymere (EPDM); Polyisobuten;
Butylkautschuke, Halogenbutylkautschuke, insbesondere Chlorbutyl-
oder Brombutylkautschuke; oder Mischungen davon.
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Zum
Zweck der vorliegenden Beschreibung und der folgenden Patentansprüche meint
die Bezeichnung "α-Olefin" allgemein ein aliphatisches α-Olefin der
Formel CH2=CH-R, in der R ein Wasserstoffatom
oder eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe, die 1 bis 12 Kohlenstoffatome
enthält,
bezeichnet.
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Vorzugsweise
ist das aliphatische α-Olefin
ausgewählt
aus Ethylen, Propylen, 1-Buten, Isobutylen, 1-Penten, 1-Hexen, 3-Methyl-1-buten,
3-Methyl-1-penten, 4-Methyl-1-penten, 4-Methyl-1-hexen, 4,4-Dimethyl-1-hexen,
4,4-Dimethyl-1-penten,
4-Ethyl-1-hexen, 3-Ethyl-1-hexen, 1-Octen, 1-Decen, 1-Dodecen, 1-Tetradecen,
1-Hexadecen, 1-Octadecen, 1-Eicosen oder Mischungen davon. Von diesen
sind Ethylen, Propylen, 1-Buten, 1-Hexen, 1-Octen oder Mischungen
davon bevorzugt.
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Zum
Zweck der vorliegenden Erfindung und der folgenden Patentansprüche meint
die Bezeichnung "Polyen" allgemein ein konjugiertes
oder nicht-konjugiertes Dien, Trien oder Tetraen. Wenn ein Dien-Comonomer
vorliegt, enthält
dieses Comonomer üblicherweise
4 bis 20 Kohlenstoffatome und ist vorzugsweise ausgewählt aus:
linearen konjugierten oder nicht-konjugierten Diolefinen, wie beispielsweise
1,3-Butadien, 1,4-Hexadien, 1,6-Octadien und dergleichen; monocyclischen
oder polycyclischen Dienen, wie beispielsweise 1,4-Cyclohexadien,
5-Ethyliden-2-norbornen, 5-Methylen-2-norbornen, Vinylnorbornen oder Mischungen
davon. Wenn ein Trien- oder Tetraen-Comonomer vorliegt, enthält dieses
Comonomer allgemein 9 bis 30 Kohlenstoffatome und ist vorzugsweise
ausgewählt
aus Dienen oder Tetraenen, die eine Vinylgruppe im Molekül oder eine
5-Norbornen-2-yl-gruppe im Molekül
enthalten. Spezielle Beispiele von Trien- oder Tetraen-Comonomeren,
die erfindungsgemäß verwendet
werden können,
sind: 6,10-Dimethyl-1,5,9-undecatrien, 5,9-Dimethyl- 1,4,8-decatrien,
6,9-Dimethyl-1,5,8-decatrien, 6,8,9-Trimethyl-1,6,8-decatrien, 6,10,14-Trimethyl-1,5,9,13-pentadecatetraen
oder Mischungen davon. Vorzugsweise ist das Polyen ein Dien.
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Wie
oben offenbart, wird das Heterophasen-Copolymer (b) hergestellt
durch sequenzielle Copolymerisation von (i) Propylen, das gegebenenfalls
mindestens ein olefinisches Comonomer, ausgewählt aus Ethylen und anderen α-Olefinen
als Propylen enthält;
und dann von (ii) einer Mischung aus Ethylen mit einem α-Olefin,
insbesondere Propylen und gegebenenfalls einem Polyen, insbesondere
einem Dien. Die Copolymerisation wird gewöhnlich durchgeführt in Gegenwart
von Ziegler-Natta-Katalysatoren auf Basis von halogenierten Titanverbindungen,
die auf Magnesiumchlorid unter Zumischung einer Aluminiumtrialkylverbindung,
in der die Alkylgruppen 1 bis 9 Kohlenstoffatome enthalten, wie
beispielsweise Aluminiumtriethyl oder Aluminiumtriisobutyl, geträgert sind.
Mehr Details zu der Herstellung des Heterophasen-Colpolymers (b)
sind beispielsweise in den europäischen
Patentanmeldungen
EP 400,333 und
EP 373,660 und im Patent
US 5,286,564 gegeben.
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Die
thermoplastische Phase des Heterophasen-Copolymers (b), die hauptsächlich während der
zuvor erwähnten
Phase (i) des Prozesses hergestellt wird, besteht aus einem Propylen-Homopolymer oder
einem Copolymer von Propylen mit einem olefinischen Comonomer, ausgewählt aus
Ethylen und anderen α-Olefinen als
Propylen. Vorzugsweise ist das olefinische Comonomer Ethylen. Die
Menge olefinisches Comonomer ist vorzugsweise weniger als 10 mol%
relativ zur Gesamtzahl von Monomermolen in der thermoplastischen
Phase.
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Die
elastomere Phase des Heterophasen-Copolymers (b), die hauptsächlich während der
zuvor erwähnten
Phase (ii) des Prozesses erzeugt wird, ist mindestens 10 Gew.%,
vorzugsweise mindestens 40 Gew.%, mehr bevorzugt mindestens 60 Gew.%
relativ zum Gesamtgewicht des Heterophasen-Copolymers und besteht
aus einem elastomeren Copolymer von Ethylen mit einem α-Olefin und
gegebenenfalls mit einem Polyen. Das α-Olefin ist vorzugsweise Propylen;
das Polyen ist vorzugsweise ein Dien. Das gegebenenfalls als Comonomer
vorliegende Dien enthält üblicherweise
4 bis 20 Kohlenstoffatome und ist vorzugsweise ausgewählt aus:
linearen (nicht-)konjugierten Diolefinen, wie beispielsweise 1,3-Butadien,
1,4-Hexadien, 1,6-Octadien oder Mischungen davon; monocyclischen
oder polycyclischen Dienen, beispielsweise 1,4-Cyclohexadien, 5-Ethyliden-2-norbornen,
5-Methylen-2-norbornen oder Mischungen davon. Die Zusammensetzung
der elastomeren Phase ist allgemein wie folgt: 15 mol% bis 85 mol%
Ethylen; 85 mol% bis 15 mol% eines α-Olefins, vorzugsweise Propylen;
0 mol% bis 5 mol% eines Polyens, vorzugsweise eines Diens.
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Vorzugsweise
besteht die elastomere Phase aus einem elastomeren Copolymer von
Ethylen und Propylen mit der folgenden Zusammensetzung: 15 bis 80
Gew.%, mehr bevorzugt 20 bis 40 Gew.% Ethylen; 20 bis 85 Gew.%,
mehr bevorzugt 60 bis 80 Gew.% Propylen, in Bezug auf das Gesamtgewicht
der elastomeren Phase.
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Die
Menge der in dem Heterophasen-Copolymer (b) vorliegenden elastomeren
Phase kann mit bekannten Techniken bestimmt werden, beispielsweise
durch Extrahieren der elastomeren (amorphen) Phase mit einem geeigneten
organischen Lösungsmittel
(insbesondere Xylol bei 135°C
bei Rückfluss
für 20
Minuten): die Menge elastomerer Phase wird berechnet als Differenz
zwischen dem Anfangsgewicht der Probe und dem Gewicht des getrockneten
Rests.
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Die
Menge Propyleneinheiten in der elastomeren Phase kann bestimmt werden
durch Extraktion der elastomeren Phase, wie oben beschrieben (beispielsweise
mit Xylol bei 135°C
bei Rückfluss
für 20
min), gefolgt von der Analyse des getrockneten Extrakts nach bekannten
Techniken, beispielsweise mit Infrarot (IR)-Spektroskopie.
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Beispiele
der Heterophasen-Copolymere (b), die erfindungsgemäß verwendet
werden können
und die gegenwärtig
kommerziell erhältlich
sind, sind die Produkte Hifax® oder Moplen® EP
von Basell.
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Im
Fall des Homopolymers oder Copolymers (c) kann das "α-Olefin" auch außer einem aliphatischen α-Olefin der
Formel CH2=CH-R, wie oben definiert, ein
aromatisches α-Olefin
der Formel CH2=CH-R' sein, worin R' eine Arylgruppe mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen
bezeichnet. Vorzugsweise ist das aromatische α-Olefin ausgewählt aus:
Styrol, α-Methylstyrol
oder Mischungen davon.
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Vorzugsweise
kann das Homopolymer oder Copolymer (c), das erfindungsgemäß verwendet
werden kann, ausgewählt
sein aus:
- – Propylen-Homopolymeren
oder Copolymeren von Propylen mit Ethylen und/oder einem α-Olefin mit
4 bis 12 Kohlenstoffatomen mit einem Gesamtgehalt an Ethylen und/oder α-Olefin niedriger
als 10 mol%;
- – Ethylen-Homopolymeren
oder Copolymeren von Ethylen mit mindestens einem α-Olefin mit
4 bis 12 Kohlenstoffatomen;
- – Styrol-Polymeren,
wie beispielsweise Styrol-Homopolymeren; Styrol-Homopolymeren, die
modifiziert sind mit einem natürlichen
oder synthetischen Elastomer, wie beispielsweise Polybutadien, Polyisopren,
Butylkautschuk, Ethylen/Propylen/Dien-Copolymer (EPDM), Ethylen/Propylen-Copolymeren (EPR)
Naturkautschuk, Epichlorhydrin; Styrol-Copolymeren, wie beispielsweise Styrol-Methylstyrol-Copolymer, Styrol-Isopren-Copolymer
oder Styrol-Butadien-Copolymer;
- – Copolymeren
von Ethylen mit mindestens einem ethylenisch ungesättigten
Ester, ausgewählt
aus: Alkylacrylaten, Alkylmethacrylaten und Vinylcarboxylat, wobei
die Alkylgruppe, linear oder verzweigt, 1 bis 8, vorzugsweise 1
bis 4 Kohlenstoffatome haben kann, während die Carboxylatgruppe,
linear oder verzweigt, 2 bis 8, vorzugsweise 2 bis 5 Kohlenstoffatome
haben kann; und wobei der ethylenisch ungesättigte Ester allgemein in einer
Menge von 0,1 bis 80 Gew.%, vorzugsweise von 0,5 bis 50 Gew.%, in
Bezug auf das Gesamtgewicht des Copolymers vorliegt.
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Beispiele
von Ethylen-Homopolymeren oder Copolymeren von Ethylen mit mindestens
einem α-Olefin mit
4 bis 12 Kohlenstoffatomen, die erfindungsgemäß als Homopolymer oder Copolymer
(c) verwendet werden können,
sind: Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), Polyethylen mittlerer
Dichte (MDPE), Polyethylen hoher Dichte (HDPE), lineares Polyethylen
niedriger Dichte (LLDPE), Polyethylen mit ultraniedriger Dichte
(ULDPE) oder Mischungen davon.
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Vorzugsweise
können
die Copolymere von Ethylen mit mindestens einem α-Olefin mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen
ausgewählt
sein aus:
- – elastomeren
Copolymeren mit der folgenden Monomerzusammensetzung: 35 bis 90
mol% Ethylen; 10 bis 65 mol% eines aliphatischen α-Olefins,
vorzugsweise Propylen; 0 bis 10 mol% eines Polyens, vorzugsweise
eines Diens, mehr bevorzugt 1,4-Hexadien oder 5-Ethylen-2-norbornen (beispielsweise
EPR- und EPDM-Kautschuke);
- – Copolymeren
mit der folgenden Monomerzusammensetzung: 75 bis 97 mol%, vorzugsweise
90 bis 95 mol% Ethylen; 3 bis 25, vorzugsweise 5 bis 10 mol% eines
aliphatischen α-Olefins;
0 bis 5 mol%, vorzugsweise 0 bis 2 mol% eines Polyens, vorzugsweise
eines Diens (beispielsweise Ethylen/1-Octen-Copolymerje, wie beispielsweise
die Produkte Engage® von DuPont-Dow Elastomers).
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Beispiele
von Styrolpolymeren, die erfindungsgemäß verwendet werden können, sind:
syndiotaktisches Polystyrol, ataktisches Polystyrol, isotaktisches
Polystyrol, Polybutadienmodifiziertes Styrolpolymer, Styrol-Butadien-Copolymer,
Styrol-Isopren-Copolymer oder Mischungen davon.
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Im
Hinblick auf die Copolymere von Ethylen mit mindestens einem ethylenisch
ungesättigten
Ester sind Beispiele von Acrylaten oder Methacrylaten: Ethylacrylat,
Methylacrylat, Methylmethacrylat, t-Butylacrylat, n-Butylacrylat,
n-Butylmethacrylat, 2-Ethylhexylacrylat oder Mischungen davon. Beispiele
von Vinylcarboxylaten sind: Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbutanoat
oder Mischungen davon.
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Beispiele
von Copolymeren von Ethylen mit mindestens einem ethylenisch ungesättigten
Ester, die erfindungsgemäß verwendet
werden können,
sind: Ethylen/Vinylacetat-Copolymer (EVA), Ethylen/Ethylacrylat-Copolymer
(EEA), Ethylen/Butylacrylat-Copolymer (EBA) oder Mischungen davon.
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Wenn
es vorliegt, kann das Homopolymer oder Copolymer (c) zu dem erfindungsgemäßen thermoplastischen
Material allgemein in einer Menge von nicht weniger als 5 Gew.%,
vorzugsweise nicht weniger als 10 Gew.% in Bezug auf das Gesamtgewicht
von (a) + (b) + (c) zugegeben werden.
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Um
die Kompatibilität
zwischen dem vulkanisierten Kautschuk in einer unterteilten Form
(a) und dem Heterophasen-Copolymer (b) zu verbessern, umfasst das
erfindungsgemäße thermoplastische
Material ferner mindestens einen Haftvermittler (d).
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Es
sollte erwähnt
werden, dass in dem Fall, wo das Heterophasen-Copolymer (b) eine
elastomere Phase hat, die hergestellt ist aus einem Copolymer von
Ethylen mit Propylen und die Menge Propylen in dem Copolymer mindestens
60 Gew.% ist, zufriedenstellende mechanische Eigenschaften auch
in Abwesenheit des Haftvermittlers (d) erhalten werden.
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Der
Haftvermittler (d) kann ausgewählt
sein aus den in der Technik bekannten, wie beispielsweise: Silanverbindungen,
die mindestens eine ethylenisch ungesättigte Verbindung und mindestens
eine hydrolysierbare Gruppe enthalten; Epoxiden, die mindestens
eine ethylenisch ungesättigte
Verbindung enthalten; Monocarbonsäuren oder vorzugsweise Dicarbonsäuren mit
mindestens einer ethylenisch ungesättigten Bindung, organischen
Titanaten, Zirkonaten oder Aluminaten; oder Derivaten davon, insbesondere
Anhydriden oder Estern.
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Beispiele
von Silanverbindungen, die zu diesem Zweck nützlich sind, sind: γ-Methacryloxypropyltrimethoxysilan,
Methyltriethoxysilan, Methyltris(2-methoxyethoxy)silan, Dimethyldiethoxysilan,
Vinyltris(2-methoxyethoxy)silan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan,
Octyltriethoxysilan, Isobutyltriethoxysilan, Isobutyltrimethoxysilan
oder Mischungen davon.
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Beispiele
von Epoxiden, die eine ethylenisch ungesättigte Bindung enthalten, sind:
Glycidylacrylat, Glycidylmethacrylat, Monoglycidylester von Itaconsäure, Glycidylester
von Maleinsäure,
Vinylglycidylether, Allylglycidylether oder Mischungen davon.
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Monocarbonsäuren oder
Dicarbonsäuren
mit mindestens einer ethylenisch ungesättigten Bindung oder Derivate
davon, die als Haftvermittler verwendet werden können, sind beispielsweise Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid,
Fumarsäure,
Citraconsäure,
Itaconsäure,
Acrylsäure,
Methacrylsäure
und dergleichen und Anhydride oder Ester, die davon abgeleitet sind,
oder Mischungen davon. Maleinsäureanhydrid
ist besonders bevorzugt.
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Vorzugsweise
kann der Haftvermittler (d) zu dem erfindungsgemäßen thermoplastischen Material
in Kombination mit mindestens einem Radikalstarter (e) gegeben werden,
um so den Haftvermittler direkt auf das thermoplastische Polymer
zu pfropfen. Ein organisches Peroxid, wie beispielsweise t-Butylperbenzoat,
Dicumylperoxid, Benzoylperoxid, Di-t-butylperoxid oder Mischungen davon können beispielsweise
als der Radikalstarter (e) verwendet werden.
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Die
Menge Haftvermittler, die zu dem thermoplastischen Material gegeben
werden kann, ist allgemein 0,01 bis 10 Gew., vorzugsweise 0,05 bis
5 Gew.% in Bezug auf 100 Gew.-Teile von (a) + (b) + (c).
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Die
Menge Radikalstarter, die zu dem thermoplastischen Material zugegeben
werden kann, ist allgemein 0,01 bis 1 Gew.%, vorzugsweise 0,05 bis
0,5 Gew.% bezogen auf 100 Gew.-Teile von (a) + (b) + (c).
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Das
erfindungsgemäße thermoplastische
Material kann ferner herkömmliche
Additive enthalten, wie beispielsweise Gleitmittel, Füllstoffe,
Pigmente, Weichmacher, Oberflächenmodifizierungsmittel,
UV-Absorber, Antioxidationsmittel, gehinderte Amin- oder Amidlichtstabilisatoren
oder Mischungen davon.
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Das
thermoplastische Material kann hergestellt werden durch Mischen
des vulkanisierten Kautschuks in einer unterteilten Form (a) und
des Heterophasen-Copolymers (b) mit der anderen gegebenenfalls vorliegenden
Verbindung nach im Fachgebiet bekannten Techniken. Das Mischen kann
beispielsweise durchgeführt werden
unter Verwendung eines offenen Walzenmischers (open-mill mixer)
oder eines Innenmischers des Typs mit Tangentialrotoren (Banbury)
oder ineinandergreifenden Rotoren (Intermix) oder in kontinuierlichen Mischern
des Co-Kneter-Typs (Buss) oder des co-rotierenden oder gegenläufig rotierenden Doppelschneckentyps.
Das erhaltene thermoplastische Material kann dann nach herkömmlichen
Techniken extrudiert und pelletiert werden. Die Pellets können entweder
für die
zukünftige
Verwendung verpackt werden oder sofort in einem Verfahren zur Bildung
eines gefertigten Produkts verwendet werden. Die Pellets oder Mischungen
der vorliegenden Erfindung können
nach im Fachgebiet bekannten Techniken für die thermische Verarbeitung
thermoplastischer Harzzusammensetzungen in gefertigte Produkte geformt
werden. Beispielsweise können
Kompressionsblasen, Vakuumformen, Spritzgießen, Folienziehen (calendering),
Gießen,
Extrusion, Faserwickelverfahren, Laminieren, Rotationsformen oder
Schalengießverfahren,
Transferformen, Auflege- oder Kontaktformung, Hohlprägen (stamping)
oder Kombinationen dieser Verfahren angewandt werden.
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Das
erfindungsgemäße thermoplastische
Material kann in unterschiedliche Arten gefertigter Produkte geformt
werden. Insbesondere kann das erfindungsgemäße thermoplastische Material
geformt werden in Fußböden und
Gehwege für
Freizeitbereiche; Industrie-, Sport- oder Sicherheitsoberflächen; Fußbodenkacheln; antistatische
Computermatten; Gummimatten und -folienbahnen; Montageunterlagen;
Stoßdämpfer-Bahnenmaterialien;
Schallbarrieren; Membranschutzeinrichtungen; Flugfeldladebahnen-
oder Fahrbahnoberflächen; Schuhsohlen;
Teppichunterlagen; Fahrzeugfußmatten;
Fahrzeugstoßfänger; interne
Stoßfängerabdeckungen und
Getriebegehäuse
für Fahrzeuge
(automotive locary); Fahrzeugtür-
oder -fensterabdichtungen; Abdichtungen; O-Ringe; Dichtungen; Wassersysteme;
Rohr- oder Schlauchmaterialien; Blumentöpfe; Bausteine; Dachmaterialien;
Geomembranen; und dergleichen.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend mit Hilfe einer Zahl von
Herstellungsbeispielen erläutert, die
nur zu Illustrationszwecken und ohne jegliche Einschränkung dieser
Erfindung gegeben werden.
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Beispiele 1–8
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Herstellung der thermoplastischen
Materialien
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Die
in Tabelle 1 angegebenen thermoplastischen Materialien wurden wie
folgt hergestellt.
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Alle
Bestandteile wurden in einem Innenmischer (Modell Pomini PL 1.6)
für etwa
5 Minuten zusammen vermischt. Sobald die Temperatur 190°C erreichte,
wurde ein Entgasungsschritt für
1 Minute durchgeführt
und dann die Mischung entnommen. Die erhaltene Mischung wurde anschließend in
einen offenen Walzenmischer (open roll mixer) gegeben, der bei einer
Temperatur von 150°C
betrieben wurde, und so ein 1 mm dickes Sheet erhalten. Tabelle
1
-
- (*): Zum Vergleich;
- (1): Gew.% in Bezug auf das Gesamtgewicht
von (a) + (b) + (c);
- (2): Gew.% in Bezug auf 100 Gew.-Teile
von (a) + (b) + (c);
- Hifax® CA10A:
Heterophasen-Copolymer, bestehend aus: 35 Gew.% thermoplastischer
Phase, hergestellt aus einem Propylen-Homopolymer; 65 Gew.% elastomerer
Phase, hergestellt aus 28 Gew.% Ethylen und 72 Gew.% Propylen (Basell);
- Hifax® 7320:
Heterophasen-Copolymer, bestehend aus: 35 Gew.% thermoplastischer
Phase, hergestellt aus einem Propylen-Homopolymer; 65 Gew.% elastomerer
Phase, hergestellt aus 50 Gew.% Ethylen und 50 Gew.% Propylen (Basell);
- Moplen® YD50G(1): Polypropylen-Homopolymer (Basell);
- Moplen® HP500N(1): Polypropylen-Homopolymer (Basell);
- Orevac® CA100(1): Maleinsäureanhydrid-funktionalisiertes
Polypropylen (0,9 % Maleinsäureanhydrid)
(Atofina).
- Vulkanisierter Kautschuk(2): mechanisch
gemahlener Kautschuk (< 0,425
mm (40 Mesh) – Somir);
- Peroximon® DC/SC(2): Dicumylperoxid (Atofina).
-
Messung der
mechanischen Eigenschaften
-
1
mm dicke Platten wurden aus dem wie oben offenbart erhaltenen thermoplastischen
Material gebildet. Die Platten wurden hergestellt durch Formen für 10 Minuten
bei 180°C
und anschließendes
Abkühlen
für 5 Minuten
auf Raumtemperatur.
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Die
Platten wurden verwendet, um die mechanischen Eigenschaften (d.h.
Reißspannung
und Reißdehnung)
gemäß ASTM-Standard D638-02a
mit dem Instron-Instrument und bei einer Zuggeschwindigkeit von 50
mm/min zu bestimmen. Die erhaltene Resultate sind in Tabelle 2 angegeben. Tabelle
2
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Die
in Tabelle 2 präsentierten
Daten zeigen, dass das erfindungsgemäße thermoplastische Material (Beispiele
1 bis 5) verbesserte mechanische Eigenschaften, insbesondere verbesserte
Reißdehnung
in Bezug auf entsprechende Zusammensetzungen ohne das Heterophasen-Copolymer
(b) besitzt.