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Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung eines Kern-
Schale-Polymers und einer Harz-zusammensetzung, die eine hohe
Schlagzähigkeit und verbesserte Schweißmerkmale aufweist, da
sie durch das Schmelzvermischen des Kern-Schale-Polymers
hergestellt wird.
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Polyoxymethylen- (POM) Harz ist als Formmasse bei der
Herstellung verschiedener Teile wie Zahnrädern, Rollen,
Schnurklemmen etc. verwendet worden, da diese Formteile aber in
Bezug auf die Schlagzähigkeit nicht gut genug sind, sind viele
Versuche unternommen worden, um das POM-Harz in Bezug auf
diesen Qualitätsparameter zu verbessern.
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Aufgrund der besonderen Struktur des POM-Harzes ist jedoch
kein Mischharz verfügbar, das mit POM-Harz ausreichend
verträglich ist.
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Weiterhin gefährdet aufgrund der hohen Kristallinität des POM-
Harzes jede Verbesserung seiner physikalischen Eigenschaften,
die dadurch erhalten werden kann, daß es mit anderen Harzen
verschmolzen wird, seine Schweißfestigkeit und -dehnung.
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Darüber hinaus ist POM-Harz aufgrund seiner ungenügenden
thermischen Stabilität für ein Hochtemperatur-Vermischen nicht
geeignet.
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Früher ist eine Anzahl von Kern-Schaie-Polymeren für das
Schmelzvermischen zum Zweck der Verbesserung der
Schlagzähigkeit
von Matrixharzen vorgeschlagen worden. Jedes Kern-Schale-
Polymer, das aus einem kautschukartigen Elastomerkern und
einer glasartigen Polymerschale besteht, weist insbesondere
den Vorteil einer höheren Reproduzierbarkeit der Dispersions-
Gleichmäßigkeit auf, da der Zustand seiner Dispersion in einem
Matrixharz gegenüber dem Einflüß von Schmelzmisch-Bedingungen
weniger empfindlich ist.
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Solche Kern-Schale-Polymere sind früher als Schlagfestmacher
für eine Vielzahl von Matrixharzen wie Polycarbonat,
Poly(butylenterephthalat), Polyamid, Poly(phenylenoxid) etc. sowie
für verschiedene Legierungen daraus verwendet worden.
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Die bis jetzt erhältlichen Kern-Schale-Polymere enthalten
Bestandteile, die den thermischen Zerfall von POM-Harz
begünstigen. Daher können die bekannten Kern-Schale-Polymere kaum
gleichmäßig mit POM-Harz vermischt werden. Falls sie vermischt
werden könnten, wiesen die resultierenden Zusammensetzungen
eine unzureichende thermische Stabilitär auf.
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Eine POM-Harzzusammensetzung mit verbesserter Schlagzähigkeit
ist zum Beispiel in U.S.-A-4 804 716 offenbart. Dabei handelt
es sich um eine POM-Harzzusammensetzung, die mit einem
Polyurethan-Elastomer ein thermoplastisches IPN
(interpenetrierendes Polymernetzwerk) bildel, das aner viele Nachteile
aufweist. Somit ist es, um eine ausreichend hohe Schlagzähigkeit
zu erhalten, erforderlich, das Polyurethan-Elastomer in einem
ziemlich großen Anteil zu verwenden, so daß der
Elastizitätsmodul weitgehend geopfert wird. Darüber hinaus ist es
unmöglich, eine Zusammensetzung mit einer befriedigenden
thermischen Stabilität, Witterungsbestandigkeit, Fließfähigkeit
und Schweißfestigkeit und befriedigenden Dehnunqsmerkmalen zu
erhalten.
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EP-A-115 373 offenbart eine POM-Harzzusammensetzung, die ein
kautschukartiges Elastomer enthält, hergestellt durch die
Emulsions-Polymerisation von C&sub1;-C&sub8;-Alkylacrylaten. Die
Produktion dieser Zusammensetzung erfordert jedoch spezielle
Mischbedingungen, und falls die normalen Mischungsbedingungen
verwendet werden, kann ein ausreichend stabiles POM-Harz nicht
erhalten werden. Darüber hinaus ist in Bezug auf die
thermische Stabilität beim Emulsions-Polymerisierungsschritt keine
Erfindungsgabe angewandt worden.
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U.S.-A-4 713 414 offenbart eine POM-Harzzusammensetzung, die
ein Kern-Schale-Polymer und ein reaktives Titanat enthält.
Jedoch ist die POM-Harzzusammensetzung sogar mit diesem Kern-
Schale-Polymer instabil, wobei sie der Zersetzung unterliegt.
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Insbesondere das in den Beispielen in US-A-4 713 414 und EP-A-
115 373 beschriebene Kern-Schale-Polymer ist mit Hinsicht auf
die thermische Stabilität unzulänglich (Vergleichsbeispiel 1
dieser Beschreibung).
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In U.S.-A-4 639 488 ist eine POM-Harzzusammensetzung
offenbart, die ein kautschukartiges Elastomer enthält, das durch
die Emulsionspolymerisation von Butadien erhalten wird, aber
die thermische Stabilität dieser Zusammensetzung ist schlecht.
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U.S.-A-3 749 755 offenbart eine POM-Harzzusammensetzung, die
ein kautschukartiges Elastomer enthält, aber deren thermische
Stabilität ist unbefriedigend.
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Die geprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 15331/1984
offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen
Harzes wie Acrylnitril-Acrylat-Styrol (AAS-Harz) unter
Verwendung von Polymerisationstechniken, die mit Hinsicht auf die
Schlagzähigkeit verbessert sind. Dabei handelt es sich jedoch
um ein Copolymer und nicht um eine Mischung.
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EP-A-390 146 betrifft ein Kern-Schale-Polymer, das für ein
Polyoxyethylenharz nützlich ist, wobei die Polyoxyethylenharz-
Zusammensetzung das Kern-Schale-Polymer enthält, und ein
Formteil, das aus dem Polyoxyethylenharz hergestellt ist. Die
im Präparat verwendeten oberflächenaktiven Mittel sind
nichtionische vom Ethertyp, vom Estertyp, vom Sorbitanestertyp und
vom Block-Copolymertyp, wie Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-
Block-Copolymer.
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Die in EP-A-156 285 verwendeten oberflächenaktiven Mittel sind
aliphatische und aromatische Sulfate, Sulfonate,
Carbonsäuresalze, wie Salze vom Resinattyp und dergleichen.
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Es ist allgemein anerkannt, daß eine aus kristallinen
Polymeren bestehende Polymermischung für die Festigkeit und Dehnung
von Schweißungen unzureichend ist. Zum Beispiel ist eine POM-
Harzzusammensetzung, die ein Polyurethan-Elastomer als ein
Mischharz mit Hinsicht auf eine verbesserte Schlagzähigkeit
enthält, mit Bezug auf die Schweißfestigkeit und -dehnung
deutlich beeinträchtigt.
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Beim obigen Stand der Technik wird daher die Entwicklung eines
Schlagfestmachers, der in einer POM-Harzzusammensetzung eine
ausreichende Schlagzähigkeit ergibt und sowohl eine
ausreichende Schweißfestigkeit und -dehnung als auch eine
verbesserte thermische Stabilität sicherstellt, lebhaft gefordert.
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Darüber hinaus ist POM-Harz unter verschiedenen
Konstruktionswerkstoffen in Bezug auf die Witterungsbeständigkeit besonders
schlecht.
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Dieser Parameter ist durch den oben aufgeführten Stand der
Technik nicht offenkundig verbessert worden und daher ist die
Entwicklung einer nicht nur mit Hinsicht auf die
Schlagzähigkeit, sondern auch mit Hinsicht auf die
Witterungsbeständigkeit verbesserten POM-Harzzusammensetzung erforderlich.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung erforschten dieses
Fachgebiet, um ein Kern-Schale-Polymer zu entwickeln, das dazu
in der Lage ist, eine verbesserte POM-Harzzusammensetzung zu
ergeben, und fanden, das das oberflächenaktive Mittel und der
Polymerisations-Initiator, die für die Herstellung des Kern-
Schale-Polymers verwendet wurden, nachteilige Auswirkungen auf
die thermische Stabilität des POM-Harzes haben. Auf der
Grundlage dieses Befundes wurden Versuche unternommen, um die
Schweißfestigkeit und -dehnung und die Witterungsbeständigkeit
des POM-Harzes zu verbessern, und es wurde schließlich
gefunden, daß die oben aufgeführten Probleme alle auf einmal gelöst
werden können, indem ein Kern-Schale-Polymer der hiernach
beschriebenen Konstruktion schmelzvermischt wird. Die
vorliegende Erfindung beruht auf den obigen Befunden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur
Herstellung eines Kern-Schale-Polymers, umfassend einen
kautschukartigen Polymerkern und eine glasartige Polymerschale,
erzeugt durch Emulsionspolymerisation in der Gegenwart eines
oligomeren oberflächenaktiven Mittels und eines neutrale
Radikale freisetzenden Polymerisations-Initiators, eine
Polyoxymethylenharz-Zusammensetzung, die das Kern-Schale-Polymer
enthält, und ein Harzprodukt, das aus der wie in
Patentanspruch 1 definierten Zusammensetzung formgepreßt ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine
Emulsionspolymerisation durchgeführt, wobei das folgende oberflächenaktive
Mittel und der folgende Initiator verwendet werden.
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Das in der vorliegenden Erfindung zu verwendende oberflächen
aktive Mittel ist ein oligomeres anionisches
oberflächenaktives Mittel wie diejenigen, die für die
Emulsionspolymerisations-Reaktionen für bestimmte spezielle Zwecke
verwendet worden sind. Zum Beispiel können oligomere
oberflächenaktive Mittel der folgenden Formel verwendet werden.
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In der obigen Formel bedeutet R eine Alkylgruppe mit 5 bis 20
Kohlenstoffatomen, bevorzugt 6 bis 12 Kohlenstoffatomen; Z ist
gleich 0, 1 oder 2; bevorzugt 0 oder 1 und noch bevorzugter
0; n ist eine positive ganze Zahl; R2n-1 bedeutet-H, -CH&sub3;,
-C&sub2;H&sub5; bzw. -COOH; R2n bedeutet -H, -CH&sub3;, -C&sub2;H&sub5;, -COOH bzw.
-CH&sub2;COOH; Xn bedeutet -COOH, -CONH&sub2;, -OCH&sub3;, -OC&sub2;H&sub5;, -CH&sub2;OH,
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-COOC&sub2;H&sub4;OH, -COOC&sub3;H&sub6;OH, -CONHCH&sub2;OH, -CONHCH&sub3; ,
-CONHC&sub2;H&sub5;, -CONHC&sub3;H&sub7;, -COOCH&sub3;, -COOC&sub2;H&sub5;, -CN, -OCOCH&sub3;, -OCOC&sub2;H&sub5;
oder
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Das Molekulargewicht des in Einklang mit der Erfindung zu
verwendenden oligomeren oberflächenaktiven Mittels beträgt 200
bis 5000, bevorzugt 1500 bis 3000, wobei der
Polymerisationsgrad
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im Bereich von 6 bis 50 liegt.
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Das oligomere oberflächenaktive Mittel kann als solches
wasserlöslich sein. Falls nicht, wird es in ein wasserlösliches
Salz umgewandelt, indem es mit einem öxid, Hydroxid oder
Alkohol umgesetzt wird.
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Das gerade zuvor erwähnte wasserlösliche Salz umfaßt unter
anderem Alkalimetallsalze, Erdalkalimetalisalze,
Schwermetallsalze der Gruppe III, Ammoniumsalz, substituierte
Ammoniumsalze etc. und am meisten bevorzugt das Ammoniumsalz.
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Diese oligomeren oberflächenaktiven Mittel können, wie zum
Beispiel in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 47-
34832 beschrieben ist, durch das Additionspolymerisieren von
relevanten Monomeren in einem wasserfreien Lösungsmittel in
Gegenwart eines Alkylmercaptans oder durch das weitere
Oxidieren des Oligomers mit Wasserstoffperoxid oder Ozon zum
entsprechenden Sulfoxid oder Sulfon synthetisiert werden.
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Das oben erwähnte Alkylmercaptan umfaßt unter anderem
n-Octylmercaptan, n-Dodecylmercaptan, t-Dodecylmercaptan,
n-Decylmercaptan und so weiter.
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Die oben aufgeführten Monomere umfassen α,β-ethylenisch
ungesättigte Monomere mit wenigstens einer polaren Gruppe, wie
(Meth)Acrylsäure, α-Ethylacrylat, β-Methylacrylat,
α,β-Dimethylacrylat, Capronsäure, Itaconsäure, Fumarsäure,
Maleinsäure, (Meth)Acrylamid, Vinylethylether, Vinylmethylether,
Allylalkohol, Vinylpyrrolidon, (Meth)Acrylnitril,
Ethylacrylnitril, Methyl(meth)acrylat, Ethylacrylat,
Hydroxyethyl(meth)acrylat, Hydroxypropyl(meth)acrylat, Vinylacetat,
Vinylpropionat, N-isopropylacrylamid, N-Ethylacrylamid,
N-Isopropylacrylamid, N-Ethylacrylamid, N-methylacrylamid,
Glycidyl(meth)acrylat, N-Methylolacrylamid und so weiter.
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Das für die oben aufgeführte Additionspolymerisation
verwendete Lösungsmittel ist bevorzugt ein Niederalkohol wie Methanol,
Ethanol, Isopropylalkohol und so weiter.
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Die obige Additionspolymerisation wird im allgemeinen im
Temperaturbereich von etwa 20 bis 100 ºC durchgeführt.
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Der Anteil des oligomeren oberflächenaktiven Mittels wird in
der Praxis der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die
teilchenstabilisierende Kraft des oberflächenaktiven Mittels
ausgewählt.
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Der neutrale Radikale freisetzende Polymerisations-Initiator
umfaßt Initiatoren des Azotyps, wie Azobis(isobutyronitril),
Dimethyl-2,2'-azobis (isobutyrat),
2,2'-Azobis(2-amidinopropan)dihydrochlorid etc., und Peroxide wie Cumenhydroperoxid,
Diisopropylbenzolhydroperoxid, Wasserstoffperoxid und so
weiter. Diese Initiatoren können unabhängig oder in
Kombination verwendet werden.
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Die Emulsionspolymerisation in einem Reaktionssystem, das das
oligomere oberflächenaktive Mittel und den Initiator enthält,
führt zu einem Kern-Schale-Polymer, das im wesentlichen von
Schwefeloxid-Verbindungen frei oder an
Schwefeloxid-Verbindungen arm ist.
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Der geringe Gehalt an Schwefeloxid- (z.B. Sulfat, Persulfat
etc.) verbindung bedeutet, daß das Ergebnis einer gewöhnlichen
qualitativen Prüfung auf Sulfationen negativ ist.
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Eine typische Prüfung findet wie folgt statt. Fünf Gramm einer
Probe (Kern-Schale-Polymer) wird in einen konischen 50-ml-
Kolben gewogen, 20 ml delonisiertes Wasser wird zugegeben und
die Mischung wird mit einem Magnetrührer 3 h lang bei
Raumtemperatur gerührt.
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Die Mischung wird dann durch ein Filterpapier Nr. 5 C
tutriert und das Filtrat wird in Hälften aufgeneilt. Zu einer
der Hälften wird 0,5 ml einer 1%igen wässrigen
Bariumchloridlösung gegeben und die relative Trübung der Hälften wird
ausgewertet (qualitative Prüfung auf das Sulfation).
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Die Schlagzähigkeit einer POM-Harzzusammensetzung, die ein
solches Kern-Schale-Polymer enthält, insbesondere eines, das
frei von Schwefeloxid-Verbindungen ist, ist hervorragend.
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Das Kern-Schale-Polymer kann durch das sogenannte
Polymerisationsverfahren der geimpften Emulsion hergestellt werden,
wobei es sich um ein serielles
Mehrstufen-Emulsions-Polymerisationsverfahren handelt, bei dem ein in der vorherigen Stufe
gebildetes Polymer mit einem in der folgenden Stufe gebildeten
Polymer umhüllt wird.
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Es ist bevorzugt, daß bei der Impfteilchen bildenden Stufe das
Monomer, oberflächenaktives Mittel und Wasser in den Reaktor
gegeben werden und dann der Initiator zugegeben wird, so daß
die Emulsionspolymerisations-Reaktion ausgelöst wird.
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Die Vorstufen-Polymerisation ist die Reaktion, bei der ein
kautschukartiges Polymer gebildet wird.
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Das Monomer zur Bildung eines solchen Kautschukpolymers umfaßt
unter anderen konjugierte Diene und Alkylacrylate, die 2 bis
8 Kohlenstoffatome im Alkylrest umfassen, sowie deren
Mischungen.
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Ein solches Monomer oder solche Monomere werden polymerisiert,
wodurch ein kautschukartiges Polymer mit einer Glasübergangs-
Temperatur erhalten wird, die nicht höher als -30 ºC
ist.
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Zu den konjugierten Dienen können Butadien, Isopren,
Chloropren und so weiter gerechnet werden, obwohl Butadien besonders
bevorzugt ist.
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Unter den Alkylacrylaten, deren Alkylreste jeweils 2 bis 8
Kohlenstoffatome enthalten, sind Ethylacrylat, Propylacrylat,
Butylacrylat, Cyclohexylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat und so
weiter, obwohl Butylacrylat besonders wünschenswert ist.
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Bei dieser Vorstufen-Polymerisation können Monomere, die mit
den konjugierten Dienen und/oder Alkylacrylaten
copolymerisierbar sind, copolymerisiert werden. Zu diesen Monomeren
zählen verschiedene aromatische Vinyl- oder
Vinylidenverbindungen wie Styrol, Vinyltoluol, α-Methylstyrol etc.,
Vinyl- oder Vinylidencyanid-Verbindungen wie Acrylnitril,
Methacrylnitril etc. und Alkylmethacrylate wie Methylmethacrylat,
Butylmethacrylat und so weiter.
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Wenn das Vorstufen-Polymerisationssystem kein konjugiertes
Dien enthält oder, falls es dies tut, mit einem Anteil von
nicht mehr als 20 Gew.-% des gesamten Monomers für die
Vorstufen-Reaktion, kann eine verbesserte Schlagzähigkeit
eingeführt werden, indem ein vernetzendes Monomer und ein
Pfropfmonomer in kleinen Anteilen eingearbeitet werden. Das
oben erwähnte vernetzende Monomer umfaßt unter anderen
aromatische Divinylmonomere wie Divinylbenzol etc und
Alkanpolyolpolyacrylate oder Polymethacrylate wie Ethylenglycoldiacrylat,
Ethylenglycoldimethacrylat, Butylenglycoldiacrylat,
Hexandioldiacrylat, Hexandioldimethacrylat,
Oligoethylenglycoldiacrylat, Oligoerhylenglycoldimethacrylät,
Trimethylolpropandiacrylat, Trimethylolpropandimethacrylat,
Trimethylolpropantriacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat und so weiter.
Besonders bevorzugt sind Butylenglycoldiacrylat und
Hexaodioldiacrylat.
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Das Pfropfmonomer umfaßt unter anderen Allylester von ungesät
tigten Carbonsäuren wie Allylacrylat, Allylmethacrylat,
Diallylmaleat, Diallylfumarat, Diallylitaconat und so weiter,
obwohl Allylmethacrylat besonders bevorzugt ist.
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Das obige vernetzende Monomer und Pfropfmonomer werden in
einem Anteil von jeweils 0,01 bis 5 Gew.-%, bevorzugt jeweils
0,1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Monomer für die
Vorstufen-Polymerisationsreaktion, verwendet.
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Die kautschukartige Polymerschale macht vorzugsweise 50 bis
90 Gew.-% des gesamten Kern-Schale-Polymers aus. Falls der
Anteil der Schale entweder unter- oder oberhalb des oben
aufgeführten Bereiches liegt, wird die durch das
Schmelzvermischen des Kern-Schale-Polymers hergestellte
Harzzusammensetzung möglicherweise nicht ausreichend in Bezug auf die
Schlagzähigkeit verbessert.
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Darüber hinaus wird die Tieftemperatur-Schlagzähigkeit
möglicherweise nicht ausreichend verbessert, falls die
Glasübergangstemperatur der Schale höher als -30 ºC ist.
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Die äußere Phase des Kern-Schale-Polymers besteht aus einem
glasartigen Polymer.
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Als Beispiele für das Monomer, aus dem das glasartige Polymer
besteht, können Methylmethacrylat und verschiedene Monomere
erwähnt werden, die mit Methylmethacrylat copolymerisierbar
sind.
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Dieses Monomer ist entweder Methylmethacrylat als solches oder
eine Mischung aus Methylmethacrylat und einem oder mehreren
anderen Monomeren, die mit Methylmeryiacrylat copolymerisierbar
sind, und bildet ein glasartiges Polymer mit einer Glasüber
gangstemperatur von nicht weniger als 60 ºC.
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Die mit Methylmethacrylat copolymerisierbaren Monomere
umfassend verschiedene vinylpolymerisierbare Monomere, z.B.
Alkylacrylate wie Ethylacrylat, Butylacrylat etc.,
Alkylmethacrylate wie Ethylmethacrylat, Butylmethacrylat etc., aromatische
Vinyl- oder Vinylidenverbindungen wie Styrol, Vinyltoluel, α-
Methylstyrol etc. und Vinyl- oder Vinylidencyanide wie
Acrylnitril, Methacrylnitril und so weiter. Besonders bevorzugt
sind Ethylacrylat, Styrol und Acrylnitril.
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Diese Außenschalen-Phase macht vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-%
des gesamten Kern-Schale-Polymers aus. Falls der Anteil der
Schalenphase unter- oder oberhalb des oben aufgeführten
Bereiches ist, wird die durch das Schmelzvermischen des Kern-
Schale-Polymers hergestellte Harzzusammensetzung
möglicherweise nicht ausreichend in Bezug auf die Schlagzähigkeit
verbessert.
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Zwischen die Vorstufen-Polymerphase und die
Endstufen-Polymerphase kann eine Zwischenphase eingebracht werden. Eine
solche Zwischenphase kann erhalten werden, indem ein
polymerisierbares Monomer mit funktionellen Gruppen, wie
Glycidylmethacrylat, ungesättigte Carbonsäuren etc., ein
polymerisierbares Monomer, das ein glasartiges Polymer bildet, wie
Methylmethacrylat, oder ein polymerisierhares Monomer, das ein
kautschukartiges Polymer bildet, wie Butylacrylat, verwendet
wird.
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In Einklang mit den erwünschten Eigenschaften des Kern-Schale-
Polymers kann eine Vielzahl von Zwischeophasen ausgewählt
werden.
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Die Polymerisierungsanteile können zweckdienlich in Einklang
mit dem verwendeten Monomeren ausgewählt werden. Zum Beispiel
kann, wenn ein glasartiges Polymer als Zwischenphase zu
verwenden ist, sein Polymerisationsverhältnis unter der Annahme
berechnet werden, daß diese Phase ein Teil der Schale ist, und
wenn die Zwischenphase ein kautschukartiges Polymer ist, kann
sein Verhältnis als Teil des Kerns berechnet werden.
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Die Struktur eines Kern-Schale-Poiymers mit einer solchen
Zwischenphase kann zum Beispiel ein Mehrschichtsystem sein,
das eine zusätzliche Schicht zwischen einem Kern und einer
Schale enthält, oder ein salamiartiges System, in dem eine
Zwischenschicht als kleine Teilchen im Kern dispergiert ist.
In einem Kern-Schale-Polymer vom Salamityp kann die
normalerweise dispergierte Zwischenschicht einen neuen Kern im
Mittelpunkt des Kernpolymers bilden. Ein solches Kern-Schale-Polymer
wird manchmal gebildet, wenn Styrol oder dergleichen als das
Monomer zum Aufbau der Zwischenphase verwendet wird.
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Die Verwendung eines solchen Kern-Schale-Polymers mit einer
Zwischenphase führt nicht nur zu Verbesserungen in Bezug auf
die Schlagzähigkeit, sondern auch zu einem verbesserten
Elastizitätsmodul, einer erhöhten Wärmeformbeständigkeit und
einem verbesserten Aussehen (Aufblättern und Perlmuttglanz des
Formteus, Farbänderung aufgrund einer Änderung des
Brechungsindex).
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Das Kern-Schale-Polymer kann in Form von Körnern, Flocken oder
Pulvern verfügbar gemacht wenden, zum Beispiel durch die
folgenden Verfahren.
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(1) Ein Latex wird durch das an sich bekannte
Polymerisationsverfahren der geimpften Polymerisation in Gegenwart
des oberflächenaktiven Mittels und des Initiators erzeugt.
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(2) Dieser Latex wird dann dem Gefrier-Entwässerungszyklus
unterworfen, um das Polymer abzutrennen.
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(3) Dann wird das Polymer durch Zentrifugieren entwässert und
getrocknet.
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Durch das obige Gewinnungsverfahren können das für die
Emulsionspolymerisation verwendete Lösungsmittel und
oberflächenaktive Mittel im wesentlichen entfernt werden.
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Alternativ kann der Latex bei obigem Schritt (2) so, wie er
ist, getrocknet und verwendet werden.
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Das Sprühtrocknungs-Verfahren unter Verwendung eines
Sprühtrockners kann ebenfalls zur Gewinnung des
Kern-Schale-Polymers aus dem Latex verwendet werden.
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Das so isolierte Kern-Schale-Polymer kann mit Hilfe eines
Extruders oder einer Pelletisiermaschine in Pellets
verarbeitet oder direkt mit einem Matrixharz schmelzvermischt werden,
um eine verbesserte Schlagzähigkeit zu erreichen.
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Die POM-Harzzusammensetzung enthält 5 bis 100 Gew.-Teile,
vorzugsweise 10 bis 80 Gew.-Teile, des Kern-Schale-Polymers,
bezogen auf 100 Gew.-Teile des POM-Harzes.
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Falls der Anteil des Kern-Schale-Polymers weniger als 5 Gew.-
Teile beträgt, kann keine Verbesserung in Bezug auf die
Schlagzähigkeit realisiern werden, während die Verwendung des
Kern-Schale-Polymers mit mehr als 100 Gew.-Teilen zu
deutlichen Verminderungen in Bezug auf die Steifheit und die
thermischen Eigenschaften des Produktharzes führen kann.
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Das POM-Harz, das in der vorliegenden Erfindung verwendet
werden kann, kann ein Homopolymer von Formaldehyd oder ein
Copolymer von Formaldehyd oder einem cyclischen Oligomer davon
mit einem Alkylenoxid sein, das wenigstens 2 geminale
Kohlenstoffatome in der Gerüstkette enthält, und ein beliebiges
solcher Polyoxymethylen-Homopolymerharze und Polyoxymethylen-
Copolymerharze kann verwendet werden.
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Bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen
POM-Harzzusammensetzung wird das Schmelzmischungs-Verfahren verwendet.
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Das Schmelzvermischen wird im allgemeinen bei einem geeigneten
Temperaturbereich zwischen 180 ºC und 240 ºC durchgeführt, wo
die Harze schmelzen und die Viskosität der Zusammensetzung
nicht zu gering ist.
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Der Schmelzmisch-Vorgang kann unter Verwendung eines
Kalanders, eines Banbury-Mischers oder eines Einschnecken- oder
Mehrschnecken-Extruders durchgeführt werden.
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Die Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann
weiterhin verschiedene Zusätze oder andere Harze in geeigneten
Anteilen enthalten.
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Unter den oben erwähnten Zusätzen sind
Flammenverzögerungsmittel, Formentrennmittel, Wetterschutzmittel,
Oxidationsschutzmittel, Antistatikmittel, Wärmeschutzmittel, farbgebende
Mittel, Verstärkungen, oberflächenaktive Mittel, anorganische
Füllstoffe, Gleitmittel und so weiter.
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Die Harzzusammensetzungen können durch normale
Formpreßverfahren wie Spritzgießen, Extrudieren in ein geschlossenes
Werkzeug, Formpressen und so weiter bei einer Temperaüur von 200
bis 300 ºC in Gegenstände mit gewünschten Formen formgepreßt
werden.
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Das Kern-Schale-Polymer verleiht eine hervorragende
Schlagzähigkeit, wenn es mit POM-Harz schmelzvermischt wird.
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Darüber hinaus ist die das Kern-Schale-Polymer der Erfindung
enthaltende Harzzusammensetzung thermisch stabiler als die
entsprechende Harzzusammensetzung, die beliebige der bekannten
Kern-Schale-Polymere enthält, und zeigt eine bessere
Fließfähigkeit, thermische Stabilität, Aussehen,
Witterungsbeständigkeit und Schweißfestigkeit und -dehnung als die
Harzzusammensetzung, die ein Polyurethan-Elastomer enthält.
Beispiele
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Die folgenden Arbeitsbeispiele und Bezugsbeispiele sollen die
vorliegende Erfindung in weiteren Einzelheiten erläutern und
sollten auf keinen Fall so ausgelegt werden, als ob sie die
Grenzen der Erfindung einschränken. Es gilt als vereinbart,
daß in den Arbeits- und Bezugsbeispielen alle Teile auf das
Gewicht bezogen sind. In den Beispielen werden die folgenden
Abkürzungen verwendet.
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Styrol St
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Acrylnitril AN
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Ethylacrylat EA
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Methylmethacrylat MMA
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2-Ethylhexylacrylat 2EHA
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Butadien Bd
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Butylacrylat BA
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1,4-Butylenglycoldiacrylat BGA
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Allylmethacrylat ALMA
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Methacrylamid MAM
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Methacrylsäure MAA
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2,2'-Azobis(isobutyronitril) AIBN
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Delonisiertes Wasser DIW
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2,2'-Azobis(2-amidinopropan)dihydrochlorid V50
(Wako Pure Chemicals, V50)
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Wasserstoffperoxid H&sub2;O&sub2;
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Vitamin C (Ascorbinsäure) VC
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Natriumpersulfat SPS
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Natriumoctylsulfosuccinat NP
(Neocol P, Daiichi Kogyo Seiyaku Co. Ltd.)
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OS -Seife (Kaliumoleat, Kao Corporation) OS
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Tetranatriumethylendiamintetraacetat EDTA
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Dodecylmercaptan DMP
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Oligomeres oberflächenaktives Mittel
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Oberflächenaktives Mittel A
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Dieses oberflächenaktive Mittel wurde hergestellt, wie dies
in Beispiel 13 in der japanischen Kokai-Patentanmeldung Nr.
53-10682, beschrieben ist, mit wässrigem Ammoniak auf einen
pH-Wert von 7,5 eingestellt und mit reinem Wasser verdünnt,
wodurch ein Feststoffgehalt von 10 % erhalten wurde.
Dodecyl
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(worin a:b = 7:3, a + b = 13,C
[Zusammensetzung]
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MAA 155 q
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MMA 360 g
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n-DMP 109 q
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AIBN 4,4 g
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Isopropylalkohol 314 g
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Molmasse 1310
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Oligomeres oberflächenaktives Mittel
oberflächenaktives Mittel B
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Dieses oberflächenaktive Mittel wurde wie folgt hergestellt;
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Ein 7-1-Polymerisationsreaktor, ausgestattet mit einem
Ruckflußkühler, wurde mit 1550 g Ispropylalkohol, 231 g MMA, 546 g
MAA, 137 g Hydroxyethylacrylat und 170 g t-DMP gefüllt, und
die Charge wurde unter Rühren in einem Stickstoffstrom auf
60 ºC erwärmt. Dann wurden 21 g AIBN zugegeben, wodurch eine
Polymerisation eingeleitet wurde, und die Innentemperatur
wurde auf 75 ºC erhöht. Die Reaktionsmischung wurde auf nicht
mehr als 40 ºC abgekühlt, dann wurde 2000 g DIW dazugegeben und
mit wässrigem Ammoniak auf einen pH-Wert von 7,5 eingestellt.
Isopropylalkohol wurde unter vermindertem Druck abdestilliert
und es wurde mit DIW verdünnt, wodurch ein Feststoffgehalt von
10 % hergestellt wurde.
Dodecyl
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[worin a : b : c 47 : 24 : 129, a + b + c = 39,3,
Molmasse 3500 - 4000])
Beispiel 1
Herstellung des Kern-Schale-Polymers A
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Ein 7-1-Autoklav wurde mit 975 g DIW, 1,47 g 25%igem wässrigen
Ammoniak, 10,5 g oberflächenaktivem Mittel A und 0,525 g MAM
befüllt, und, nach dem Spülen mit Stickstoff, wurde die
Innentemperatur auf 70 ºC erhöht. Dann wurde eine
Impfmonomermischung der folgenden Zusammensetzung zugegeben und 10 min
lang dispergiert, wonach zur Bildung von Impfteilchen 10,5 g
einer 10%-igen wässrigen Lösung von V50 zugegeben wurde.
Impfmonomerlösung
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EA 51,608 g
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ALMA 0,263 g
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BGA 0,105 g
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Dann wurden 1168,8 g DIW, 21 g oberflächenaktives Mittel A,
4,2 g 25%ige wässrige Ammoniaklösung, 10,5 g einer 10%igen
wässrigen EDTA-Lösung, 0,525 g t-DMP und 3,497 g MAM
zugegeben, und die Temperatur wurde auf 70 ºC erhöht.
-
Dann wurde 10,92 g einer Initiatorlösung der folgenden
Zusammensetzung zugegeben, um die Kempolymerisierung
auszulösen.
Initiatorlösung
-
10 % V50 105,0 g
-
25%iges wässriger Ammoniak 4,2 g
-
Dann wurden die folgende Kernmonomermischung und die Lösung
des oberflächenaktiven Mittels kontinuierlich über einen
Zeitraum von 240 min zugegeben. Der Rest der Initiatorlösung
wurde über 480 min zugegeben. Nach der Vervollständigung der
Zugabe wurde die Mischung 12 h lang gerührt, wodurch ein
Kernlatex erhalten wurde.
Kernmonomermischung
-
Bd 420,00 g
-
2EHA 376,95 g
-
MMA 195,30 g
Lösung des oberflächenaktiven Mittels
-
Oberflächenaktives Mittel A 105,00 g
-
Siges wässriges MAM 35,07 g
-
Die Schalenpolymerisation wurde ausgelöst, indem 14,5 g der
folgenden Initiatorlösung zugegeben wurden:
Initiatorlösung
-
10 % V50 13,5 g
-
25%iges wässriges Ammoniak 0,9 g
-
Danach wurde für eine weitere Schalenpolymerisation die
folgende Schalenmonomer-Lösung kontinuierlich über 120 min
zugegeben.
Schalenmonomer-Emulsion
-
MMA 404,1 g
-
EA 45,0 g
-
BGA 0,9 g
-
Oberflächenaktives Mittel A 27,0 g
-
DIW 630,0 g
-
25%iges wässriges Ammoniak 0,54 g
-
Die Temperatur wurde auf 90 ºC erhöht und die Reaktionsmischung
wurde 1 h lang gehalten. Nach dem Abkühlen wurde die Mischung
durch ein Sieb aus rostfreiem Stahl mit 300 Mesh filtriert,
wodurch ein Kern-Schale-Polymer erhalten wurde.
-
Dieser Latex wurde gefroren, durch einen Glasfilter filtriert
und 24 h lang in einem Luftstrom bei 40 ºC getrocknet, wodurch
das Kern-Schale-Polymer A erhalten wurde.
Beispiel 2
Herstellung des Kern-Schale-Polymers B
-
Ein 5-1-Polymerisationsreaktor, ausgestattet mit einem
Rückflußkühler, wurde mit 1200 g DIW, 1,68 g 25%iger
Ammoniaklösung, 7 g oberflächenaktivem Mittel A und 0,14 g MAM befüllt,
und die Charge wurde in einem Stickstoffstrom unter Rühren auf
70 ºC erwärmt. Dann wurde 27,86 g einer Impfmonomermischung der
folgenden Zusammensetzung zugegeben und 10 min lang
dispergiert, gefolgt von der Zugabe von 21 g einer 10%igen wässrigen
Lösung von V50, um eine Impfpolymerisation auszulösen.
Impfmonomermischung
-
EA 27,664 g
-
AlMA 0,14 g
-
BGA 0,056 g
-
Nachdem 7 g MAM zugegeben worden waren, wurde eine Monomer-
Emulsion, die durch das Zugeben von 210 g oberflächenaktivem
Mittel A, 900 g DIW und 2,80 g 25%igen wässrigen Ammoniaks zu
1400 g einer Kernmonomermischung der folgenden Zusammensetzung
und einer Mischung von 21,0 g einer 10%igen wässrigen Lösung
von V50 und 0,63 g 1%igem wässrigen Ammoniak hergestellt
wurde, kontinuierlich über 180 min für eine weitere
Impfpolymerisation zugegeben.
Kernmonomermischung
-
BA 1215,2 g
-
MMA 140,0 g
-
BGA 2,8 g
-
ALMA 7,0 g
-
Die Reaktionstemperatur wurde auf 80 ºC erhöht, eine Stunde
lang gehalten, und dann auf 70 ºC abgekühlt.
-
Nach der Zugabe von 9 g einer 10%igen wässrigen Lösung von V50
und 0,27 g 1%igen wässrigen Ammoniaks wurde die folgende
Schalenmonomerlösung, 12 g einer 10%igen wässrigen Lösung von
V50 und 0,36 g 1%igen wässrigen Ammoniaks, kontinuierlich in
60 min für eine weitere Impfpolymerisation zugegeben.
Schalenmonomeremulsion
-
MMA 540,0 g
-
EA 60,0 g
-
oberflächenaktives Mittel A 30,0 g
-
DIW 500,0 g
-
25%iges wässriges Ammoniak 0,92 g
-
Die Temperatur wurde auf 80 ºC erhöht, wobei die Mischung 1 h
lang gehalten wurde. Nach dem Abkühlen wurde die
Reaktionsmischung durch ein Sieb mit aus rostfreiem Stahl mit 300 mesh
filtriert, wodurch ein Kern-Schale-Polymerlatex erhalten
wurde.
-
Dieser Latex wurde bei -15 ºC gefroren, durch einen Glasfilter
filtriert und in einem Luftstrom bei 60 ºC 25 h lang
getrocknet, wodurch das Kern-Schale-Polymer B erhalten wurde.
Beispiel 3
Herstellung des Kern-Schale-Polymers C
-
In Einklang mit dem Verfahren von Beispiel 1 wurde das Kern-
Schale-Polymer C unter Verwendung des oberflächenaktiven
Mittels B anstelle des oberflächenaktiven Mittels A
hergestellt.
Beispiel 4
Herstellung des Kern-Schale-Polymers D
-
Ein 2-l-Polymerisationsbehälter, ausgerüstet mit einem
Rückflußkühler, wurde mit 600 g DIW und 20 g oberflächenaktivem
Mittel B befüllt, und die Mischung wurde unter einem
Stickstoffstrom gerührt und auf 35 ºC erwärmt. Zur obigen Mischung
wurde 35 g EA gegeben und 10 min lang dispergiert. 12 g einer
wässrigen Lösung von H&sub2;O&sub2; und 12 g einer 2%igen wässrigen
Lösung von VC wurden zur Polymerisation von Impflatex
zugegeben.
-
665 g einer Kernmonomermischung der unten aufgeführten
Zusammensetzung wurde mit 135 g oberflächenaktivem Mittel B und
95 g DIW vermischt. Dann wurde die Mischung in einem Zeitraum
von 240 min zur Reaktionsmischung gegeben, gefolgt von 72,5 g
einer 3%igen wässrigen H&sub2;O&sub2;-Lösung und 72,5 g einer 2%igen
wässrigen VC-Lösung, die kontinuierlich über einen Zeitraum
von 300 min zur Impfpolymerisation zugegeben wurden. Während
die Monomerlösung zugegeben wurde, wurde die
Reaktionstemperatur im Bereich von 35 ºC bis 40 ºC gehalten.
Kernmonomermischung
-
BA 697,20 g
-
ALMA 1,40 g
-
BGA 1,40 g
-
Die Reaktionsmischung wurde nach Beendigung der Monomerzugabe
eine Stunde lang bei derselben Temperatur gehalten und wurde
der Schalenpolymerisation unterworfen.
-
32,9 g einer 3%igen wässrigen Lösung von H&sub2;O&sub2; und 32,9 g VC
wurden über einen Zeitraum von 150 min zur Reaktionsmischung
gegeben, und 431 g einer Schalenmonomeremulsion aus der unten
aufgeführten Zusammensetzung wurde kontinuierlich über einen
Zeitraum von 90 min zur Impfpolymerisation zugegeben. Während
die Monomerlösung zugegeben wurde, wurde die
Reaktionstemperatur im Bereich von 35 ºC bis 40 ºC gehalten.
Schalenmonomeremulsion
-
St 240 g
-
AN 60 g
-
oberflächenaktives Mittel B 47,0 g
-
DIW 102,0 g
-
Die Reaktionsmischung wurde eine Stunde lang bei derselben
Temperatur gehalten, dann abgekühlt und durch ein Sieb aus
rostfreiem Stahl mit 300 mesh futriert, wodurch ein Kern-
Schale-Polymerlatex erhalten wurde.
-
Dieser Latex wurde bei -15 ºC eingefroren und durch einen
Glasfilter futriert. Der Feststoff wurde dann in einem
Luftstrom über Nacht bei 60 ºC getrocknet, wodurch das Kern-Schale-
Polymer D erhalten wurde.
-
Die Zusammensetzungen der Kern-Schale-Polymere A bis D sind
in Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 5.
Herstellung der POM-Harzzusammensetzung (1)
-
Siebzig Teile Tenac C4510, ein PCM-Copolymerharz der Asahi
Chemical Industry Co., Ltd., und 30 Teile eines Kern-Schale-
Polymers A, hergestellt in Beispiel 1, wurden bis auf einen
Feuchtigkeitsgehalt von nicht mehr als 0,3 % getrocknet, und
unter Verwendung eines Doppelschnecken-Extruders (PCM-30;
Ikegai Corporation) wurde die Mischung bei einer
Zylindertemperatur von 200 ºC und einer Extruderkopf-Temperatur von
200 ºC schmelzgemischt, wodurch Pellets aus
POM-Harzzusammensetzung (1) erhalten wurden.
Beispiele 6 bis 12
-
Herstellung der POM-Harzzusammensetzungen (2) bis (8)
Auf dieselbe Weise wie in Beispiel 5 wurden Pellets aus den
POM-Harzzusammensetzungen (2) bis (8) in Einklang mit den in
Tabelle 2 angegebenen Formeln hergestellt.
Vergleichsbeispiele 1 und 2
-
Herstellung der Kern-Schale-Polymere E und F
Auf dieselbe Weise wie in Beispiel 4 wurden die Kern-Schale-
Polymere E und F in Einklang mit den in Tabelle 1 angegebenen
Formeln hergestellt.
Vergleichsbeispiele 3 bis 7
Herstellung der POM-Harzzusammensetzungen (9) bis (13)
-
Auf dieselbe Weise wie in Beispiel 5 wurden Pellets aus den
POM-Harzzusammensetzungen (9) bis (13) in Einklang mit den in
Tabelle 2 angegebenen Formeln hergestellt.
Schlagzähigkeits-Prüfung von Harzrrot kten
-
Die Harzzusammensetzungen (1) bis (13) wurde 1 h lang bei
110 ºC getrocknet, und unter Verwendung einer
Spritzgießmaschine (TS-100, Nissei Plastics Co.) wurde jede
Zusammensetzung bei einer Zylindertemperatur von 200 ºC und einer
Düsentemperatur von 200 ºC formgepreßt.
-
Stücke für die Kerbschlagzähigkeitsprüfung nach Izod, 3,2 mm
dick, wurden gemäß JIS K7110 hergestellt. Die Schlagzähigkeit
dieser Prüfstücke wurde bei 23 ºC gemäß JIS K7110 gemessen.
-
Gelegentlich konnte mit den POM-Harzzusammensetzungen (10) und
(11) (Vergleichsbeispiele 4 und 5) kein Schmelzvermischen
durchgeführt werden. Die Ergebnisse des Vermischens sind unten
in Tabelle 2 angegeben.
Bestimmung der Schweißdehnungs-Retentionsgeschwindigkeiten
von Harzprodukten
-
Das Verhältnis der Dehnung beim Reißen zwischen einem
Prüfstück mit Zweipunktanschnitten an beiden Enden und einem
Prüfstück mit einem Einpunktanschnltt an einem Ende wurde
unter Verwendung von Prüfstücken gemäß JIS K7113 durch das
Zugprüfungsverfahren gemäß JIS K7113 bestimmt. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 2 angegeben.
Witterunpsbeständigkeits-Prüfung
-
Der Farbunterschied zwischen nicht freiliegenden und
freihegenden Spritzgußmustern, erhalten aus den
POM-Harzzusammensetzungen (5) und (13) durch das Sunshine Super Long-Life Weather
Meter (Suga Test Instruments), wurde unter Verwendung des Σ80
Color Measuring System (Nippon Denshoku Kogyo) gemessen.
-
Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben.
Wärmestabilitätsprüfung
-
Der Farbunterschied zwischen aus den POM-Harzzusammensetzungen
(5) und (13) erhaltenen Spritzgußmustern, die im auf 150 ºC
eingestellten Trockner 50 h lang bei 150 ºC nicht gehalten bzw.
gehalten wurden, wurde unter Verwendung des Σ80 Color
Measuring System gemessen.
-
Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben.
Wärmestabilitätsprüfung (schmelzend gehalten)
-
Der Farbunterschied zwischen aus den POM-Harzzusammensetzungen
(5) und (13) erhaltenen Spritzgußmustern, die im
Spritzgußsystem durch das Einstellen der Zylindertemperatur auf 230 ºC
vor dem Formpressen nicht gehalten bzw. gehalten wurden, wurde
unter Verwendung des **80 Color Measuring System gemessen.
-
Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben.
Qualitative Prüfung auf das Sulfation
-
Es wurden die Sulfationen in den Kern-Schale-Polymeren A bis
E, KM-330, bestimmt.
-
Folglich wurde 5 g jeder Probe in einen konusförmigen 50-ml-
Kolben eingewogen, 20 ml deionisiertes Wasser wurde zugegeben
und die Mischung wurde mit einem Magnetrührer 3 h lang
gerührt.
-
Die Mischung wurde durch ein Filterpapier Nr. 5 C filtriert
und das Filtrat wurde in Hälften aufgeteilt. Dann wurden
0,5 ml einer 1%igen wässrigen Bariumchlorid-Lösung zu einer
der Hälften gegeben, und die relative Trübung der beiden
Hälften wurde untersucht.
-
Bei dieser qualitativen Prüfung wurde in den Kern-Schale-
Polymeren A bis D nachgewiesen, aber in den
Kern-Schale-Polymeren E und KM-330 wurden Sulfationen nachgewiesen.
Tabelle 1 Zusammensetzungen der Kern-Schale-Polymere
Schlagfestmacher
Kern
Kern/MID//Schale
oberflächenaktives Mittel
Polymerisations-Initiator
Tabelle 2
Beispiele
Harzzusarnmensetzung
Schlagfestmacher
verhältnis zwischen POM und Schlagfestmacher
Izod-Schlagz.1
Dehnung (%) (mit Schweißen/ohne Schweißen)
-
POM-1: Tenac C4510
(Asahi Chemical Industry Co., Ltd.; POM-Copolymer)
-
POM-2: Tenac C3510
(Asahi Chemical Industry Co., Ltd.; POM-Copolymer)
-
POM-3: Tenac C4010
(Asahi Chemical Industry Co., Ltd.; POM-Homopolymer)
Tabelle 2 (Fortsetzung)
Beispiele
Harzzusammensetzung
Schlagfestmacher
Verhältnis von POM-1 zum Schlagfestmacher
Izod-Schlagz.
Dehnung (%) (mit Schweißen/ohne Schweißen)
-
KM-330: Schlagfestmacher (Rohm & Haas Co.)
-
TPU: Polyurethan-Elastomer; Elastollan ET-680-10 (Takeda
Badische Urethane Industries, LTD.)
-
* Die Harzzusammensetzungen (9) und (11)
(Vergleichsbeispiele 3 und 5) schäumten aufgrund der Zersetzung
des POM während des Vermischens reichlich und
konnten nicht formgepreßt werden.
-
Die Harzzusammensetzung (10) (Vergleichsbeispiel 4)
verursachte Rauch und verfärbte sich während des
Mischens.
Tabelle 3
Harzzusammensetzungen
Witterungsbeständigkeit
Wärmestabilität