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Hintergrund
der Erfindung
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Dichtungen für Automobilkarosserie-Anwendungen
(wie beispielsweise Fenster, Motorhauben, Kofferräume und
Türen)
und Gebäudeanwendungen
(wie Fensterverglasungs-Flachdichtungen und Fenster- und Türdichtungen)
sollten maßhaltig
sein, einen niedrigen Druckverformungsrest aufweisen und hervorragende Dichtungseigenschaften über einen
breiten Temperaturbereich bieten. Derartige Dichtungen müssen in
der Lage sein, Lärm,
Wind und Wasser abzuschotten, während
sie eine Langzeit-Ultraviolettbeständigkeit aufweisen. Gleichzeitig
muss das Material, das in der Dichtung verwendet wird, das Maß an Flexibilität bieten,
das für
die spezielle Anwendung erforderlich ist. Fenster- und Türdichtungen
für Automobile
und Lastwagen stellen eine Anwendung mit hohem Volumen für derartige
Dichtungen dar. Jedoch werden Dichtungen, die im Wesentlichen die
gleichen Eigenschaften bieten, auch für Sonnendach-Dichtungen, Dreher-Flachdichtungen,
Fenster-Abstandshalter, Fensterführungen,
Schlossdichtungen, Scheibenwischer-Drehgelenkdichtungen und in Gebäudeanwendungen,
wie Fensterverglasungs-Flachdichtungen und Fenster- und Türdichtungen,
benötigt.
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Kautschukartige Mischungen von Polyvinylchlorid
(PVC) mit einem Nitrilkautschuk (NBR) sind manchmal in Dichtungen
für Automobilkarosserie-Anwendungen
verwendet worden. Der Nitrilkautschuk ist in derartigen Mischungen
als dauerhaftes Modifikationsmittel für das PVC eingeschlossen, welches
dieses mit einem höheren
Grad an Flexibilität
versieht. Jedoch hat die Verwendung von Standard-Nitrilkautschuk
in derartigen Mischungen typisch lediglich mäßige Druckverformungsrest-Eigenschaften
zur Folge. Es ist bei den meisten Anwendungen sehr wichtig, dass
Dichtungen gute Druckverformungsrest-Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise
kann eine verbesserte Beständigkeit
gegen Wasserlecks und Windlärm
erzielt werden, indem eine Dichtung mit niedrigen Druckverformungsrest-Eigenschaften
verwendet wird.
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Es ist aus den Lehren der UK-Patentanmeldung
Nr. 9214969.9 bekannt, dass niedrige Druckverformungsrest-Eigenschaften
verbessert werden können,
indem eine Technik verwendet wird, die als „dynamische Vulkanisation" über Radikal-Erzeuger, wie Azoverbindungen
oder organische Peroxide, bekannt ist. Jedoch leidet diese „dynamische
Vulkanisations"-Technik
an der Schwäche,
dass die erforderlichen Azoverbindungen oder organischen Peroxide
die Wärmestabilität des Polyvinylchlorid-Harzes und die Ultraviolettlicht-Beständigkeit
des Nitrilkautschuks verringern. Es tritt auch ein erhöhtes Risiko
einer frühen
Vernetzung während
der Verarbeitung auf, welches zu Scorching und verringerter Recyclebarkeit
führt.
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Das US-Patent 5,362,787 offenbart
einen hoch vernetzten Nitrilkautschuk, der leicht mit PVC gemischt werden
kann, um Zusammensetzungen herzustellen, die eine ausgezeichnete
Kombination von Eigenschaften zur Verwendung bei der Herstellung
von Dichtungen und Flachdichtungen für Automobil- und Gebäudeanwendungen
aufweisen. Die PVC-Mischungen, die mit derartigen hochvernetzten
Nitrilkautschuken hergestellt sind, bieten ein ausgezeichnetes Dispersionsverhalten,
eine ausgezeichnete Maßhaltigkeit,
einen niedrigen Druckverformungsrest, herausragende Dichtungs-Eigenschaften und
eine Niedrigtemperatur-Flexibilität.
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Das US-Patent 5,362,787 offenbart
spezieller eine hochvernetzte Nitrilkautschuk-Zusammensetzung, die mit Polyvinylchlorid
gemischt werden kann, um Zusammensetzungen mit ausgezeichneten Eigenschaften für Dichtungen
und Flachdichtungen herzustellen, einschließlich Maßhaltigkeit, niedrigem Druckverformungsrest,
herausragender Dichtungs-Eigenschaften und guter Niedrigtemperatur-Flexibilität, wobei
die hochvernetzte Nitrilkautschuk-Zusammensetzung (1) einen hochvernetzten
Nitrilkautschuk mit Struktureinheiten, die von (a) 1,3-Butadien,
(b) Acrylnitril und (c) einem Vernetzungsmittel abgeleitet sind,
wobei der hochvernetzte Nitrilkautschuk eine Mooney-Viskosität von etwa
50 bis etwa 120, einen Quellungsindex von weniger als etwa 10%,
eine Mahlschrumpfung von weniger als 10% und einem Gelgehalt von
mehr als 90 aufweist; und (2) 1 bis 30 phr eines Weichmachers umfasst.
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Die US-A-5,380,785 und die US-A-5,415,940
offenbaren ein kautschukartiges Polymer, das mit Polyvinylchlorid
gemischt werden kann, um lederartige Zusammensetzungen mit guter
Wärme-
und Ultraviolettlicht-Beständigkeit
herzustellen, wobei das kautschukartige Polymer Struktureinheiten
umfasst, die (a) Butylacrylat oder gegebenenfalls eine Mischung
von Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat, das bis zu etwa 40% 2-Ethylhexylacrylat
enthält,
(b) mindestens ein Element, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend
aus Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Methylacrylat und Ethylacrylat,
(c) Acrylnitril, (d) Styrol, (e) eine Maleat-Halbester-Seife und
(f) ein Vernetzungsmittel umfassen.
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Die EP-A-0 619 328 offenbart kautschukartige
Polymere mit Struktureinheiten, die (a) Butylacrylat oder gegebenenfalls
eine Mischung von Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat, die bis
zu etwa 40% 2-Ethylhexylacrylat enthält, (b) mindestens ein Element,
das ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat,
Methylacrylat und Ethylacrylat, (c) Acrylnitril, (d) Styrol, (e)
eine Halbester-Maleat-Seife
und (f) ein Vernetzungsmittel umfassen. Die EP-A-0 619 28 offenbart
weiter, dass derartige kautschukartige Polymere mit halogenhaltigen
Monomeren, styrolischen Polymeren, Polyolefinen und Polyamiden gemischt
werden können,
um Zusammensetzungen zu erzeugen, die eine gute Wärme- und
Ultraviolettlicht-Beständigkeit
zeigen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Polymer-Zusammensetzung, die eine ausgezeichnete Kombination
von Eigenschaften zur Verwendung bei der Herstellung von Dichtungen
und Flachdichtungen für
Automobil- und Gebäudeanwendungen,
wie Fensterverglasungs-Flachdichtungen, aufweist. Diese polymeren
Zusammensetzungen bieten eine ausgezeichnete Maßhaltigkeit, einen niedrigen
Druckverformungsrest, herausragende Dichtungseigenschaften, eine
hervorragende Niedrigtemperatur-Flexibilität, Wärmebeständigkeit
und Ultraviolettlicht-Beständigkeit.
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Die vorliegende Erfindung offenbart
spezieller eine Polymer-Zusammensetzung, eine Fensterverglasungs-Flachdichtung
und ein Verfahren zur Herstellung einer Polymer-Zusammensetzung, wie in den Ansprüchen definiert.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die kautschukartigen Polymere, die
in den Polymer-Zusammensetzungen dieser Erfindung verwendet werden,
sind im US-Patent 5,380,785 und im US-Patent 5,415,940 beschrieben,
welche hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen werden.
Kautschukartige Polymere dieses Typs sind im Handel von The Goodyear
Tire & Rubber
Company erhältlich
und werden als Sunigum®-Kautschuk verkauft.
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Diese kautschukartigen Polymere werden
unter Verwendung einer Radikal-Emulsions-Polymerisationstechnik
synthetisiert und umfassen Struktureinheiten, die von (a) Butylacrylat
oder gegebenenfalls einer Mischung von Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat,
die bis zu etwa 40% 2-Ethylhexylacrylat enthält, (b) Methylmethacrylat,
Ethylmethacrylat, Methylacrylat oder Ethylacrylat, (c) Acrylnitril,
(d) Styrol, (e) einer Maleat-Halbester-Seife und (f) einem Vernetzungsmittel
abgeleitet sind. Bei dem Vernetzungsmittel handelt es sich typisch
um ein multifunktionelles Acrylat, ein multifunktionelles Methacrylat
oder um Divinylbenzol.
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Technisch enthalten diese kautschukhaltigen
Polymere Struktureinheiten (Kettenverknüpfungen), die von (a) Butylacrylat
oder gegebenenfalls einer Mischung von Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat,
die bis zu etwa 40% 2-Ethylhexylacrylat enthält, (b) Methylmethacrylat,
Ethylmethacrylat, Methylacrylat oder Ethylacrylat, (c) Acrylnitril,
(d) Styrol, (e) einer Maleat-Halbester-Seife und (f) einem Vernetzungsmittel
abgeleitet sind. Diese Struktureinheiten unterscheiden sich von
den Monomeren, von denen sie abgeleitet sind, darin, dass sie eine
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung weniger enthalten, als in
dem jeweiligen Monomer vorliegt. Mit anderen Worten wird eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung bei
der Polymerisation des Monomers zu einer Struktureinheit in dem
kautschukartigen Polymer verbraucht. Demgemäß bedeutet die Feststellung,
dass das kautschukartige Polymer verschiedene Monomere enthält, in Wirklichkeit,
dass es Struktureinheiten enthält,
die von diesen Monomeren abgeleitet sind.
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Das kautschukartige Polymer enthält normalerweise
(a) etwa 40 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-% Butylacrylat oder gegebenenfalls
einer Mischung von Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat, die bis zu 40 Gew.-% 2-Ethylhexylacrylat
enthält,
(b) etwa 5 Gew.-% bis etwa 35 Gew.-% Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat,
Methylacrylat oder Ethylacrylat, (c) etwa 4 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-%
Acrylnitril, (d) etwa 3 Gew.-% bis etwa 25 Gew.-% Styrol, (e) etwa
0,5 Gew.-% bis etwa 8 Gew.-% einer Maleat-Halbester-Seife und (f)
etwa 0,25 Gew.-% bis etwa 8 Gew.-% eines Vernetzungsmittels.
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Derartige kautschukartige Polymere
enthalten bevorzugt (a) etwa 50 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-% Butylacrylat
oder gegebenenfalls einer Mischung von Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat,
die bis zu etwa 40% 2-Ethylhexylacrylat enthält, (b) etwa 3 Gew.-% bis etwa
25 Gew.-% mindestens eines Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend
aus Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Methylacrylat und Ethylacrylat, (c)
etwa 6 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-% Acrylnitril, (d) etwa 5 Gew.-%
bis etwa 18 Gew.-% Styrol, (e) etwa 1 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% einer
Maleat-Halbester-Seife und (f) etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 4 Gew.-%
eines Vernetzungsmittels.
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Das kautschukartige Polymer umfasst
bevorzugter Struktureinheiten, die von (a) etwa 55 Gew.-% bis etwa
75 Gew.-% Butylacrylat oder gegebenenfalls einer Mischung von Butylacrylat
und 2-Ethylhexylacrylat, die bis zu etwa 40% 2-Ethylhexylacrylat
enthält,
(b) etwa 5 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% mindestens eines Elements,
das ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat,
Methylacrylat und Ethylacrylat, (c) etwa 10 Gew.-% bis etwa 25 Gew.-%
Acrylnitril, (d) etwa 8 Gew.-% bis etwa 14 Gew.-% Styrol, (e) etwa
2 Gew.-% bis etwa 4 Gew.-% einer Maleat-Halbester-Seife und (f) etwa
1 Gew.-% bis etwa 3 Gew.-% eines Vernetzungsmittels abgeleitet sind.
Die in diesem Absatz angegebenen Prozentsätze beziehen sich auf das Gesamtgewicht
des kautschukartigen Polymers.
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Die kautschukartigen Polymere, die
in den Polymer-Zusammensetzungen dieser Erfindung verwendet werden,
werden in einer wässrigen
Reaktionsmischung unter Verwendung einer Radikal-Polymerisationstechnik
synthetisiert. Die in dieser Polymerisationstechnik verwendete Reaktionsmischung
umfasst Wasser, die geeigneten Monomere, einen geeigneten Radikalinitiator,
ein Vernetzungsmittel, eine Maleat-Halbester-Seife und ein Metallsalz eines
Alkylsulfonats oder ein Metallsalz eines Alkylsulfats. Die in dieser
Polymerisationstechnik verwendete Reaktionsmischung enthält normalerweise
etwa 10 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-% Monomere, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Reaktionsmischung, Die Reaktionsmischung enthält vorzugsweise
etwa 20 Gew.-% bis etwa 70 Gew.-% Monomere und enthält bevorzugter
etwa 40 Gew.-% bis
etwa 50 Gew.-% Monomere.
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Die bei der Durchführung derartiger
Polymerisationen verwendeten Reaktionsmischungen enthalten typisch
etwa 0,005 phm (Teile pro hundert Teile Monomer bezüglich Gewicht)
bis etwa 1 phm mindestens eines Elements, das ausgewählt ist
aus der Gruppe bestehend aus Metallsalzen von Alkylsulfaten und
Metallsalzen von Alkylsulfonaten. Es wird im allgemeinen bevorzugt,
dass die Reaktionsmischung etwa 0,008 phm bis etwa 0,5 phm des Metallsalzes
des Alkylsulfonats oder des Metallsalzes des Alkylsulfats enthält. Es wird
normalerweise mehr bevorzugt, dass die Reaktionsmischung etwa 0,05
phm bis etwa 0,3 phm des Metallsalzes des Alkylsulfonats oder des
Metallsalzes des Alkylsulfats enthält.
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Die in dieser Synthese verwendete
Radikal-Polymerisationstechnik wird normalerweise initiiert, indem ein
Radikal-Initiator in die Reaktionsmischung eingeschlossen wird.
Es kann praktisch jede Art von Verbindung, die freie Radikale erzeugen
kann, als Radikalinitiator verwendet werden. Der Radikalerzeuger
wird normalerweise in einer Konzentration innerhalb des Bereichs
von etwa 0,01 phm bis etwa 1 phm verwendet. Die Radikalinitiatoren,
die üblicherweise
verwendet werden, umfassen die verschiedenen Persauerstoff-Verbindungen,
wie Kaliumpersulfat, Ammoniumpersulfat, Benzoylperoxid, Wasserstoffperoxid,
Di-t-butylperoxid, Dicumylperoxid, 2,4-Dichlorbenzoylperoxid, Decanoylperoxid,
Laurylperoxid, Cumolhydroperoxid, p-Menthanhydroperoxid, t-Butylhydroperoxid,
Acetylperoxid, Methylethylketonperoxid, Bernsteinsäureperoxid,
Diacetylperoxydicarbonat, t-Butylperoxyacetat, t-Butylperoxymaleinsäure, t-Butylperoxybenzoat,
Acetylcyclohexylsulfonylperoxid und dergleichen; die verschiedenen
Azoverbindungen, wie 2-t-Butylazo-2-cyanopropan, Dimethylazodiisobutyrat,
Azodiisobutyronitril, 2-t-Butylazo-1-cyanocyclohexan, 1-t-Amylazo-1-cyanocyclohexan
und dergleichen, die verschiedenen Alkylperketale, wie 2,2-Bist-butylperoxy)butan,
und dergleichen. Wasserlösliche
Persauerstoff-Radikalinitiatoren sind in derartigen wässrigen
Polymerisationen besonders nützlich.
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Diese Emulsionspolymerisationen werden
typisch bei einer Temperatur im Bereich zwischen etwa 60°F (20°C) und 190°F (88°C) durchgeführt. Bei
Temperaturen über
88 °C weisen
Alkylacrylat-Monomere, wie Butylacrylat, eine Neigung zum Sieden
auf. Demgemäß wäre eine
Druckummantelung für
das Erwärmen
derartiger Alkylacrylat-Monomere
auf Temperaturen über
etwa 88°C
erforderlich. Andererseits ist bei Polymerisationstemperaturen von
weniger als etwa 55°C
ein Redoxinitiatorsystem erforderliche, um zufriedenstellende Polymerisationsgeschwindigkeiten
sicherzustellen.
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Die Sulfonat-Tenside, die in derartigen
Polymerisationen nützlich
sind, sind im Handel aus einer großen Vielfalt von Quellen erhältlich.
Beispielsweise verkauft Du Pont Natriumalkylarylsulfonat unter der
Handelsbezeichnung AlkanolTM, verkauft Browning
Chemical Corporation Natriumdodecylsulfonate unter der Handelsbezeichnung
UfarylTM D1-85 und verkauft Ruetgers-Nease
Chemical Company Natriumcumolsulfonat unter der Handelsbezeichnung
Naxonate HydrotropeTM. Einige repräsentative
Beispiele für
Sulfonat-Tenside, die verwendet werden können, umfassen Natriumtoluolxylolsulfonat,
Natriumtoluolsulfonat, Natriumcumolsulfonate, Natriumdecyldiphenylethersulfonat,
Natriumdodecylbenzolsulfonat, Natriumdodecyldiphenylethersulfonat, Natrium-1-octansul fonat,
Natriumtetradecansulfonat, Natriumpentadecansulfonat, Natriumheptadecansulfonat
und Kaliumtoluolsulfonat.
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Metallsalze von Alkylbenzolsulfonaten
sind eine hoch bevorzugte Klasse von Sulfonat-Tensiden. Das Metall
ist im Allgemeiryen Natrium oder Kalium, wobei Natrium bevorzugt
ist. Natriumsalze von Alkylbenzolsulfonaten weisen die Strukturformel:
auf, in der R eine Alkylgruppe
darstellt, die 1 bis etwa 20 Kohlenstoffatome enthält. Es ist
bevorzugt, dass die Alkylgruppe etwa 8 bis etwa 14 Kohlenstoffatome
enthält.
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Die Radikal-Emulsionspolymerisation,
die bei der Synthese des kautschukartigen Polymers verwendet wird,
wird typisch bei einer Temperatur durchgeführt, welche im Bereich von
etwa 10°C
bis etwa 95°C
liegt. In den meisten Fällen
variiert die verwendete Polymerisationstemperatur zwischen etwa
20°C und
etwa 80°C. Die
Polymerisation wird als Zweistufen-Chargenverfahren durchgeführt. In
der ersten Stufe wird ein ein Keimpolymer enthaltender Latex synthetisiert.
Dies wird bewerkstelligt, indem man (a) Butylacrylat oder gegebenenfalls
eine Mischung von Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat, die bis
zu etwa 40% 2-Ethylhexylacrylat enthält, (b) mindestens ein Element,
das ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat,
Methylacrylat und Ethylacrylat, (c) Acrylnitril und (d) ein Vernetzungsmittel
polymerisiert.
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Der ein Keimpolymer enthaltende Latex
wird typisch durch die Polymerisation einer Monomermischung hergestellt,
die etwa 40 bis etwa 90 Gew.-% Butylacrylat oder gegebenenfalls
einer Mischung von Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat, die bis
zu etwa 40% 2-Ethylhexylacrylat enthält, etwa 5 bis 35 Gew.-% Methylmethacrylat,
Ethylmethacrylat, Methylacrylat oder Ethylacrylat, etwa 2 bis etwa
30 Gew.-% Acrylnitril und etwa 0,25 Gew.-% bis 6 Gew.-% des Vernetzungsmittels
enthält.
Es wird typisch bevorzugt, dass die Monomerkomponente, die in der
ersten Stufe verwendet wird, etwa 50 Gew.-% bis etwa 85 Gew.-% Butylacrylat
oder gegebenenfalls einer Mischung von Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat,
die bis zu etwa 40% 2-Ethylhexylacrylat enthält, etwa 5 Gew.-% bis etwa
30 Gew.-% Ethylacrylat, Ethylmethacrylat, Methylacrylat oder Methylmethacrylat,
etwa 4 Gew.-% bis etwa 28 Gew.-% Acrylnitril und etwa 0,5 Gew.-%
bis etwa 4 Gew.-% des Vernetzungsmittels einschließt. Es wird
im Allgemeinen mehr bevorzugt, dass die Monomerbeschickungs-Zusammensetzung,
die bei der Synthese des Keimpolymer-Latex verwendet wird, etwa
60 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-% Butylacrylat oder gegebenenfalls einer
Mischung von Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat, die bis zu etwa
40% 2-Ethylhexylacrylat enthält,
etwa 5 Gew.-% bis etwa 25 Gew.-% Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat,
Methylacrylat oder Ethylacrylat, etwa 5 Gew.-% bis etwa 25 Gew.-%
Acrylnitril und etwa 1 bis etwa 3 Gew.-% Vernetzungsmittel enthält.
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Nachdem der Keimpolymer-Latex hergestellt
worden ist, werden Styrol-Monomer, zusätzliches Acrylnitril-Monomer
und zusätzliches
Vernetzungsmittel dem das Keimpolymer enthaltenden Latex zugesetzt.
Als allgemeine Regel werden etwa 4 Gewichtsteile bis etwa 30 Gewichtsteile
Styrol, etwa 1 Gewichtsteil bis etwa 20 Gewichtsteile zusätzliches
Acrylnitril und etwa 0,01 bis 2 Gewichtsteile des Vernetzungsmittels
zugesetzt. In dieser zweiten Stufe der Polymerisation wird es bevorzugt,
etwa 6 Gewichtsteile bis etwa 22 Gewichtsteile Styrol, etwa 3 Gewichtsteile
bis etwa 12 Gewichtsteile Acrylnitril und etwa 0,05 Gewichtsteile
bis 1 Gewichtsteil des Vernetzungsmittels zuzusetzen. Es wird typisch
mehr bevorzugt, dass etwa 10 Gewichtsteile bis etwa 17 Gewichtsteile
Styrol, etwa 4 Gewichtsteile bis etwa 8 Gewichtsteile Acrylnitril
und etwa 0,1 Gewichtsteile bis etwa 0,5 Gewichtsteile des Vernetzungsmittels
dem Keimpolymer-Latex zugesetzt werden, um die zweite Phase der
Polymerisation zu initiieren.
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Eine große Vielfalt von Vernetzungsmitteln
kann bei der Synthese des kautschukartigen Polymers verwendet werden.
Einige repräsentative
Beispiele für
Vernetzungsmittel, die verwendet werden können, umfassen difunktionelle
Acrylate, difunktionelle Methacrylate, trifunktionelle Acrylate,
tifunktionelle Methacrylate und Divinylbenzol. Einige spezielle
Beispiele für
Vernetzungsmittel, die verwendet werden können, umfassen Ethylenglycolmethacrylat,
Divinylbenzol und 1,4-Butandioldimethacrylat. In der Praxis hat
sich 1,4-Butandioldimethacrylat als besonders nützliches Vernetzungsmittel
bewährt.
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In den meisten Fällen wird die Polymerisation
fortgesetzt, bis eine hohe Monomerumwandlung erzielt worden ist.
An diesem Punkt wird das kautschukartige Polymer, das durch das
Zweistufen-Chargenpolymerisationsverfahren hergestellt worden ist,
aus der Emulsion (dem Latex) gewonnen. Dies kann unter Verwendung
von Standard-Koagulationstechniken
bewerkstelligt werden. Beispielsweise kann eine Koagulation durch die
Zugabe von Salzen, Säuren
oder beiden zu dem Latex bewerkstelligt werden.
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Die Maleat-Halbester-Seife, die bei
der Polymerisation verwendet wird, wird durch Umsetzung von Maleinsäureanhydrid
mit einem Fettalkohol hergestellt, welcher etwa 10 bis etwa 24 Kohlenstoffatome
enthält. Es
wird typisch bevorzugt, einen Fettalkohol zu verwenden, der etwa
12 bis etwa 16 Kohlenstoffatome enthält. Ein Mol Maleinsäureanhydrid
wird mit einem Mol des Fettalkohols bei der Herstellung der Maleat-Halbester-Seife umgesetzt.
Diese Umsetzung wird typisch bei einer Temperatur durchgeführt, die
im Bereich von etwa 50°C
bis etwa 80°C
liegt, und kann wie folgt dargestellt werden:
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Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid
wird dann typisch zugesetzt, um die Maleat-Halbester-Salze herzustellen. Dieser
Schritt kann wie folgt dargestellt werden:
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Nachdem das kautschukartige Polymer
durch Koagulation gewonnen worden ist, wird es getrocknet. Es ist
manchmal vorteilhaft, das kautschukartige Polymer in ein Pulver
zu überführen, um
seine Verwendung zu erleichtern. In diesem Fall ist es vorteilhaft,
dem kautschukartigen Polymer ein Trennmittel zuzusetzen. Einige
repräsentative
Beispiele für
Trennmittel, die verwendet werden können, schließen Calciumcarbonat, Emulsions-Polyvinylchlorid
und Siliciumdioxid ein. Calciumcarbonat ist ein hoch wünschenswertes
Trennmittel, das in derartigen Anwendungen verwendet werden kann.
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Eine große Vielfalt von thermoplastischen
Harzen kann in den Polymerzusammensetzungen dieser Erfindung verwendet
werden. Beispielsweise kann es sich bei dem thermoplastischen Harz
um ein halogeniertes thermoplastisches Harz handeln, oder es kann
sich um einen halogenfreien Thermoplasten handeln. Einige repräsentative
Beispiele für
thermoplastische Harze, die verwendet werden können, umfassen Polyvinylchlorid
(PVC), chloriertes Polyethylen, Vinylacetat-Pfropf-Polyvinylchlorid,
Butylacetat-Pfropf-Pofyvinylchlorid, Ethylenviryylacetat, Ethylenvinyfacetat/Kohlenmonoxid-Copolymer, Ethylen/Butylacrylat/Kohlenmonoxid-Terpolymer,
Polyethylen, Polypropylen, ABS-Harze, Acrylnitril/Styrol/Acrylnitril-Blockcopolymere
(ASA-Harze), Styrol/-Butadien/Styrol-Blockcopolymere
(SBS-Harze), Styrol/Ethylen/Butylen/Styrol-Blockterpolymerharze, thermoplastische
Polyurethanharze und Nylonharze. Die ABS-Harze, die verwendet werden
können,
sind amorphe Thermoplasten, die durch Polymerisation von Acrylnitril,
Butadien und Styrol synthetisiert werden. ABS-Harze werden normalerweise
hergestellt, indem man 1,3-Butadien-Monomer zu Polybutadien polymerisiert,
wonach Styrol- und Acrylnitril-Monomer zugesetzt werden und auf
das Polybutadien polymerisiert (gepfropft) werden. PVC-Harze haben
sich als sehr nützlich
bei der Durchführung
dieser Erfindung erwiesen.
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Bei dem eine Epoxidgruppe enthaltenden
Material kann es sich praktisch um jede Art von Verbindung oder
Polymer handeln, das eine -O-Brücke
darin aufweist, welche an unterschiedliche Kohlenstoffatome geknüpft ist,
die ansonsten vereinigt sind. Bei dem eine Epoxidgruppe enthaltenden
Material handelt es sich normalerweise um ein Epoxyharz. Die Arten
von Epoxyharzen, die verwendet werden können, umfassen Bisphenol-A-Epichlorhydrin-Harze,
halogenierte Epoxyharze, flexibel machende Epoxyharze, aliphatische
Epoxyharze und Epoxyharze mit hoher Funktionalität.
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Die Polymerzusammensetzungen dieser
Erfindung enthalten normalerweise etwa 20 Gew.-% bis etwa 70 Gew.-%
des kautschukartigen Polymers, etwa 25 Gew.-% bis etwa 70 Gew.-%
des thermoplastischen Harzes und etwa 1 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%
des eine Epoxygruppe enthaltenden Materials. Die Polymerzusammensetzung
enthält
typischer etwa 30 Gew.-% bis etwa 65 Gew.-% des kautschukartigen
Polymers, etwa 30 Gew.-% bis etwa 65 Gew.-% des thermoplastischen
Harzes und etwa 2 Gew.-% bis etwa 8 Gew.-% des eine Epoxidgruppe
enthaltenden Materials. Die Polymerzusammensetzung enthält bevorzugt
etwa 40 Gew.-% bis etwa 60 Gew.-% des kautschukartigen Polymers,
etwa 35 Gew.-% bis etwa 55 Gew.-% des thermoplastischen Harzes und
etwa 3 Gew.-% bis etwa 6 Gew.-% des eine Epoxidgruppe enthaltenden
Materials.
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Die Polymerzusammensetzungen dieser
Erfindung werden durch Mischen des kautschukartigen Polymers, des
thermoplastischen Harzes und des ein Epoxid enthaltenden Materials
und dynamisches Vulkanisieren derselben bei einer erhöhten Temperatur
hergestellt. Die dynamische Vulkanisation unterscheidet sich von
herkömmlichen
statischen Vulkanisationstechniken dariry, dass die Vulkanisation
während
des Mischens oder der Mastikation der Zusammensetzung, die hergestellt
wird, stattfindet. Die dynamische Vulkanisation wird typisch unter
den hohen Scherkräften
durchgeführt,
die für
ein gründliches
Mischen des kautschukartigen Polymers, des thermoplastischen Harzes
und des eine Epoxygruppe enthaltenden Polymers erforderlich sind. Die
dynamische Vulkanisation wird bei einer Temperatur durchgeführt, die
ausreicht, um die Mischung zu vulkanisieren. Diese Temperatur liegt
normalerweise im Bereich von etwa 100°C bis etwa 220°C. In dem
meisten Fällen
wird die dynamische Vulkanisation bei einer Temperatur durchgeführt, die
im Bereich von etwa 120°C bis
etwa 210°C
liegt. Es wird normalerweise bevorzugt, dass die dynamische Vulkanisation
bei einer Temperatur von etwa 130°C
bis etwa 200°C
durchgeführt
wird.
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Diese Erfindung wird durch das folgende
Beispiel erläutert,
das lediglich dem Zweck der Erläuterung dient
und nicht als Beschränkung
des Bereichs der Erfindung oder der Weise, in der sie durchgeführt werden kann,
aufgefasst werden soll. Falls nicht speziell angegeben, sind Teile
und Prozentsätze
bezüglich
Gewicht angegeben.
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Beispiel 1
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In diesem Experiment wurde eine Polymerzusammensetzung
mit ausgezeichneten Eigenschaften für Dichtungen und Flachdichtungen
unter Verwendung der Techniken dieser Erfindung hergestellt. In
dem verwendeten Verfahren wurde ein trockene Mischung, die 100 Teile
PVC, 50 Teile Dioctylphthalat, 3 Teile eines Ba/Zn-Stabilisators
und 10 Teile EpikoteTM 828-Epoxyharz enthielt,
bei einer Temperatur von 150°C
mit 148 Teilen kautschukartigem Polymer Sunigum® SNP7395
in einem Haake Rheocord 90 20 Minuten bei 50 U/min gemischt. Das
Drehmoment nahm von etwa 850 mg auf etwa 1400 mg zu, was anzeigt,
dass eine in-situ-Vulkanisationsreaktion stattfand (dynamische Vulkanisation).
Es sollte bemerkt werden, dass ohne das EpikoteTM 828-Harz
das Drehmoment lediglich von 850 mg auf etwa 1000 mg zunahm, nachdem
die Mischung 20 Minuten bei 150°C
gehalten worden war.
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Nachdem die dynamische Vulkanisation
beendet war, wurde die Polymermischung 6 Minuten bei 180°C auf dem
Misschwalzwerk plastifiziert und 10 Minuten bei 180°C geformt.
Die durch dieses dynamische Vulkanisationsverfahren hergestellte
Polymerprobe wies ein Shore A-Härte
von 70, eine Zugfestigkeit von 9,9 MPa, eine Bruchdehnung von 189%,
einen 100%-Modul von 6,3 MPa und eirye Druckverfarmungsrest nach 24
Stunden bei 70°C
von lediglich 49 auf. Eine Probe, die ohne den Einschluss des EpikoteTM 828-Epoxyharzes hergestellt worden war,
wies eine Shore A-Härte
von 70, eine Zugfestigkeit von 7,9 MPa, eine Bruchdehnung von 186%,
einen 100%-Modul von 5,5 MPa und einen Druckverformungsrest nach
24 Stunden bei 70°C von
62 auf. Demgemäß zeigt
dieses Experiment, dass der Einschluss des Epoxyharzes in die Mischung,
die dynamisch vulkanisiert wurde, den Druckverformungsrest in großem Maß verbesserte,
ohne dass andere physikalische Eigenschaften geopfert wurden. Die
hergestellte Polymerzusammensetzung wies ausgezeichnete Eigenschaften
für die
Verwendung bei der Herstellung von Dichtungen und Flachdichtungen
auf.
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Abwandlungen der vorliegenden Erfindung
sind im Licht der Beschreibung derselben, die hierin bereitgestellt
wird, möglich.
Während
gewisse repräsentative
Ausführungsformen
und Einzelheiten für
den Zweck der Erläuterung
der vorliegenden Erfindung gezeigt worden sind, ist es für den Fachmann
offensichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen
dabei vorgenommen werden können,
ohne vom Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht
sich deshalb, dass Änderungen
bei den speziellen hierin beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden
können,
die im voll beabsichtigten Bereich der Erfindung liegen, wie er
durch die folgenden beigefügten
Ansprüche
definiert ist.
