WO2004106391A1 - Polymer-based material - Google Patents

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WO2004106391A1
WO2004106391A1 PCT/EP2004/003941 EP2004003941W WO2004106391A1 WO 2004106391 A1 WO2004106391 A1 WO 2004106391A1 EP 2004003941 W EP2004003941 W EP 2004003941W WO 2004106391 A1 WO2004106391 A1 WO 2004106391A1
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Matthias Koch
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Definitions

  • Ziegler-Natta e.g. TiCI
  • Phillips possible.
  • the polymer matrix is created around the particles, which results in a better distribution than subsequent mixing in the extrusion process.
  • Functionalization of the metal oxide particles with nucleophilic, non-acidic compounds, for example polyethers enables the direct support of methylaluminoxane (MAO) -activatable compounds; primarily that of metallocenes.
  • the functionalized particles form a gel together with MAO through coordinative interactions.
  • the metallocene is thus bound to the support via the MAO.
  • a homogeneous distribution of carrier and polymerization-active species is achieved. After drying, the catalyst can be used directly for the polymerization.
  • Suitable zirconium compounds are, for example:
  • Suitable titanium compounds are, for example:
  • Suitable nickel compounds are, for example: (2,3-bis (2,6-diisopropylphenylimino) butane) nickel dibromide, 1,4-bis (2,6-diisopropylphenyl) acenaphthenediimine nickel dichloride, 1,4-bis (2,6 -diisopropylphenyl) acenaphthendiiminnickel dibromide.
  • Suitable palladium compounds are, for example:
  • zirconium compounds are particularly preferred, the compounds bis (cyclopentadienyl) zirconium dichloride, bis (n-butylcyclopentadienyl) zirconium dichloride, ethylene bis (4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl) zirconium dichloride, bis (methylcyclopentadienyl) zirconium dichloride and bis (1,3-dimethylcyclopentadienyl) zirconium dichloride are particularly preferred.
  • the compounds bis (cyclopentadienyl) zirconium dichloride, bis (n-butylcyclopentadienyl) zirconium dichloride, ethylene bis (4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl) zirconium dichloride, bis (methylcyclopentadienyl) zirconium dichloride and bis (1,3-dimethylcyclopentadienyl) zirconium dichloride are particularly preferred
  • Alkyl radicals have 1 to 20 carbon atoms.
  • the deactivation takes place on the one hand by the Olefin functionalization and, moreover, by treatment with aluminum alkyls, for example diisobutylaluminium hydride.
  • the metal oxide particles can also be anchored in the polymer matrix via alkyl or olefinic functions on the metal oxide surface, which are incorporated as copolymers in the polymer in order to achieve particularly good anchoring.
  • Molecules such as
  • A represents an alkoxy group, preferably ethoxy or methoxy
  • B represents the same alkoxy or alkyl group, preferably methyl
  • D represents a hydrocarbon with at least one terminal alkyl function, preferably a linear alkyl chain with terminal double bond.
  • B is used, where A is an alkoxy group, preferably ethoxy or methoxy, B is such an alkoxy or alkyl group, preferably methyl and C is a
  • the sleeve be made of the polymer-based material, - link chains and
  • prostheses with artificial joints can be due to the required compatibility with human or animal
  • the abrasion was determined with a pin-disc test bench.
  • Diameter was pressed at 20C with a constant force of 50N onto a disc made of polished stainless steel rotating at 0.95m / s.
  • Abrasion results from the loss of length of the cylinder compared to
  • the example according to the invention shows increased hardness compared to the PTFE-treated product (comparative example 3) and increased abrasion resistance compared to the untreated or the silica-treated product.
  • the product according to the invention thus combines the self-lubricating properties of the PTFE-containing materials with the hardness of silica-containing materials.

Abstract

The invention relates to a polymer-based material which essentially consists of a polymer matrix in which at least one type of fluoride polymer is intercalated and is characterised in that metal oxide particles are homogeneously and nano-dispersely distributed in said polymer matrix. The production and use of the inventive material are also disclosed.

Description

Polymerbasierter Werkstoff Polymer-based material
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein polymerbasierter Werkstoff, dessen Herstellung und Verwendung. 5The present invention relates to a polymer-based material, its production and use. 5
Zum Einsatz in Gleitlagern im technischen Bereich werden vorwiegend metallische Materialien eingesetzt, wobei die Verwendung von polymerbasierten Werkstoffen hier deutliche Vorteile bei Gewicht und •j o Verarbeitbarkeit verspricht.For use in bearings in the technical field mainly metallic materials are used, the use of polymer-based materials significant here advantages in weight and • j o processability promises.
Schon etabliert ist die Verwendung von polymerbasierten Werkstoffen für künstliche Gelenke bzw. Gelenkimplantate. Für künstliche Gelenke bzw. Gelenkimplantate kommen unterschiedliche Materialien undThe use of polymer-based materials for artificial joints or joint implants is already established. Different materials and are used for artificial joints or joint implants
15 Materialkombinationen zum Einsatz, die sich vor allem in Preis und Haltbarkeit unterscheiden. Kombinationen einer geeigneten Metalllegierung mit ultrahochmolekulargewichtigem Polyethen (UHMWPE) gehören hierbei zu den preiswerten Ansätzen, die die Masse der 0 Implantate ausmachen. Diese „metal-on-polymer"-Gelenkimplantate werden z.B. in WO 01/17464 (Depuy Int. Ltd.) beschrieben. Ein Nachteil der Metall-UHMWPE-Kombination ist die zwischen dem Metall und dem Kunststoff bestehende Haftreibung, wodurch das Kunststoffteil 5 verschleissanfällig ist und die Empfindlichkeit des UHMWPE "gegen Einbaufehler und Beschädigung beim Einbau, z. B. durch Kontaminationen mit Knochenpartikeln oder Knochenzement.15 material combinations are used, which differ mainly in price and durability. Combinations of a suitable metal alloy with ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) are among the inexpensive approaches that make up the mass of the 0 implants. These “metal-on-polymer” joint implants are described, for example, in WO 01/17464 (Depuy Int. Ltd.). A disadvantage of the metal-UHMWPE combination is the static friction between the metal and the plastic, which makes the plastic part 5 susceptible to wear is and the sensitivity of the UHMWPE " against installation errors and damage during installation, eg. B. by contamination with bone particles or bone cement.
Mischungen aus Polytetrafluorethylen mit Ethylen-Propylen-Copolymeren 0 sind aus der Europäischen Patentanmeldung EP-A-1 199 991 bekannt.Mixtures of polytetrafluoroethylene with ethylene-propylene copolymers 0 are known from European patent application EP-A-1 199 991.
Aus dem Europäischen Patent EP-B-0 124 955 ist die Verwendung vonFrom the European patent EP-B-0 124 955 the use of
Mischungen aus Polyolefinen mit Polytetrafluorethylen zur Steuerung der 5 Reibungs- und Verschleißeigenschaften einer polymeren Matrix bekannt.Mixtures of polyolefins with polytetrafluoroethylene for controlling the 5 friction and wear properties of a polymeric matrix are known.
Der Reibungskoeffizient der Polymermatrix wird durch den Zusatz erniedrigt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass Festigkeit und Härte, derartiger Polytetrafluorethylen-Komposite deutlich schlechter sind als die der ungefüllten Materialien.The coefficient of friction of the polymer matrix is determined by the addition decreased. However, it has been shown that the strength and hardness of such polytetrafluoroethylene composites are significantly worse than that of the unfilled materials.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines polymerbasierten Werkstoffes sowie eines Verfahrens zu dessenThe object of the present invention is therefore to provide a polymer-based material and a method for the same
Herstellung, welches die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise dahingehend beseitigt, dass der Werkstoff in Gleitpaaren, wie Gleitlagern, Gelenkimplantaten oder künstlichen Gelenken, eine verminderte Reibung zwischen zwei Gleitpartnern bei gleichzeitig verbesserter Festigkeit des Materials ermöglicht.Manufacture which at least partially eliminates the disadvantages of the prior art in that the material in sliding pairs, such as sliding bearings, joint implants or artificial joints, enables reduced friction between two sliding partners while at the same time improving the strength of the material.
Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein polymerbasierter Werkstoff der im wesentlichen aufgebaut ist aus einerA first object of the present invention is therefore a polymer-based material which is essentially composed of a
Polymer-Matrix in die mindestens ein fluoriertes Polymeres eingelagert ist und der dadurch gekennzeichnet ist, dass in der Polymer-MatrixPolymer matrix in which at least one fluorinated polymer is embedded and which is characterized in that in the polymer matrix
Metalloxid-Partikel nanodispers und homogen verteilt sind.Metal oxide particles are nanodisperse and homogeneously distributed.
In den erfindungsgemäßen Metalloxid-Partikeln bedeutet Metall alle Elemente, die im Vergleich zu den Gegenionen als elektropositiver Partner auftreten können, wie die klassischen Metalle der Nebengruppen beziehungsweise die Hauptgruppenmetalle der ersten und zweiten Hauptgruppe genauso jedoch auch alle Elemente der dritten Hauptgruppe sowie Silicium, Germanium, Zinn, Blei, Phosphor, Arsen, Antimon und Bismuth. Zu den bevorzugten Metalloxiden gehören insbesondere Titan-, Zink-, Zirkon-, Cer- oder Silicium-dioxid.In the metal oxide particles according to the invention, metal means all elements which can occur as electropositive partners in comparison to the counterions, such as the classic metals of the subgroups or the main group metals of the first and second main groups, but also all elements of the third main group as well as silicon, germanium, Tin, lead, phosphorus, arsenic, antimony and bismuth. The preferred metal oxides include in particular titanium, zinc, zirconium, cerium or silicon dioxide.
Erfindungsgemäß sind diese Metalloxid-Partikel vorzugsweise mit nicht- aciden Nucleophilen wie Polyether-Ketten funktionalisiert.According to the invention, these metal oxide particles are preferably functionalized with non-acidic nucleophiles such as polyether chains.
Der Werkstoff enthält üblicherweise 0,1 - 25 Gew.-%, insbesondere 0,5 - 15 Gew.-% und insbesondere bevorzugt 1 - 5 Gew.-% Metalloxid-Partikel. Für die Verwendung der Metalloxid-Partikel im Sinne der vorliegenden Erfindung hat es sich insbesondere im hinblick auf die Abriebeigenschaften als vorteilhaft erwiesen, wenn die Partikel rund sind und keine Kanten aufweisen; d.h. im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass die Verhältnisse der drei aufeinander senkrecht stehenden Durchmesser der Partikel im Bereich 1 :2 bis 2:1 und vorzugsweise im Bereich 1,5:1 - 1 :1,5 liegen.The material usually contains 0.1-25% by weight, in particular 0.5-15% by weight and particularly preferably 1-5% by weight of metal oxide particles. For the use of the metal oxide particles in the sense of the present invention, it has proven to be advantageous in particular with regard to the abrasion properties if the particles are round and have no edges; in the sense of the present invention that the ratios of the three mutually perpendicular diameters of the particles are in the range 1: 2 to 2: 1 and preferably in the range 1.5: 1 - 1: 1.5.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Partikel nicht porös sind; d.h. die Oberfläche der Partikel im wesentlichen von deren äußerer Oberfläche gebildet wird.It is also advantageous if the particles are not porous; i.e. the surface of the particles is essentially formed by their outer surface.
Darüber hinaus ist es im Sinne der Abriebeigenschaften und der Verarbeitbarkeit vorteilhaft, wenn die Metalloxid-Partikel eine Teilchengrößenverteilung aufweisen bei der die Anteile von Partikeln mit einem Teilchendurchmesser oberhalb von 500 nm unter 0,5 Gew.-% liegen, wobei vorzugsweise die Anteile von Partikeln mit einem Teilchendurchmesser oberhalb von 100 nm unter 0,5 Gew.-% liegen und insbesondere bevorzugt die Anteile von Partikeln mit einem Teilchendurchmesser oberhalb von 50 nm unter 0,5 Gew.-% liegen.In addition, in terms of the abrasion properties and processability, it is advantageous if the metal oxide particles have a particle size distribution in which the proportions of particles with a particle diameter above 500 nm are less than 0.5% by weight, preferably the proportions of particles with a particle diameter above 100 nm are below 0.5% by weight and particularly preferably the proportions of particles with a particle diameter above 50 nm are below 0.5% by weight.
Als Metalloxid-Partikel werden in einer Variante der vorliegenden Erfindung bevorzugt monodisperse Kerne aus Siliciumdioxid eingesetzt, die beispielsweise nach dem in US 4 911 903 beschriebenen Verfahren erhalten werden können. Die Kerne werden dabei durch hydrolytische Polykondensation von Tetraalkoxysilanen in einem wäßrig- ammoniakalischen Medium hergestellt, wobei man zunächst ein Sol von Primärteilchen erzeugt und anschließend durch ein kontinuierliches, kontrolliertes Zudosieren von Tetraalkoxysilan die erhaltenen SiO2-Partikel auf die gewünschte Teilchengröße bringt. Mit diesem Verfahren sind monodisperse Si02-Keme mit einer Standardabweichung der mittleren Teilchendurchmesser von 5 % herstellbar.In a variant of the present invention, the metal oxide particles used are preferably monodisperse cores made of silicon dioxide, which can be obtained, for example, by the process described in US Pat. No. 4,911,903. The cores are produced by hydrolytic polycondensation of tetraalkoxysilanes in an aqueous-ammoniacal medium, firstly producing a sol of primary particles and then bringing the SiO2 particles obtained to the desired particle size by continuous, controlled metering in of tetraalkoxysilane. Are using this procedure monodisperse Si02 cores can be produced with a standard deviation of the average particle diameter of 5%.
Weiterhin sind als Ausgangsmaterial SiO -Kerne bevorzugt, die mit (Halb)Metallen oder nichtabsorbierenden Metalloxiden, wie z.B. TiO2, ZrO2, Zn02, SnO2 oder AI2O3, beschichtet sind. Die Herstellung von mit Metalloxiden beschichteter SiO2-Keme ist beispielsweise in US 5 846 310, DE 19842 134 und DE 19929 109 näher beschrieben. 0SiO cores which are coated with (semi) metals or non-absorbent metal oxides, such as TiO 2 , ZrO 2 , ZnO 2 , SnO 2 or Al 2 O 3 , are furthermore preferred as the starting material. The production of SiO 2 cores coated with metal oxides is described in more detail, for example, in US Pat. No. 5,846,310, DE 19842 134 and DE 19929 109. 0
Als Ausgangsmaterial sind auch einsetzbar monodisperse Kerne aus Metalloxiden wie TiO2, Zr02, Zn02, SnO2 oder AI2O3 oder Metalloxidgemischen. Ihre Herstellung ist beispielsweise in EP 0 644 914 g beschrieben. Weiterhin ist das Verfahren gemäß EP 0 216 278 zur Herstellung monodisperser SiO2-Keme ohne weiteres und mit gleichem Ergebnis auf andere Oxide übertragbar. Zu einem Gemisch aus Alkohol, Wasser und Ammoniak, dessen Temperatur mit einem Thermostaten auf 30 bis 40 °C genau eingestellt wird, werden unter intensiver 0 Durchmischung Tetraethoxysilan, Tetrabutoxytitan, Tetrapropoxyzirkon oder deren Gemische in einem Guss zugegeben und die erhaltene Mischung für weitere 20 Sekunden intensiv gerührt, wobei sich eine Suspension von monodispersen Kerne im Nanometerbereich ausbildet. 5 Nach einer Nachreaktionszeit von 1 bis 2 Stunden werden die Kerne auf die übliche Weise, z.B. durch Zentrifugieren, abgetrennt, gewaschen und getrocknet.Monodisperse cores made of metal oxides such as TiO 2 , Zr0 2 , Zn0 2 , SnO 2 or Al 2 O 3 or metal oxide mixtures can also be used as the starting material. Their production is described for example in EP 0 644 914 g. Furthermore, the process according to EP 0 216 278 for the production of monodisperse SiO 2 cores can be transferred to other oxides easily and with the same result. Tetraethoxysilane, tetrabutoxytitanium, tetrapropoxyzirconium or their mixtures are added in one pour with intensive mixing to a mixture of alcohol, water and ammonia, the temperature of which is adjusted to 30 to 40 ° C. with a thermostat, and the mixture obtained for a further 20 seconds intensely stirred, whereby a suspension of monodisperse nuclei in the nanometer range is formed. 5 After a post-reaction time of 1 to 2 hours, the cores are separated off, washed and dried in the customary manner, for example by centrifugation.
Q Als weiterer Zusatzstoff werden fluorierte Polymere eingesetzt. Generell eignen sich hier alle polymeren Materialien in denen eine entsprechende Fluorierung vorliegt. Dies können insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE), Polytrifluorchlorethylen und Copolymere, die entsprechendeQ Fluorinated polymers are used as a further additive. In general, all polymeric materials in which there is a corresponding fluorination are suitable. In particular, these can be polytetrafluoroethylene (PTFE), polytrifluorochloroethylene and copolymers, the corresponding
Einheiten enthalten, sein. Dabei sind die fluorierten polymere in dem 5Units included. The fluorinated polymers in the 5th
Werkstoff üblicherweise zu 1-50 Gew.-%, insbesondere 5-30 Gew.-% und insbesondere bevorzugt 10-25 Gew.-% enthalten. Als Polymer-Matrix kommen generell alle Arten von Polymeren in Frage. Im Hinblick auf den erfindungsgemäßen Verwendungszweck für Gleitpaare sind jedoch Polyolefine, Polyamide und Polyetheretherketone bevorzugt.Material usually contain 1-50 wt .-%, in particular 5-30 wt .-% and particularly preferably 10-25 wt .-%. All types of polymers are generally suitable as the polymer matrix. With regard to the intended use for sliding pairs according to the invention, however, polyolefins, polyamides and polyether ether ketones are preferred.
Polyamide sind dabei insbesondere die unter den Bezeichnungen Nylon-6 und Nylon-6,6 bekannten Polymeren, die nach üblichen Methoden, die dem Fachmann geläufig sind, erhalten werden können.Polyamides are in particular the polymers known under the names nylon-6 and nylon-6,6, which can be obtained by customary methods which are known to the person skilled in the art.
Polyetheretherketone sind hochfeste und temperaturbeständige Thermoplaste, die aus 4,4'-Difluobenzophenon und Dikalium-Hydrochinon hergestellt werden.Polyetheretherketones are high-strength and temperature-resistant thermoplastics, which are made from 4,4'-difluobenzophenone and dipotassium hydroquinone.
Unter Polyolefinen werden ganz allgemein makromolekulare Verbindungen verstanden, die durch Polymerisation von substituierten oder unsubstituierten Kohlenwasserstoffverbindungen mit mindestens einer Doppelbindung im Monomer-Molekül erhalten werden können.Polyolefins are generally understood to mean macromolecular compounds which can be obtained by polymerizing substituted or unsubstituted hydrocarbon compounds with at least one double bond in the monomer molecule.
Olefin-Monomere weisen dabei vorzugsweise eine Struktur gemäß der Formel R1CH=CHR2 auf, wobei R1 und R2 gleich oder verschieden sein können und ausgewählt sind aus der Gruppe, die Wasserstoff und die cyclischen und acyclischen Alkyl- und Aryl- bzw. Alkylarylreste mit 1 bis 20 C-Atomen enthält.Olefin monomers preferably have a structure according to the formula R1CH = CHR2, where R1 and R2 can be the same or different and are selected from the group consisting of hydrogen and the cyclic and acyclic alkyl and aryl or alkylaryl radicals with 1 to Contains 20 carbon atoms.
Einsetzbare Olefine sind Monoolefine, wie zum Beispiel Ethylen, Propylen, But-1-en, Pent-1-en, Hex-1-en, Oct-1-en, Hexadec-1-en, Octadec-1-en, 3- Methylbut-1-en, 4-Methylpent-1-en, 4-Methylhex-1-en, Diolefine wie z.B. 1 ,3-Butadien, 1 ,4-Hexadien, 1 ,5-Hexadien, 1 ,6-Hexadien, 1 ,6-Octadien, 1 ,4-Dodecadien, aromatische Olefine, wie Styren, o-Methylstyren, m- Methylstyren, p-Methylstyren, p-tert.-Butylstyren, m-Chlorostyren, p- Chlorostyren, Inden, Vinylanthracen, Vinylpyren, 4-Vinylbiphenyl, Dimethano-octahydro-naphthalen, Acenaphthalen, Vinylfluoren, Vinylchrysen, cyclische Olefine und Diolefine, wie zum Beispiel Cyclopenten, 3-Vinylcyclohexen, Dicyclopentadien, Norbornen, 5-Vinyl-2- norbornen, tert.-EthyIiden-2-norbornen, 7-Octenyl-9-borabicyclo-Usable olefins are monoolefins, such as ethylene, propylene, but-1-ene, pent-1-ene, hex-1-ene, oct-1-ene, hexadec-1-ene, octadec-1-ene, 3- Methylbut-1-ene, 4-methylpent-1-ene, 4-methylhex-1-ene, diolefins such as 1, 3-butadiene, 1, 4-hexadiene, 1, 5-hexadiene, 1, 6-hexadiene, 1 , 6-octadiene, 1, 4-dodecadiene, aromatic olefins, such as styrene, o-methylstyrene, m-methylstyrene, p-methylstyrene, p-tert-butylstyrene, m-chlorostyrene, p-chlorostyrene, indene, vinylanthracene, vinylpyrene, 4-vinylbiphenyl, dimethano-octahydro-naphthalene, acenaphthalene, vinyl fluorene, Vinyl chryses, cyclic olefins and diolefins, such as cyclopentene, 3-vinylcyclohexene, dicyclopentadiene, norbornene, 5-vinyl-2-norbornene, tert.-ethylidene-2-norbornene, 7-octenyl-9-borabicyclo-
(3,3,1)nonan, 4-Vinylbenocyclobutan, Tetracyclododecen und weiterhin zum Beispiel Acrylsäure, Methacrylsäure, Methyl methacrylat, Ethylacrylat, Acrylnitril, 2-Ethylhexyfacrylat, Methacrylnitril, Maleimid, N-Phenyl- maleimid, Vinylsilan, Trimethylallylsilan, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Isobutylen.(3,3,1) nonane, 4-vinylbenocyclobutane, tetracyclododecene and further for example acrylic acid, methacrylic acid, methyl methacrylate, ethyl acrylate, acrylonitrile, 2-ethylhexyfacrylate, methacrylonitrile, maleimide, N-phenyl-maleimide, vinylsilane, trimethylallylsilane, vinyl chloride, vinyl chloride, vinyl chloride, vinyl chloride , Isobutylene.
Insbesondere bevorzugt sind die Olefine Ethylen, Propylen und im allgemeinen weitere 1 -Olefine, die entweder hσmopolymerisiert werden oder auch in Mischungen mit anderen Monomeren copolymerisiert werden.Particularly preferred are the olefins ethylene, propylene and generally further 1-olefins, which are either polymerized or copolymerized in mixtures with other monomers.
Insbesondere bevorzugt ist der Einsatz Polyethylen (PE) als Material für die Polymer-Matrix. Dabei wird als PE bevorzugt hochmolekulares PEThe use of polyethylene (PE) as the material for the polymer matrix is particularly preferred. High molecular weight PE is preferred as PE
(UHMWPE) verwendet, welches generell ein extrem hohes(UHMWPE), which is generally extremely high
Molekulargewicht zwischen 3.9 bis 10.5 Mio g/mol besitzt. Mit steigender molarer Masse verbessern sich einige technisch wichtige Eigenschaften der Polyethylene wie z.B. Verschleißfestigkeit, Kerbschlagzähigkeit,Molecular weight between 3.9 and 10.5 million g / mol. With increasing molar mass, some technically important properties of polyethylenes improve, e.g. Wear resistance, impact strength,
Formbeständigkeit unter Wärmeeinfluss und Gleitfähigkeit. Gleichzeitig nimmt die Verarbeitbarkeit der hochmolekularen PE ab. Es ist daher auch ein Ziel der Erfindung, ein gut verarbeitbares PE in den Kompositen verwenden zu können, mit dem ähnlich gute oder bessere Eigenschaften zu erzielen sind, als mit den bisher gebräuchlichen PE.Dimensional stability under the influence of heat and lubricity. At the same time, the processability of the high-molecular PE decreases. It is therefore also an object of the invention to be able to use a well processible PE in the composites, with which similarly good or better properties can be achieved than with the PE previously used.
Vorzugsweise weisen die Metalioxid-Partikel auf ihrer Oberfläche oligomere oder polymeren Strukturen auf, die nicht-acide, nucleophile Gruppen enthalten. Dabei handelt es sich wiederum vorzugsweise um Polymere (wobei Oligomere im folgenden grundsätzlich mit unter demThe surface of the metal oxide particles preferably has oligomeric or polymeric structures which contain non-acidic, nucleophilic groups. Again, these are preferably polymers (with oligomers in the following basically with less than
Begriff Polymer verstanden werden), die auf die Oberfläche aufgepfropft oder aufpolymerisiert, also auf der Oberfläche synthetisiert sind. DieThe term polymer is to be understood) which are grafted or polymerized onto the surface, that is to say are synthesized on the surface. The
Polymere können verzweigt oder unverzweigt sein; in einer bevorzugten Ausführungsform sind die Polymere linear aufgebaut. Dabei können die nicht-aciden, nucleophilen Gruppen direkt in der Hauptkette enthalten sein, oder in Form funktioneller Gruppen oder kleiner Moleküle als Seitenkette vorliegen. Die Polymere können entweder direkt auf die ggf. 5 funktionalisierte Oberfläche aufgepfropft oder aufpolymerisiert, also auf der Oberfläche synthetisiert sein oder über einen Spacer mit derPolymers can be branched or unbranched; in a preferred In one embodiment, the polymers have a linear structure. The non-acidic, nucleophilic groups can be contained directly in the main chain or in the form of functional groups or small molecules as a side chain. The polymers can either be grafted directly onto the optionally functionalized surface or polymerized on, that is to say synthesized on the surface, or via a spacer with the
Oberfläche verbunden sein. In einer bevorzugten Ausführungsform derSurface connected. In a preferred embodiment of the
Erfindung handelt es sich bei dem Spacer um ein inertes Polymer, wieInvention, the spacer is an inert polymer such as
10 Poylethylen, Polypropylen oder Polystyrol oder um eine cyclische oder acyclische niedermolekulare Kohlenwasserstoffverbindung, besonders bevorzugt um eine Alkylkette mit 1-20 C-Atomen. Bei dem Polymeren, das nicht-acide, nucleophile Gruppen enthält, handelt es sich vorzugsweise um10 polyethylene, polypropylene or polystyrene or a cyclic or acyclic low molecular weight hydrocarbon compound, particularly preferably an alkyl chain with 1-20 C atoms. The polymer containing non-acidic, nucleophilic groups is preferably
A K einen Polyether, wie insbesondere Polyethylenoxid, Polypropylenoxid oder gemischte Polymere aus Etylen- und Propylenoxid, oder umA K is a polyether, such as in particular polyethylene oxide, polypropylene oxide or mixed polymers of ethylene and propylene oxide, or um
Polyvinylalkohol, ein Polysaccharid oder ein Polycyclodextrin.Polyvinyl alcohol, a polysaccharide or a polycyclodextrin.
Insbesondere bevorzugt ist es dabei erfindungsgemäß, wenn dieIt is particularly preferred according to the invention if the
Metalloxid-Partikel mit Polyethylenoxid funktionalisiert sind. 0Metal oxide particles are functionalized with polyethylene oxide. 0
Erfindungsgemäß werden diese oligomeren oder polymeren Strukturen auf die Metalloxid-Partikel nach deren Bildung aufgebracht. Um die oligomeren oder polymeren Strukturen auf der Oberfläche der Kerne aufzubringen 5 kann es, wie oben bereits ausgeführt, vorteilhaft sein, wenn die Oberfläche der Kerne funktionalisiert ist. Ein Verfahren bei dem die Oberfläche der Kerne vor dem Aufbringen der oligomeren oder polymeren Strukturen funktionalisiert wird, ist daher erfindungsgemäß bevorzugt. Insbesondere Q bevorzugt kann es dabei sein, auf der Oberfläche solche chemischen Funktionen anzubringen, die als aktives Kettenende eine Aufpfropfung der Mantelpolymere ermöglichen. Hier sind als Beispiele insbesondere endständige Doppelbindungen, Halogenfunktionen, Epoxygruppen sowie polykondensierbare Gruppen zu nennen. Dabei kann dieAccording to the invention, these oligomeric or polymeric structures are applied to the metal oxide particles after their formation. In order to apply the oligomeric or polymeric structures to the surface of the cores 5, as already stated above, it can be advantageous if the surface of the cores is functionalized. A method in which the surface of the cores is functionalized before the oligomeric or polymeric structures are applied is therefore preferred according to the invention. In particular, it may be preferred to apply chemical functions on the surface which, as the active chain end, enable the jacket polymers to be grafted on. Examples here are, in particular, terminal double bonds, halogen functions, epoxy groups and polycondensable groups. The
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Funktionalisierung direkt bei der Partikelherstellung erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden dabei funktionalisierte Siliciumdioxidpartikel entsprechend der in EP-A-216 278 beschriebenenFunctionalization take place directly during particle production. In a preferred embodiment, functionalized ones are used Silicon dioxide particles corresponding to those described in EP-A-216 278
Methode durch Einsatz von Trialkoxysilanen, die bereits die gewünschteMethod by using trialkoxysilanes that already have the desired
Gruppe zur Oberflächenfunktionalisierung tragen, erhalten. DieWear group for surface functionalization. The
Modifizierung von Oberflächen, welche Hydroxygruppen tragen ist 5 beispielsweise aus EP-A-337 144 bekannt. Weitere Methoden zurModification of surfaces which carry hydroxyl groups is known for example from EP-A-337 144. Other methods of
Modifizierung von Partikeloberflächen sind dem Fachmann insbesondere aus der Herstellung von Chromatographiematerialen wohl bekannt und in verschiedenen Lehrbüchern, wie Unger, K.K., Porous Silica, ElsevierModification of particle surfaces are well known to the person skilled in the art, in particular from the production of chromatography materials, and in various textbooks such as Unger, K.K., Porous Silica, Elsevier
10 Scientific Publishing Company (1979) beschrieben.10 Scientific Publishing Company (1979).
Um eine nanodisperse und möglichst homogene Verteilung der Metalloxid- Partikel in der Polymer-Matrix zu erreichen, ist es vorteilhaft, sie bereits ^ c während des Polymerisationsprozesses einzubauen. Insbesondere UHMWPE wird gewöhnlich nicht extrudiert, sondern durch Heißpressen verarbeitet. Ein nachträgliches Beimengen von Füllstoffen führt dabei nicht zur gewünschten gleichmäßigen Verteilung.In order to achieve a nanodisperse and as homogeneous as possible distribution of the metal oxide particles in the polymer matrix, it is advantageous to incorporate them already during the polymerization process. UHMWPE in particular is usually not extruded, but processed by hot pressing. Subsequent addition of fillers does not lead to the desired even distribution.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher einAnother object of the present invention is therefore a
Verfahren zur Herstellung eines polymerbasierten Werkstoffes aufgebaut im wesentlichen aus einer Polymer-Matrix in die mindestens ein Granulat mindestens eines fluorierten Polymeren und Metalloxid-Partikel eingelagert 5 sind, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Metalloxid-Partikel und das mindestens ein fluoriertes Polymeres bereits während desProcess for the production of a polymer-based material essentially composed of a polymer matrix in which at least one granulate of at least one fluorinated polymer and metal oxide particles are embedded 5, which is characterized in that the metal oxide particles and the at least one fluorinated polymer are already present during the
Polymerisationsprozesses der Polymer-Matrix in die Matrix eingebunden werden.Polymerization process of the polymer matrix are integrated into the matrix.
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Für den Einbau der Metalloxid-Partikel in die Polymer-Matrix während des Polymerisationsprozesses können hierzu mit geeigneten Funktionalisierungen unterschiedliche Wege (oder Kombinationen daraus) beschriften werden. Die Metalloxid-Partikel können z.B. wenn die Polymer-For the incorporation of the metal oxide particles into the polymer matrix during the polymerization process, different ways (or combinations thereof) can be labeled with suitable functionalizations. The metal oxide particles can e.g. if the polymer
35 Matrix von Polyolefinen gebildet wird mit Metallocenen beladen werden und dann zur Polymerisation eingesetzt werden. Ebenso ist anstelle des Metallocenes die Beladung mit einer polymerisationsaktiven Spezies nach35 Matrix formed from polyolefins is loaded with metallocenes and then used for polymerization. Likewise, instead of Metallocenes after loading with a polymerization-active species
Ziegler-Natta (z. B. TiCI ) oder Phillips möglich. Die Polymer-Matrix entsteht dabei um die Teilchen herum, was eine bessere Verteilung bewirkt als nachträgliches Vermischen beim Extrusionsprozess.Ziegler-Natta (e.g. TiCI) or Phillips possible. The polymer matrix is created around the particles, which results in a better distribution than subsequent mixing in the extrusion process.
Eine Funktionalisierung der Metalloxid-Partikel mit nucleophilen, nicht- aciden Verbindungen, zum Beispiel Polyethem, ermöglicht die direkte Trägerung Methylaluminoxan (MAO)-aktivierbarer Verbindungen; vornehmlich die von Metallocenen. Die funktionalisierten Partikel bilden zusammen mit MAO mittels koordinativer Wechselwirkungen ein Gel. Das Metallocen wird somit über das MAO an den Träger gebunden. Dabei wird eine homogene Verteilung von Träger und polymerisationsaktiver Spezies erreicht. Nach dem Trocknen ist der Katalysator direkt zur Polymerisation einsetzbar.Functionalization of the metal oxide particles with nucleophilic, non-acidic compounds, for example polyethers, enables the direct support of methylaluminoxane (MAO) -activatable compounds; primarily that of metallocenes. The functionalized particles form a gel together with MAO through coordinative interactions. The metallocene is thus bound to the support via the MAO. A homogeneous distribution of carrier and polymerization-active species is achieved. After drying, the catalyst can be used directly for the polymerization.
Übliche Katalysatorsysteme zur Polymerisation von Olefinen bestehen dabei aus einer Verbindung eines Übergangsmetalles aus der 3. bis 8. Nebengruppe des Periodensystems und einem Cokatalysator der üblicherweise eine Organometall-Verbindung eines (Halb-)metalls der 3 oder 4. Hauptgruppe des Periodensystems ist.Usual catalyst systems for the polymerization of olefins consist of a compound of a transition metal from the 3rd to 8th subgroup of the periodic table and a cocatalyst which is usually an organometallic compound of a (semi-) metal of the 3rd or 4th main group of the periodic table.
Bei der Verbindung eines Übergangsmetalles aus der 3. bis 8. Nebengruppe des Periodensystems, die im folgenden auch als "Katalysator" bezeichnet wird, handelt es sich vorzugsweise um eine Komplexverbindung, insbesondere bevorzugt um eine Metallocenverbindung. Prinzipiell kann es sich dabei um jedes Metallocen handeln. Denkbar sind dabei verbrückte (ansa-) wie unverbrückte Metallocenkomplexe mit (substituierten) p-Liganden wie Cyclopentadienyl-, Indenyl- oder Fluorenyl-Liganden, wobei sich symmetrische oder unsymmetrische Komplexe mit Zentralmetallen aus der 3. bis 8. Gruppe ergeben. Vorzugsweise werden als Zentralmetall die Elemente Titan, Zirconium, Hafnium, Vanadium, Palladium, Nickel, Cobalt, Eisen und Chrom eingesetzt, wobei Titan und insbesondere Zirconium besonders bevorzugt sind.The compound of a transition metal from subgroup 3 to 8 of the periodic table, which is also referred to below as "catalyst", is preferably a complex compound, particularly preferably a metallocene compound. In principle, it can be any metallocene. Bridged (ansa-) and unbridged metallocene complexes with (substituted) p ligands such as cyclopentadienyl, indenyl or fluorenyl ligands are conceivable, with symmetrical or unsymmetrical complexes with central metals from the 3rd to 8th group. The elements titanium, zirconium, hafnium, vanadium, palladium, nickel, cobalt, iron and are preferably used as the central metal Chromium used, with titanium and in particular zirconium being particularly preferred.
Geeignete Zirconiumverbindungen sind beispielsweise:Suitable zirconium compounds are, for example:
B s(cyclopentadienyl)zirconium-monochlorid-monohydrid, B s(cyclopentadienyl)zirconium-monobromid-monohydrid, B s(cyclopentadienyl)methylzirconium-hydrid, B s(cyclopentadienyl)ethylzirconium-hydrid, B s(cyclopentadienyl)cyclohexylzirconium-hydrid, B s(cyclopentadienyl)phenylzirconium-hydrid, B s(cyclopentadienyI)benzylzircroniuπvhydrid, B s(cyclopentadienyl)neopentylzirconium-hydrid, B s(methylcyclopentadienyl)zirconium-monochlorid-monohydrid, B s(indenyl)zirconium-monochlorid-monohydrid, B s(cyclopentadienyl)zirconium-dichlorid, B s(cyclopentadienyl)zirconium-dibromid, B s(cyclopentadienyl)methyIzirconium-monochlorid, B s(cyclopentadienyl)ethylzirconium-monochlorid, B s(cyclopentadienyl)cyclohexylzirconium-monochlorid, B s(cyclopentadienyl)phenylzirconium-monochlorid, B s(cyclopentadienyl)benzylzirconium-monochlorid, B s(methylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid, B s-(1 ,3-dimethylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid, B s(n-butylcyclopentadienyl)zirconium-dichiorid, B s(n-propylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid, B s(iso-butylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid, B s(cyclopentylcylopentadienyl)zirconium-dichlorid, B s(octadecylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid, B s(indenyl)zirconium-dichlorid, B s(indenyl)zirconium-dibromid, B s(indenyl)zirconium-dimethyl, B s(4,5,6,7-tetrahydro-1-indeny!)dimethylzirconium, Bis(cyclopentadienyl)diphenyl-zirconium,B s (cyclopentadienyl) zirconium monochloride monohydride, B s (cyclopentadienyl) zirconium monobromide monohydride, B s (cyclopentadienyl) methylzirconium hydride, B s (cyclopentadienyl) ethyl zirconium hydride, B s (cyclopentadylzirconium cyclohexadylzirconium) s (cyclopentadienyl) phenylzirconium hydride, B s (cyclopentadienyI) benzylzircroniuπvhydrid, B s (cyclopentadienyl) neopentylzirconium hydride, B s (methylcyclopentadienyl) zirconium monochloride monohydride, B s (indenylylochloride) ) zirconium dichloride, B s (cyclopentadienyl) zirconium dibromide, B s (cyclopentadienyl) methyIzirconium monochloride, B s (cyclopentadienyl) ethylzirconium monochloride, B s (cyclopentadienyl) cyclohexylzirconien (monochloridophenylidyl chloride), B s (cyclopentadienyl) benzylzirconium monochloride, B s (methylcyclopentadienyl) zirconium dichloride, B s- (1, 3-dimethylcyclopentadienyl) zirconium dichloride, B s (n-butylcyclopentadienyl) zirconium dichioride, B s (n-propyl pentadienyl) zirconium dichloride, B s (iso-butylcyclopentadienyl) zirconium dichloride, B s (cyclopentylcylopentadienyl) zirconium dichloride, B s (octadecylcyclopentadienyl) zirconium dichloride, B s (indenyl) zirconium zirconium -dibromide, B s (indenyl) zirconium dimethyl, B s (4,5,6,7-tetrahydro-1-indeny!) dimethyl zirconium, Bis (cyclopentadienyl) zirconium diphenyl,
Bis(cyclopentadienyl)dibenzylzirconium,Bis (cyclopentadienyl) dibenzylzirconium,
Bis(cyclopentadienyl)methoxyzirconium-chlorid,Bis (cyclopentadienyl) methoxyzirconium chloride,
Bis(cyclopentadienyl)ethoxyzirconium-chiorid, 5Bis (cyclopentadienyl) ethoxyzirconium chloride, 5
Bis(cyclopentadienyl)butoxyzirconium-chlorid,Bis (cyclopentadienyl) butoxyzirconium chloride,
Bis(cyclopentadienyl)2-ethylhexoxyzirconium-chlorid,Bis (cyclopentadienyl) 2-ethylhexoxyzirconium chloride,
Bis(cyclopentadienyl)methylzirconium-ethoxid,Bis (cyclopentadienyl) methylzirconium ethoxide,
Bis(cyclopentadienyI)methylzirconium-butoxid, 10 Bis(cyclopentadienyl)ethylzirconium-ethoxid,Bis (cyclopentadienyl) methyl zirconium butoxide, 10 bis (cyclopentadienyl) ethyl zirconium ethoxide,
Bis(cyclopentadienyl)phenylzirconium-ethoxid,Bis (cyclopentadienyl) phenylzirconium ethoxide,
Bis(cyclopentadienyl)benzyIzirconium-ethoxid,Bis (cyclopentadienyl) benzyIzirconium ethoxide,
Bis(methylcyclopentadienyl)ethoxyzirconium-chlorid, A c Bis(indenyl)ethoxyzirconium-chlorid,Bis (methylcyclopentadienyl) ethoxyzirconium chloride, A c bis (indenyl) ethoxyzirconium chloride,
Bis(cyclopentadienyl)ethoxyzirconium,Bis (cyclopentadienyl) ethoxyzirconium,
Bis(cyclopentadienyl)butoxyzirconium,Bis (cyclopentadienyl) butoxyzirconium,
Bis(cyclopentadienyl)2-ethylhexoxyzirconium,Bis (cyclopentadienyl) 2-ethylhexoxyzirconium,
Bis(cyclopentadienyl)phenoxyzirconium-monochlorid, 0Bis (cyclopentadienyl) phenoxyzirconium monochloride, 0
Bis(cyclopentadienyl)cyclohexoxyzirconium-chlorid,Bis (cyclopentadienyl) cyclohexoxyzirconium chloride,
Bis(cyclopentadienyl)phenylmethoxyzirconium-chloridBis (cyclopentadienyl) phenylmethoxyzirconium chloride
Bis(cyclopentadienyl)methylzirconium-phenylmethoxidBis (cyclopentadienyl) methylzirconium-phenylmethoxid
Bis(cyclopentadiphenyl)trimethylsiloxyzirconium-chlorid, 5 Bis(cyclopentadienyl)triphenylsiloxyzirconium-chlorid, Bis(cyclopentadieny!)thiophenyIzirconium-chlorid, Bis(cyclopentadienyl)neoethylzirconium-chlorid, Bis(cyclopentadienyl)bis(dimethylamide)zirconium, 0 Bis(cyclopentadienyl)diethylamidezirconium-chlorid,To (cyclopentadiphenyl) trimethylsiloxyzirconium chloride, 5 bis (cyclopentadienyl) triphenylsiloxyzirconium chloride, bis (cyclopentadieny!) ThiophenyIzirconium chloride, bis (cyclopentadienyl) neoethylzirconium chloride, bis (cyclopentadienyl) bis (dimethylamide) zirconium, 0 to (cyclopentadienyl) diethylamidezirconium -chloride,
Dimethylsilylenbis(4)5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)zirconium-dichlorid, Dimethylsilylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)dimethylzirconium, Dimethylsilylenbis(2-methyl-4,5-benzoindenyl)zirconium-dichlorid, Dimethylsilylenbis(4-tert-butyl-2-methylcyclopentadienyl)zirconium- dichlorid, Dimethylensilylbis(4-tert-butyl-2-methylcyclopentadienyl)dimethylzirconium, Ethylenbis(indenyl)ethoxyzirconium-chlorid,Dimethylsilylenebis (4 ) 5,6,7-tetrahydro-1-indenyl) zirconium dichloride, dimethylsilylenebis (4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl) dimethylzirconium, dimethylsilylenebis (2-methyl-4,5-benzoindenyl) zirconium dichloride, dimethylsilylenebis (4-tert-butyl-2-methylcyclopentadienyl) zirconium dichloride, dimethylene silylbis (4-tert-butyl-2-methylcyclopentadienyl) dimethylzirconium, Ethylenebis (indenyl) ethoxyzirconium chloride,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)ethoxyzirconium-chlorid,Ethylenebis (4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl) ethoxyzirconium chloride,
Ethylenbis(indenyl)dimethylzirconium,Ethylenebis (indenyl) dimethylzirconium,
Ethylenbis(indenyl)diethylzirconium,Ethylenebis (indenyl) diethylzirconium,
Ethylenbis(indenyl)diphenylzirconium,Ethylenebis (indenyl) diphenylzirconium,
Ethylenbis(indenyl)dibenzylzirconium,Ethylenebis (indenyl) dibenzylzirconium,
Ethylenbis(indenyl)methylzirconium-monobromid,Ethylenebis (indenyl) methylzirconium monobromide-,
Ethylenbis(indenyl)ethylzirconium-monochlorid, Ethylenbis(indenyl)benzylzirconium-monochlorid,Ethylene bis (indenyl) ethyl zirconium monochloride, ethylene bis (indenyl) benzyl zirconium monochloride,
Ethylenbis(indenyl)methylzirconium-monochlorid,Ethylenebis (indenyl) methylzirconium monochloride,
Ethylenbis(indenyl)zirconium-dichlorid,Ethylenebis (indenyl) zirconium dichloride,
Ethylenbis(indenyl)zirconium-dibromid, Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1 -indenyl)-dimethylzirconium,Ethylene bis (indenyl) zirconium dibromide, ethylene bis (4,5,6,7-tetrahydro-1 -indenyl) dimethyl zirconium,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)methylzirconium-monochlorid,Ethylenebis (4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl) methylzirconium monochloride,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)zirconium-dichlorid,Ethylenebis (4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl) zirconium dichloride,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)zirconium-dibromid,Ethylenebis (4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl) zirconium dibromide,
Ethylenbis(4-methyl-1-indenyl)zirconium-dichlorid,Ethylenebis (4-methyl-1-indenyl) zirconium dichloride,
Ethylenbis(5-methyl-1-indenyl)zirconium-dichlorid,Ethylenebis (5-methyl-1-indenyl) zirconium dichloride,
Ethylenbis(6-methyl-1-indenyl)zirconium-dichlorid,Ethylenebis (6-methyl-1-indenyl) zirconium dichloride,
Ethylenbis(7-methyl-1-indenyl)zirconium-dichlorid,Ethylenebis (7-methyl-1-indenyl) zirconium dichloride,
Ethylenbis(5-methoxy-1-indenyl)zirconium-dichlorid, Ethylenbis(2,3-dimethyl-1-indenyl)zirconium-dichlorid,Ethylene bis (5-methoxy-1-indenyl) zirconium dichloride, ethylene bis (2,3-dimethyl-1-indenyl) zirconium dichloride,
Ethylenbis(4,7-dimethyl-1-indenyl)zirconium-dichlorid,Ethylenebis (4,7-dimethyl-1-indenyl) zirconium dichloride,
Ethylenbis(4,7-dimethoxy-1-indenyl)zirconium-dichlorid,Ethylenebis (4,7-dimethoxy-1-indenyl) zirconium dichloride,
Ethylenbis(indenyl)zirconium-dimethoxid, Ethylenbis(indenyl)zirconium-diethoxid,Ethylene bis (indenyl) zirconium dimethoxide, ethylene bis (indenyl) zirconium diethoxide,
Ethylenbis(indenyl)methoxyzirconium-chlorid,Ethylenebis (indenyl) methoxyzirconium chloride,
Ethylenbis(indenyl)ethoxyzirconium-chlorid,Ethylenebis (indenyl) ethoxyzirconium chloride,
Ethylenbis(indenyl)methylzirconium-ethoxid,Ethylenebis (indenyl) methylzirconium ethoxide,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)zirconium-dimethoxid,Ethylenebis (4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl) zirconium dimethoxide,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)zirconium-diethoxid,Ethylenebis (4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl) zirconium diethoxide,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)methoxyzirconium-chlorid, Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)ethoxyzirconium-chlorid,Ethylenebis (4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl) methoxyzirconium chloride, Ethylenebis (4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl) ethoxyzirconium chloride,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)methylzirconium-ethoxid,Ethylenebis (4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl) methylzirconium ethoxide,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)dimethylzirconium, lsopropylen(cyclopentadienyl)(1-fluorenyl)zirconium-dichlorid,Ethylene bis (4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl) dimethyl zirconium, isopropylene (cyclopentadienyl) (1-fluorenyl) zirconium dichloride,
55
Diphenylmethylen(cyclopentadienyl)(1-fluorenyl)zirconium-dichlorid.Diphenylmethylene (cyclopentadienyl) (1-fluorenyl) zirconium dichloride.
Geeignete Titanverbindungen sind beispielsweise:Suitable titanium compounds are, for example:
Bis(cyclopentadienyl)titan-monochlorid-monohydrid, 10 Bis(cyclopentadienyl)methyltitan-hydrid,Bis (cyclopentadienyl) titanium monochloride monohydride, 10 bis (cyclopentadienyl) methyltitanium hydride,
Bis(cyclopentadienyl)phenyltitan-chlorid,Bis (cyclopentadienyl) phenyl titanium chloride,
Bis(cyclopentadienyl)benzyltitan-chlorid,Bis (cyclopentadienyl) benzyltitanium chloride,
Bis(cyclopentadienyl)titan-dichlorid, Λ c Bis(cyclopentadienyl)dibenzyl-titan,Bis (cyclopentadienyl) titanium dichloride, Λ c bis (cyclopentadienyl) dibenzyl titanium,
Bis(cyclopentadienyl)ethoxytitan-chlorid,Bis (cyclopentadienyl) ethoxytitanium chloride,
Bis(cyclopentadienyl)butoxytitan-chlorid,Bis (cyclopentadienyl) butoxy chloride,
Bis(cyclopentadienyl)methyltitan-ethoxid,Bis (cyclopentadienyl) titanium methyl ethoxide,
Bis(cyclopentadienyl)phenoxytitan-chlorid, 0Bis (cyclopentadienyl) phenoxytitanium chloride, 0
Bis(cyclopentadienyl)trimethylsiloxytitan-chlorid,Bis (cyclopentadienyl) trimethylsiloxytitan chloride,
Bis(cyclopentadienyl)thiophenyltitan-chlorid,Bis (cyclopentadienyl) thiophenyltitan chloride,
Bis(cyclopentadienyl)bis(dimethylamide)titan,Bis (cyclopentadienyl) bis (dimethylamide) titanium,
Bis(cyclopentadienyl)ethoxytitan, 5 Bis(n-butylcyclopentadienyl)titan-dichlorid,Bis (cyclopentadienyl) ethoxytitanium, 5 bis (n-butylcyclopentadienyl) titanium dichloride,
Bis(cyclopentylcylopentadienyl)titan-dichlorid,To (cyclopentylcylopentadienyl) titanium dichloride,
Bis(indenyl)titan-dichlorid,(Indenyl) titanium dichloride,
Ethylenbis(indenyl)titan-dichlorid 0 Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)titan-dichlorid undEthylene bis (indenyl) titanium dichloride 0 ethylene bis (4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl) titanium dichloride and
Dimethylsilylen(tetramethylcyclopentadienyl)(tert-butylamid)titan-dichlorid.Dimethylsilylene (tetramethylcyclopentadienyl) (tert-butylamide) titanium dichloride.
Geeignete Hafniumverbindungen sind beispielsweise: Bis(Cyclopentadienyl)hafnium-monochlorid-monohydrid, 5 Bis(cyclopentadienyl)ethylhafnium-hydrid, Bis(cyclopentadienyl)phenylhafnium-chlorid, Bis(cyclopentadienyl)hafnium-dichlorid,Suitable hafnium compounds are, for example: bis (cyclopentadienyl) hafnium monochloride monohydride, 5 bis (cyclopentadienyl) ethyl hafnium hydride, bis (cyclopentadienyl) phenyl hafnium chloride, Bis (cyclopentadienyl) hafnium dichloride,
Bis(cyclopentadienyl)benzyl-hafnium,Bis (cyclopentadienyl) hafnium benzyl,
Bis(cyclopentadienyl)ethoxyhafnium-chlorid,Bis (cyclopentadienyl) ethoxyhafnium chloride,
Bis(cyclopentadienyl)butoxyhafnium-chlorid,Bis (cyclopentadienyl) butoxyhafnium chloride,
Bis(cyclopentadienyl)methylhafnium-ethoxid,Bis (cyclopentadienyl) methylhafnium ethoxide,
Bis(cyclopentadienyl)phenoxyhafnium-chlorid,Bis (cyclopentadienyl) phenoxyhafnium chloride,
Bis(cyclopentadienyl)thiophenylhafnium-chlorid,Bis (cyclopentadienyl) thiophenylhafnium chloride,
Bis(cyclopentadienyl)bis(diethylamid)hafnium, Ethylenbis(indenyl)hafnium-dichlorid,Bis (cyclopentadienyl) bis (diethylamide) hafnium, ethylene bis (indenyl) hafnium dichloride,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1 -indenyl)hafnium-dichlorid undEthylenebis (4,5,6,7-tetrahydro-1 -indenyl) hafnium dichloride and
Dimethylsilylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)hafnium-dichlorid.Dimethylsilylenebis (4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl) hafnium dichloride.
Geeignete Eisenverbindungen sind beispielsweise:Suitable iron compounds are, for example:
2,6-[1-(2,6-diisopropylphenylimino)ethyl]pyridineisen-dichlorid, 2,6-[1-(2,6-dimethylphenylimino)ethyl]pyridineisen-dichlorid2,6- [1- (2,6-diisopropylphenylimino) ethyl] pyridine iron dichloride, 2,6- [1- (2,6-dimethylphenylimino) ethyl] pyridine iron dichloride
Geeignete Nickelverbindungen sind beispielsweise: (2,3-Bis-(2,6-diisopropylphenylimino)butan)nickel-dibromid, 1 ,4-Bis(2,6-diisopropylphenyl)acenaphthendiiminnickel-dichlorid, 1 ,4-Bis(2,6-diisopropylphenyl)acenaphthendiiminnickel-dibromid.Suitable nickel compounds are, for example: (2,3-bis (2,6-diisopropylphenylimino) butane) nickel dibromide, 1,4-bis (2,6-diisopropylphenyl) acenaphthenediimine nickel dichloride, 1,4-bis (2,6 -diisopropylphenyl) acenaphthendiiminnickel dibromide.
Geeignete Palladiumverbindungen sind beispielsweise:Suitable palladium compounds are, for example:
(2,3-Bis-(2,6-diisopropylphenylimino)butan)palladium-dichlorid und (2,3-Bis-(2,6-diisopropylphenylimino)butan)dimethylpalladium.(2,3-bis (2,6-diisopropylphenylimino) butane) palladium dichloride and (2,3-bis (2,6-diisopropylphenylimino) butane) dimethyl palladium.
Besonders bevorzugt ist dabei der Einsatz von Zirconium-Verbindungen, wobei die Verbindungen Bis(cyclopentadienyl)zirconium-dichlorid, Bis(n- butylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid, Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1- indenyl)zirconium-dichlorid, Bis(methylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid und Bis-(1 ,3-dimethylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid besonders bevorzugt sind. Bei der Verbindung eines Übergangsmetalles aus der 3. bis 8.The use of zirconium compounds is particularly preferred, the compounds bis (cyclopentadienyl) zirconium dichloride, bis (n-butylcyclopentadienyl) zirconium dichloride, ethylene bis (4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl) zirconium dichloride, bis (methylcyclopentadienyl) zirconium dichloride and bis (1,3-dimethylcyclopentadienyl) zirconium dichloride are particularly preferred. When connecting a transition metal from the 3rd to the 8th
Nebengruppe kann es sich erfindungsgemäß jedoch auch um eine klassische Ziegler-Natta-Verbindung, wie Titantetrachlorid,Subgroup according to the invention can, however, also be a classic Ziegler-Natta compound, such as titanium tetrachloride,
Tetraalkoxytitan, Alkoxytitanchloride, Vanadiumhalogenide,Tetraalkoxytitanium, alkoxytitanium chlorides, vanadium halides,
Vanadiumoxidhalogenide und Alkoxyvanadiumverbindungen in denen dieVanadium oxide halides and alkoxyvanadium compounds in which the
Alkylreste 1 bis 20 C-Atome aufweisen, handeln.Alkyl radicals have 1 to 20 carbon atoms.
Erfindungsgemäß können sowohl reine Übergangsmetallverbindungen als auch Mischungen verschiedener Übergangsmetallverbindungen eingesetzt werden, wobei sowohl Mischungen von Metallocenen oder Ziegler-Natta- Verbindungen untereinander als auch Mischungen von Metallocenen mit Ziegler-Natta-Verbindungen vorteilhaft sein können.According to the invention, both pure transition metal compounds and mixtures of different transition metal compounds can be used, mixtures of metallocenes or Ziegler-Natta compounds with one another and mixtures of metallocenes with Ziegler-Natta compounds being advantageous.
Bei Katalysatoren nach Ziegler-Natta kann die polymerisationaktive Verbindung nach allgemein bekannten Verfahren direkt (z.B. als TiCI4- Dampf) auf die Metalloxid-Partikel ggf. unter Zusatz von Magnesiumchlorid aufgebracht werden.In the case of catalysts according to Ziegler-Natta, the polymerization-active compound can be applied directly to the metal oxide particles, if appropriate with the addition of magnesium chloride, by known processes (for example as TiCl 4 vapor).
Die Polymerisation wird in bekannter Weise in Lösungs-, Suspensionsr oder Gasphasenpolymerisation kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt, wobei die Gasphasen- und die Suspensionspolymerisation ausdrücklich bevorzugt sind. Typische Temperaturen bei der Polymerisation liegen im Bereich von 0°C bis 200°C, vorzugsweise im Bereich von 20°C bis 140°C.The polymerization is carried out in a known manner in solution, suspension or gas phase polymerization, continuously or batchwise, with gas phase and suspension polymerization being expressly preferred. Typical temperatures during the polymerization are in the range from 0 ° C. to 200 ° C., preferably in the range from 20 ° C. to 140 ° C.
Üblicherweise für die Polyolefinproduktion eingesetzte Katalysatoren, die für hohe Produktivitäten ausgelegt sind, können durch "Verdünnen" mit entsprechend behandelten Metalloxid-Partikel ebenfalls verwendet werden. Hierbei kommen bevorzugt olefinfunktionalisierte Partikel zumCatalysts which are customarily used for polyolefin production and are designed for high productivity can also be used by "diluting" them with appropriately treated metal oxide particles. Here, olefin-functionalized particles are preferred
Einsatz, auf deren Oberfläche sich keine reaktiven Gruppen mehr befinden. Die Desaktivierung erfolgt zum einen durch die Olefinfunktionalisierung und darüber hinaus durch Behandeln mit Aluminiumalkylen, z.B. Diisobutylaluminiumhydrid.Use on whose surface there are no more reactive groups. The deactivation takes place on the one hand by the Olefin functionalization and, moreover, by treatment with aluminum alkyls, for example diisobutylaluminium hydride.
Es kann auch alternativ eine Verankerung der Metalloxid-Partikel in der Polymer-Matrix über alkylische oder olefinische Funktionen auf der Metalloxid-Oberfläche erfolgen, die als Copolymere in das Polymer eingebaut werden um eine besonders gute Verankerung zu erreichen. Als olefinische Funktionen werden Moleküle wieAlternatively, the metal oxide particles can also be anchored in the polymer matrix via alkyl or olefinic functions on the metal oxide surface, which are incorporated as copolymers in the polymer in order to achieve particularly good anchoring. Molecules such as
A :Si X DA : Si XD
BB
eingesetzt, wobei A eine Alkoxygruppe, bevorzugt Ethoxy oder Methoxy, B eine ebensolche Alkoxy- oder Alkylgruppe, bevorzugt Methyl und D einen Kohlenwasserstoff mit mindestens einer endständigen Alkylfunktion, bevorzugt eine lineare Alkylkette mit endständiger Doppelbindung repräsentiert.used, where A represents an alkoxy group, preferably ethoxy or methoxy, B represents the same alkoxy or alkyl group, preferably methyl and D represents a hydrocarbon with at least one terminal alkyl function, preferably a linear alkyl chain with terminal double bond.
X ist entweder eine direkte oder eine Heteroatom-enthaltende Verbindung wie (CH2)n-0-, wobei n zwischen 1 und 5 liegt.X is either a direct or a heteroatom-containing compound such as (CH 2 ) n -0-, where n is between 1 and 5.
Für die Alkyl-Funktionen werden Moleküle wieFor the alkyl functions, molecules like
B, B ,
A Si X CA Si X C
B eingesetzt, wobei A eine Alkoxygruppe, bevorzugt Ethoxy oder Methoxy, B eine ebensolche Alkoxy- oder Alkylgruppe, bevorzugt Methyl und C eineB is used, where A is an alkoxy group, preferably ethoxy or methoxy, B is such an alkoxy or alkyl group, preferably methyl and C is a
Alkylkette der Länge 1-25, bevorzugt 10-20 repräsentiert.Alkyl chain of length 1-25, preferably 10-20 represents.
X ist entweder eine direkte oder eine Heteroatom-enthaltende Verbindung wie (CH2)π-0-, wobei n zwischen 1 und 5 liegt. 5X is either a direct or a heteroatom-containing compound such as (CH 2 ) π -0-, where n is between 1 and 5. 5
Wie oben ausgeführt eignen sich die erfindungsgemäßen polymerbasierten Werkstoffe zum Einsatz in Gleitpaaren.As stated above, the polymer-based materials according to the invention are suitable for use in sliding pairs.
10 Weitere Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind daher die Verwendung eines erfindungsgemäßen oder erfindungsgemäß hergestellten polymerbasierten Werkstoffes zur Herstellung von Gelenkimplantaten im medizinisch-technischen Bereich bzw. die10 The present invention therefore also relates to the use of a polymer-based material according to the invention or produced according to the invention for the production of joint implants in the medical-technical field or
^5 Verwendung zur Herstellung von Gleitpaaren, insbesondere Kugellagern, Wälzlagern, Gleitlagern, Gliederketten, Getriebezahnrädern im technischen Bereich, sowie die entsprechenden Produkte. Insbesondere sind ein Gleitpaar bei dem die Gleitpartner aus metallischen, polymeren und/oder keramischen Werkstoffen bestehen, welches dadurch 0 gekennzeichnet, dass mindestens einer der Gleitpartner im wesentlichen aus einem erfindungsgemäßen oder erfindungsgemäß hergestellten polymerbasierten Werkstoff besteht und ein künstliches Gelenk einer Prothese, bei dem die Gelenkpartner aus metallischen, polymeren 5 und/oder keramischen Werkstoffen bestehen, weiches dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Gelenkpartner im wesentlichen aus einem erfindungsgemäßen polymerbasierten Werkstoff besteht, weitere Gegenstände der vorliegenden Erfindung. Q Gleitpaare zur technischen Verwendung können dabei alle bekannten Ausführungsformen annehmen. Insbesondere sind hier zu nennen:^ 5 Use for the manufacture of sliding pairs, in particular ball bearings, roller bearings, sliding bearings, link chains, gear wheels in the technical field, as well as the corresponding products. In particular, there are a pair of glides in which the sliding partners consist of metallic, polymeric and / or ceramic materials, which are characterized in that at least one of the sliding partners essentially consists of a polymer-based material according to the invention or produced according to the invention and an artificial joint of a prosthesis in which the Joint partners made of metallic, polymeric 5 and / or ceramic materials, which are characterized in that at least one of the joint partners consists essentially of a polymer-based material according to the invention, further objects of the present invention. Q sliding pairs for technical use can assume all known embodiments. The following are particularly worth mentioning:
- Gleitlager,- Bearings,
- Wälzlager,- Roller bearing,
- Kugellager, wobei insbesondere bevorzugt die Hülse aus dem 5 polymerbasierten Werkstoff bestehen kann, - Gliederketten undBall bearings, it being particularly preferred that the sleeve be made of the polymer-based material, - link chains and
- Getriebezahnräder.- gear wheels.
Bei Prothesen mit künstlichen Gelenken können aufgrund der erforderlichen Verträglichkeit mit dem menschlichen oder auch tierischenIn prostheses with artificial joints can be due to the required compatibility with human or animal
Gewebe, der sogenannten Biokompatibilität, und der hohen Reibbelastung der Gelenkpartner nur wenige Werkstoffe eingesetzt werden. Von den metallischen Werkstoffen hat sich vor allem Cobalt-Chrom (CoCrMo) bewährt. Anwendungen von Titan-basierten Legierungen oder Oberflächen-modifizierten Titanlegierungen (z. B. Titan-Nitrid) sind noch im Versuchsstadium. Von den Kunststoffen kommt insbesondere Polyethylen (UHMWPE) bei den Pfannen der Hüftgelenk-Endoprothesen und als Gleitpartner der Schienbeinkomponente zum Einsatz und Aluminiumoxid und Zirkonoxid sind die brauchbaren Keramikwerkstoffe. Der Verschleiß innerhalb des künstlichen Gelenkes wird durch den gleichzeitigen Einbau von harten, unporösen Metalloxid-Partikeln und fluorierten Polymeren in das PE-Formteil minimiert.Tissue, the so-called biocompatibility, and the high frictional load on the joint partners, only a few materials are used. Of the metallic materials, cobalt-chrome (CoCrMo) in particular has proven its worth. Applications of titanium-based alloys or surface-modified titanium alloys (e.g. titanium nitride) are still in the experimental stage. Of the plastics in particular polyethylene (UHMWPE) is used in the cups of the hip joint endoprostheses and as a sliding partner of the shin component and aluminum oxide and zirconium oxide are the usable ceramic materials. Wear within the artificial joint is minimized by the simultaneous incorporation of hard, non-porous metal oxide particles and fluorinated polymers in the PE molded part.
Die folgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung näher erläutern ohne sie einzuschränken. The following examples are intended to illustrate the present invention without restricting it.
BeispieieBeispieie
Beispiel 1 : Herstellung der funktionalisierten Silica-PartikelExample 1: Production of the functionalized silica particles
a) Funktionalisierung der Nanopartikel (Monospheres®20 (Fa. Merck))a) Functionalization of the nanoparticles (Monospheres®20 (Merck))
16,1 g Monospheres®20 (Fa. Merck, durchschnittlicher Durchmesser der kugelförmigen Si02-Partikel: 20 nm, Standardabweichung der mittleren Teilchengröße < 5%) werden in 300 mL Wasser suspendiert und unter Rückfluß wird eine Lösung von 2,44 g (12,34 mmol) Trimethoxychlorpropylsilan in 25 mL Ethanol langsam zugetropft. Die Dispersion wird 24 h am Rückfluss erhitzt. Anschließend werden die funktionalisierten Monospheres durch Ultrafiltration gereinigt. Das resultierende Pulver wird im Vakuum getrocknet.16.1 g of Monospheres®20 (Merck, average diameter of the spherical Si0 2 particles: 20 nm, standard deviation of the average particle size <5%) are suspended in 300 ml of water and a solution of 2.44 g ( 12.34 mmol) of trimethoxychloropropylsilane in 25 ml of ethanol are slowly added dropwise. The dispersion is heated to reflux for 24 h. The functionalized monospheres are then cleaned by ultrafiltration. The resulting powder is dried in vacuo.
b) Aufpfropfen der Polyethylenoxid kettenb) grafting the polyethylene oxide chains
2,68 g Polyethylenoxid-350 (M = 350 g/mol) werden bei 0°C langsam zu 221 mg Natriumhydrid in 50 mL Tetrahydrofuran gegeben. Anschließend wird 30 min bei 0°C und weitere 30 min bei Raumtemperatur nachgerührt. Die Lösung wird mit einer Spritze zu einer Suspension von 5 g der Chlorpropoxy-funktionalisierten Monospher® 20 (aus Beispiel 1a) in Tetrahydrofuran gegeben. Nach 12 h Rühren wird das Lösungsmittel entfernt, und der Rückstand dreimal mit Ethanol gewaschen.2.68 g of polyethylene oxide-350 (M = 350 g / mol) are slowly added to 221 mg of sodium hydride in 50 ml of tetrahydrofuran at 0 ° C. The mixture is then stirred at 0 ° C. for 30 min and at room temperature for a further 30 min. The solution is added to a suspension of 5 g of the chloropropoxy-functionalized Monospher® 20 (from Example 1a) in tetrahydrofuran using a syringe. After stirring for 12 h, the solvent is removed and the residue is washed three times with ethanol.
Beispiel 2: Träqerαestützte Metallocen-PolymerisationExample 2: Supported Metallocene Polymerization
2g Polyethylenoxid-funktionalisierte Monospher (aus Beispiel 1) werden mit 4 ml einer Lösung von Methylaluminpxan in Toluol (w(MAO)=5%) für zwei Stunden gerührt, und mit 0,2 ml einer Lösung von Dicyclopentadienylzirconiumdichlorid in obiger MAO-Lösung (c(Zr)= 0,05 mol/l) versetzt. Nach 30 Min. weiteren Rührens wird das Lösungsmittel im2 g of polyethylene oxide-functionalized monospheres (from Example 1) are stirred with 4 ml of a solution of methylaluminpane in toluene (w (MAO) = 5%) for two hours, and with 0.2 ml of a solution of dicyclopentadienylzirconium dichloride in the above MAO solution ( c (Zr) = 0.05 mol / l) added. After 30 minutes of stirring, the solvent is in
Vakuum entfernt. Zurück bleibt ein gelb gefärbtes, fließendes Pulver, welches direkt zur Polymerisation eingesetzt wird. (Beladung: 2,3 μmol Zr / g Kat, Al/Zr = 630.)Vacuum removed. What remains is a yellow colored, flowing powder which is used directly for the polymerization. (Loading: 2.3 μmol Zr / g Kat, Al / Zr = 630.)
Zur Polymerisation werden 960 mg des obigen Katalysators und 700 mg PTFE bei 70°C in einen mit 400 ml Isobutan gefüllten und mit Ethen auf 36 bar gebrachten 1 I Stahlreaktor durch eine Schleuse mittels Argonüberdruck eingeschossen. Nach 10 Min. wird die Polymerisation durch Ablassen des Druckes beendet. Ausbeute: 8,6 g farbloses, rieselfähiges Pulver.For the polymerization, 960 mg of the above catalyst and 700 mg of PTFE are injected at 70 ° C. into a 1 liter steel reactor filled with 400 ml of isobutane and brought to 36 bar with ethene through a lock by means of argon overpressure. After 10 minutes, the polymerization is terminated by releasing the pressure. Yield: 8.6 g of colorless, free-flowing powder.
Beispiel 3: Herstellung von Cis-silanisierten MonospheresExample 3: Preparation of cis-silanized monospheres
In einem 500 ml Dreihalskolben werden 132g Monospheres® 20- Dispersion und 150g Ethanol vorgelegt. Die Mischung wird auf 70°C temperiert und unter starkem Rühren werden mittels eines Tropftrichters 12,7 g ethanolischen Silanlösung über einen Zeitraum von 20 min zugetropft. Dabei ist darauf zu achten, dass die Lösung am Rand des Gefäßes eingeleitet wird, aber nicht mit dessen Wandung in Kontakt kommt.In a 500 ml three-necked flask, 132g monospheres be presented ® 20- dispersion and 150g ethanol. The mixture is heated to 70 ° C. and, with vigorous stirring, 12.7 g of ethanolic silane solution are added dropwise over a period of 20 min using a dropping funnel. It is important to ensure that the solution is introduced at the edge of the vessel, but does not come into contact with its wall.
Danach wird die Mischung 20 h unter Rückfluss gekocht. Die Suspension wird anschließend mittels Ultrafiltration gereinigt und das Lösungsmittel im Vakuum entfernt.The mixture is then boiled under reflux for 20 h. The suspension is then cleaned by means of ultrafiltration and the solvent is removed in vacuo.
Beispiel 4: Metallocen PolymerisationExample 4: Metallocene Polymerization
In einem 11 Stahlreaktor werden 10g der in Beispiel 3 hergestellten Octadodecyl-funktionalisierten Monospheres und 40 g PTFE in 400ml Isobutan vorgelegt. Der Reaktor wird auf 70°C aufgeheizt und mit Ethen auf 36bar gebracht. Durch eine Schleuse werden 80mg Silicageträgertes Dicyclopentadienyl-zirconiumdichlorid mittels Argonüberdruck eingeschossen. Nach 60min wird die Reaktion durch Ablassen des Druckes beendet. Ausbeute: 78g farbloses Granulat (0.5-1 mm Teilchendurchmesser).10 g of the octadodecyl-functionalized monospheres produced in Example 3 and 40 g of PTFE in 400 ml are placed in a steel reactor Isobutane submitted. The reactor is heated to 70 ° C and brought to 36bar with ethene. 80 mg of silica-supported dicyclopentadienyl zirconium dichloride are injected through a sluice using argon overpressure. After 60 minutes, the reaction is stopped by releasing the pressure. Yield: 78 g of colorless granules (0.5-1 mm particle diameter).
Beispiel 5: Ziegler-Natta-PolvmerisationExample 5: Ziegler-Natta polymerisation
a) Katalysatorherstellung:a) Catalyst production:
In einem Schlenckkolben werden 2,50 g eines getrockneten Magnesiumchlorid/Silica-Trägers (Sylopol™948; Fa. Grace) in 62,5 mL Hexan angeschlämmt und 12 h mit 2,35 mL Dibutylmagnesium (Fa. Aldrich) gerührt. Anschließend werden 0,34 mL Titantetrachlorid zugegeben und weitere 3 h gerührt. Der Trägerkatalysator wird daraufhin abfiltiert und im Vakuum getrocknet.2.50 g of a dried magnesium chloride / silica carrier (Sylopol ™ 948; Grace) are suspended in a Schlenck flask in 62.5 mL hexane and stirred for 12 h with 2.35 mL dibutyl magnesium (Aldrich). Then 0.34 mL titanium tetrachloride are added and the mixture is stirred for a further 3 h. The supported catalyst is then filtered off and dried in vacuo.
b) Polymerisationb) polymerization
In einem Druckreaktor werden 150 mg der in Beispiel 3 hergestellten Octadodecyl-funktionalisierten Monospheres und 750 mg PTFE (Teflon™; Fa. Aldrich) und 20 mg des geträgerten Katalysators aus Beispiel 5a) in 100 mL Heptan vorgelegt. Der Reaktor wird auf 70°C aufgeheizt und mit Ethen auf 5 bar gebracht. Nach 15 min wird die Reaktion durch Ablassen des Druckes beendet. Ausbeute: 5,24 g farbloses Granulat150 mg of the octadodecyl-functionalized monospheres prepared in Example 3 and 750 mg of PTFE (Teflon ™; Aldrich) and 20 mg of the supported catalyst from Example 5a) in 100 mL of heptane are placed in a pressure reactor. The reactor is heated to 70 ° C. and brought to 5 bar with ethene. After 15 minutes, the reaction is stopped by releasing the pressure. Yield: 5.24 g of colorless granules
Vergleichsversuche:Comparative tests:
Analog Beispiel 5 werden hergestellt:The following are prepared as in Example 5:
Vergleichsbeispiel 1 : PE ohne Zusatz von PTFE und SilicaComparative Example 1: PE without the addition of PTFE and silica
Vergleichsbeispiel 2: PE / Silica ohne Zusatz von PTFEComparative Example 2: PE / silica without the addition of PTFE
Vergleichsbeispiel 3: PE / PTFE ohne Zusatz von Silica AbriebtestsComparative Example 3: PE / PTFE without the addition of silica abrasion tests
Der Abrieb wurde mit einem Stift-Scheibe-Prüfstand bestimmt. Ein durch Heißpressen hergestellter Zylinder von 20cm Höhe und 6mmThe abrasion was determined with a pin-disc test bench. A 20cm high and 6mm high pressure cylinder
Durchmesser wurde bei 20C mit einer konstanten Kraft von 50N auf eine mit 0,95m/s rotiernde Scheibe aus poliertem Edelstahl gedrückt. DerDiameter was pressed at 20C with a constant force of 50N onto a disc made of polished stainless steel rotating at 0.95m / s. The
Abrieb ergibt sich aus dem Längenverlust des Zylinders gegenüber derAbrasion results from the loss of length of the cylinder compared to
Laufstracke.Running Tracke.
Oberflächenhärtesurface hardness
Die Oberflächenhärte wurde mit einem Handelsüblichen, auf Shore-D eingestellten Meßgerät geprüft.The surface hardness was checked using a commercially available measuring device set to Shore-D.
Es wurden folgende Werte gemessen:The following values were measured:
Figure imgf000023_0001
Figure imgf000023_0001
Das erfindungsgemäße Beispiel zeigt im Vergleich zu mit dem PTFE- behandelten Produkt (Vergleichsbeispiel 3) eine erhöhte Härte und im Vergleich zu dem unbehandelten bzw. dem Silica-behandelten Produkt eine erhöhte Abriebfestigkeit. Damit vereinigt das erfindungsgemäße Produkt die selbstschmierenden Eigenschaften der PTFE-haltigen Materialien mit der Härte von Silica-haltigen Materialien. The example according to the invention shows increased hardness compared to the PTFE-treated product (comparative example 3) and increased abrasion resistance compared to the untreated or the silica-treated product. The product according to the invention thus combines the self-lubricating properties of the PTFE-containing materials with the hardness of silica-containing materials.

Claims

Patentansprüche claims
1. Polymerbasierter Werkstoff aufgebaut im wesentlichen aus einer1. Polymer-based material built up essentially from one
Polymer-Matrix in die mindestens ein fluoriertes PolymeresPolymer matrix in the at least one fluorinated polymer
5 eingelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Polymer- Matrix Metalloxid-Partikel nanodispers und homogen verteilt sind.5 is embedded, characterized in that metal oxide particles are nanodisperse and homogeneously distributed in the polymer matrix.
2. Polymerbasierter Werkstoff nach Anspruch 1 , dadurch 10 gekennzeichnet, dass die Metalloxid-Partikel ausgewählt sind aus2. Polymer-based material according to claim 1, characterized in that the metal oxide particles are selected from
Titan-, Zink-, Zirkon-, Cer- oder Silicium-dioxid und die Metalloxid- Partikel vorzugsweise mit nicht-aciden Nucleophilen wie Polyether- Ketten funktionalisiert sind und der Werkstoff vorzugsweise 0,1 - ^5 25 Gew.-%, insbesondere 0,5 - 15 Gew.-% und insbesondere bevorzugt 1 - 5 Gew.-% Metalloxid-Partikel enthält.Titanium, zinc, zirconium, cerium or silicon dioxide and the metal oxide particles are preferably functionalized with non-acidic nucleophiles such as polyether chains and the material is preferably 0.1-525% by weight, in particular 0 , 5 - 15 wt .-% and particularly preferably 1 - 5 wt .-% metal oxide particles.
Polymerbasierter Werkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloxid-Partikel mit Polyethylenoxid- 0 Ketten funktionalisiert sind.Polymer-based material according to claim 2, characterized in that the metal oxide particles are functionalized with polyethylene oxide chains.
4. Polymerbasierter Werkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass alkyl- und / oder olefin-funktionaliserte 5 Metalloxid-Partikel eingesetzt werden.4. Polymer-based material according to claim 2, characterized in that alkyl and / or olefin-functionalized 5 metal oxide particles are used.
Polymerbasierter Werkstoff nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sichPolymer-based material according to at least one of the preceding claims, characterized in that it is
30 bei mindestens einem fluorierten Polymeren um Polytertrafluorethylen handelt und der Werkstoff vorzugsweise 1- 50 Gew.-%, insbesondere 5-30 Gew.-% und insbesondere bevorzugt 10-25 Gew.-% fluoriertes Polymer enthält.30 at least one fluorinated polymer is polytertrafluoroethylene and the material preferably contains 1-50% by weight, in particular 5-30% by weight and particularly preferably 10-25% by weight of fluorinated polymer.
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6. Polymerbasierter Werkstoff nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymer-Matrix im wesentlichen aus Polyolefinen, Polyamiden und/oder Polyetheretherketonen gebbildet wird, wobei Polyolefine, die durch Homo- oder Copolymerisation aus 1-Olefin-Monomeren, wie insbesondere Ethylen und/oder Propylen entstehen bevorzugt sind, und die Polymer-Matrix insbesondere bevorzugt im wesentlichen von hochmolekularem Polyethylen gebildet wird. 06. Polymer-based material according to at least one of the preceding claims, characterized in that the polymer matrix is essentially formed from polyolefins, polyamides and / or polyether ether ketones, polyolefins which are obtained by homo- or copolymerization from 1-olefin monomers, such as in particular Ethylene and / or propylene are preferred, and the polymer matrix is particularly preferably formed essentially from high molecular weight polyethylene. 0
7. Polymerbasierter Werkstoff nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloxid-Partikel eine Teilchengrößenverteilung aufweisen bei der die Anteile von Partikeln mit einem Teilchendurchmesser 5 oberhalb von 500 nm unter 0,5 Gew.-% liegen, wobei vorzugsweise die Anteile von Partikeln mit einem Teilchendurchmesser oberhalb von 100 nm unter 0,5 Gew.-% liegen und insbesondere bevorzugt die Anteile von Partikeln mit 0 einem Teilchendurchmesser oberhalb von 50 nm unter 0,5 Gew.- % liegen.7. Polymer-based material according to at least one of the preceding claims, characterized in that the metal oxide particles have a particle size distribution in which the proportions of particles with a particle diameter 5 above 500 nm are less than 0.5% by weight, preferably the proportions of particles with a particle diameter above 100 nm are below 0.5% by weight and particularly preferably the proportions of particles with 0 particle diameter above 50 nm are below 0.5% by weight.
8. Verfahren zur Herstellung eines polymerbasierten Werkstoffes 5 aufgebaut im wesentlichen aus einer Polymer-Matrix in die mindestens ein Granulat mindestens eines fluorierten Polymeren und Metalloxid-Partikel eingelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloxid-Partikel und das mindestens eine fluorierte Q Polymere bereits während des Polymerisationsprozesses der8. A method for producing a polymer-based material 5 essentially composed of a polymer matrix in which at least one granulate of at least one fluorinated polymer and metal oxide particles are embedded, characterized in that the metal oxide particles and the at least one fluorinated Q polymer are already in the process the polymerization process of
Polymer-Matrix in die Matrix eingebunden werden.Polymer matrix can be integrated into the matrix.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Polyethylenoxid-funktionalisierte Silica-Partikel als 59. The method according to claim 8, characterized in that polyethylene oxide-functionalized silica particles as 5
Kataiysatorträger verwendet werden. Catalyst carrier can be used.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine polymerisationsaktive Species vom Ziegler-Natta oder Phillips-Typ auf die Metalloxid-Partikel aufgebracht wird.10. The method according to claim 8, characterized in that a polymerization-active species of the Ziegler-Natta or Phillips type is applied to the metal oxide particles.
11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass einem Katalysator alkyl- und / oder olefin-funktionaliserte Metalloxid-Partikel in ausreichender Menge beigemengt werden und diese Mischung zur Polymerisation 0 eingesetzt wird.11. The method according to at least one of claims 8 to 10, characterized in that a catalyst alkyl and / or olefin-functionalized metal oxide particles are added in sufficient quantity and this mixture is used for the polymerization 0.
12. Verwendung eines polymerbasierten Werkstoffes nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 oder eines 5 polymerbasierten Werkstoffes hergestellt nach einem Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 8 bis 11 zur Herstellung von Gleitpaaren, insbesondere Kugellagern, Wälzlagern, Gleitlagern, Gliederketten, Getriebezahnrädern im technischen Bereich oder Gelenkimplantaten im medizinisch-technischen 0 Bereich.12. Use of a polymer-based material according to at least one of claims 1 to 7 or a 5 polymer-based material produced by a method according to at least one of claims 8 to 11 for the production of sliding pairs, in particular ball bearings, roller bearings, sliding bearings, link chains, gear wheels in the technical field or Joint implants in the medical-technical area.
13. Gleitpaar bei dem die Gleitpartner aus metallischen, polymeren und/oder keramischen Werkstoffen bestehen, dadurch 5 gekennzeichnet, dass mindestens einer der Gleitpartner im wesentlichen aus einem polymerbasierten Werkstoff nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 oder eines polymerbasierten Werkstoff hergestellt nach einem Verfahren Q gemäß mindestens einem der Ansprüche 8 bis 11 besteht.13. sliding pair in which the sliding partners consist of metallic, polymeric and / or ceramic materials, characterized in that at least one of the sliding partners is essentially made of a polymer-based material according to at least one of claims 1 to 7 or a polymer-based material produced by a method Q according to at least one of claims 8 to 11.
14. Künstliches Gelenk einer Prothese, bei dem die Gelenkpartner aus metallischen, polymeren und/oder keramischen Werkstoffen bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der 514. Artificial joint of a prosthesis in which the joint partners consist of metallic, polymeric and / or ceramic materials, characterized in that at least one of the fifth
Gelenkpartner im wesentlichen aus einem polymerbasierten Werkstoff nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 oder eines polymerbasierten Werkstoff hergestellt nach einem Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 8 bis 11 besteht. Joint partner essentially from a polymer-based Material according to at least one of claims 1 to 7 or a polymer-based material produced by a method according to at least one of claims 8 to 11.
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