WO2020126263A1 - Formteil und vernetzbare zusammensetzung zur bildung des formteils - Google Patents

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WO2020126263A1
WO2020126263A1 PCT/EP2019/081833 EP2019081833W WO2020126263A1 WO 2020126263 A1 WO2020126263 A1 WO 2020126263A1 EP 2019081833 W EP2019081833 W EP 2019081833W WO 2020126263 A1 WO2020126263 A1 WO 2020126263A1
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crosslinkable polymeric
crosslinking
molded part
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Karlheinz Winter
Volker BÖHM
Anton FÖRTIG
Reinhard Scherer
Martin Sonntag
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Rehau Ag + Co
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    • C08J2323/04—Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08J2323/06—Polyethene

Definitions

  • the present invention relates to a molded part, the invention further relates to a crosslinkable composition for forming the molded part.
  • crosslinking of crosslinkable polymeric compositions to crosslinked polymeric compositions is a long-known process for producing extremely stable, resistant and long-lasting polymer products.
  • crosslinking of polyethylene to crosslinked polyethylene is carried out on a large scale.
  • One of the main applications is in the area of pipes made of cross-linked polyethylene, which are used for a variety of purposes, such as for water supply in buildings, for connecting radiators or for transporting gases.
  • Another object of the invention is to provide a crosslinkable polymer composition for forming a crosslinked polymer material for the molded part.
  • the first object of the present invention is achieved by the subject matter of claim 1.
  • a molded part in particular a tube, with a wall made of at least two different molded part layers, both of which consist of a crosslinked polymer material or at least partially contain one, the crosslinked polymer material of the first molded part layer being crosslinkable by crosslinking a first polymeric composition and the crosslinked polymeric material of the second molding layer is formed by crosslinking a second crosslinkable polymeric composition by exposure to UV radiation, where the first crosslinkable polymeric composition comprises
  • At least one crosslinkable polyolefin in particular a polyethylene and / or a polybutylene,
  • At least one crosslinkable polyolefin in particular a polyethylene and / or a polybutylene,
  • each of the molded part layers being formed from a crosslinkable polymeric composition , each of which contains a photoinitiator which are not the same, and the use of two UV radiation of different wavelengths for crosslinking the crosslinkable polymeric composition can achieve a selective crosslinking of the near-surface layer and the deeper layer below it.
  • crosslinkable polymer composition of the layer near the surface By crosslinking the crosslinkable polymer composition of the layer near the surface, it is initially possible to provide a dimensionally stable thermoplastic extrudate which is stable enough for the further processing and crosslinking of the deeper, including the ordered layer.
  • a degree of crosslinking of the crosslinked polymer materials according to DIN EN ISO 10147 of> 60%, in particular of> 70%, can be extremely favorable.
  • molded parts are provided that are extremely resistant and pressure-resistant and that meet the requirements of the customers or the requirements of the relevant specifications for their application.
  • a first layer of a first crosslinkable polymeric composition which contains a first photoinitiator and can be crosslinked with UV radiation in a wavelength range from 200 to 350 nm.
  • the first layer forms the outermost layer of the molded part designed as a tube.
  • the measure in the present invention can be very advantageous to provide a second layer of a second crosslinkable polymeric composition which contains a second photoinitiator and can be crosslinked with UV radiation of a wavelength range from 350 to 450 nm.
  • the second layer forms the inner layer of the molded part designed as a tube.
  • crosslinking kinetics of the first layer run faster than the crosslinking kinetics of the second layer.
  • an Hg vapor lamp without doping with an energy output of 150 to 330 W / cm, in particular an energy output of 240 W / cm, is used to provide the UV radiation.
  • doping in the mercury vapor lamp with iron or gallium is provided in order to shift or close maxima in the spectrum of the UV radiation in a wavelength range from 240 to 450 nm position.
  • UV crosslinking it can be provided in particular that an IR filter is not used when using the Hg steam lamp in order to be able to use the waste heat of the Hg steam lamp in the wavelength range of> 600 nm for the temperature control of the extrudate. This increases the mobility of the macromolecules in the extrudate in such a way that faster crosslinking is possible.
  • UV LED systems or UV lasers are used as UV radiation sources.
  • systems are used that have a power of 80 W / cm and more.
  • Benzophenone and its substituted derivatives such as oligomers or polymeric benzophenones with substitution in 4 and 4, 4 'position, and unsubstituted benzophenone,
  • 4-chlorobenzophenone, CAS 134-85-0, and 4-methylbenzophenone, CAS 134-84-9, with an absorption in the wavelength range at 250 to 350 nm, are particularly preferred.
  • Ketocoumarin with an absorption in the wavelength range
  • Phenylphosphinate with an absorption in the wavelength range at 360 to 395nm, example: Omnipol TP;
  • Benzophenone and its substituted derivatives such as oligomers or polymeric benzophenones with substitution in 4 and 4, 4 'position, and unsubstituted benzophenone,
  • 4-chlorobenzophenone, CAS 134-85-0, and 4-methylbenzophenone, CAS 134-84-9, with an absorption in the wavelength range at 250 to 350 nm, are particularly preferred.
  • the degree of crosslinking can be adjusted by the exposure time, for example in a period of 2 to 30 seconds, preferably 10 seconds, and by the concentration of the photoinitiators which is 0.2 to 5% by weight, preferably 1.5% by weight. %, is, success.
  • the polyethylene used can be one which is preferably in the form of granules.
  • the polyethylene used can be based on an HD-PE (high density polyethylene) with a density between 0.920 and 0.960 g / cm 3 , preferably with a density of 0.955 g / cm 3 .
  • HD-PE high density polyethylene
  • crosslinkable polyolefin in the crosslinkable polymeric composition as defined above, many different polyethylenes can be used for this crosslinking technique.
  • standard types can now be used for networking. This means that a wide range of raw materials can be used, which simplifies the production of cross-linked polyethylene and also makes it less expensive.
  • additives in the crosslinkable polymeric composition are included, selected from fillers, lubricants, flow aids, antistatic agents, pigments, process aids, polymers and the like.
  • the crosslinkable polymer composition of the present invention can be adjusted precisely to the respective technical needs and specifications of the customer.
  • the stabilizer is selected from a HALS (hindered amine light stabilizer) and / or a phenolic antioxidant.
  • the crosslinking amplifier is selected from a triallyl cyanurate (TAC) and / or a triallyl isocyanurate (TAIC) and / or from butadiene.
  • TAC triallyl cyanurate
  • TAIC triallyl isocyanurate
  • the extruder used to homogenize the crosslinkable polymeric composition is a single-screw extruder with a cylindrical screw or a single-screw extruder with a conical screw or a twin-screw extruder with uniform cylindrical screws or a Is a twin-screw extruder with counter-rotating cylindrical screws or a twin-screw extruder with co-rotating conical screws or a twin-screw extruder with counter-rotating conical screws.
  • the layer thickness of the second layer is 0.2 to 1.2 mm (millimeters), preferably 0.4 to 0.6 mm (millimeters).
  • the layer thickness of the first layer is 0.5 to 3 mm (millimeters), preferably 1.3 to 1.7 mm (millimeters).
  • the further object of the invention to provide a crosslinkable polymer composition for forming a crosslinked polymer material for the molded part is achieved by the subject matter of claim 6.
  • the crosslinkable polymeric composition as described above is suitable for producing the molded part of the present invention in a simple, reproducible and cost-effective manner, the advantages described above resulting and the deficiencies of the known state of the art Technology are turned off.
  • a molded part - as described above - can be provided which, in a UV crosslinking process by a simple process, has a high degree of crosslinking, in particular a degree of crosslinking required by the customer or specification, without the molded part being in the process, for example due to excessive on effect of temperature, stressed and possibly damaged.
  • the invention also includes a method for producing a molded part.
  • a molded part in particular a pipe, with a wall made of at least two different molded part layers, both of which consist of a cross-linked polymer material or at least contain one, is produced in that the cross-linked polymer material of the first molded part layer by cross-linking a the first crosslinkable polymeric composition and the crosslinked polymer material of the second molding layer is formed by crosslinking a second crosslinkable polymeric composition by exposing it to UV radiation, the first crosslinkable polymeric composition comprising
  • At least one crosslinkable polyolefin in particular a polyethylene and / or a polybutylene,
  • At least one crosslinkable polyolefin in particular a polyethylene and / or a polybutylene,
  • At least one networking amplifier which are each homogeneously mixed with an extruder to form the crosslinkable polymeric compositions, and this is shaped in a mold to form a shaped crosslinkable polymeric composition such that a wall of the shaped crosslinkable polymeric composition is formed from at least two different layers, after which the molded cross-linkable polymer composition is exposed to UV radiation of two different wavelengths or wavelength ranges, whereby the molded cross-linkable polymer composition forms the molded part with the cross-linked polymer materials.
  • the present invention finds wide application in the crosslinking of crosslinkable polymer materials in order to produce tubes or tubular molded parts or containers or strips or components or covers and other things which are particularly resistant and inert.
  • molded parts for receiving, storing and directing fluids, such as water and gases are easily and inexpensively accessible in this way.
  • Fig. 1 a schematic representation of the crosslinkable polymeric gene gene, their shaping and the crosslinking process to form a molded part with egg ner wall, which has crosslinked polymer material.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the crosslinkable polymeric compositions 1, 2, their formation into a shaped crosslinkable polymeric composition setting 10 and the crosslinking process under the action of UV radiation UV (1), UV (2) to form the molded part 20 is shown.
  • the first crosslinkable polymeric composition 1 is shown as an oval on the top left in FIG. 1, which is to symbolize that the crosslinkable polymeric composition 1 is unshaped.
  • the crosslinkable polymeric composition 1 contains:
  • a stabilizer 4 for example in the form of a thermal and / or light stabilizer
  • a crosslinking amplifier 5 for example in the form of a thermal and / or light stabilizer
  • the first crosslinkable polymeric composition 1 contains polyethylene as the crosslinkable polyolefin 3.
  • the above-mentioned components 3, 4, 5, 6 of the first crosslinkable polymeric composition 1 are homogeneously mixed with one another.
  • the second crosslinkable polymeric composition 2 is shown in FIG. 1 on the lower left side as an oval, which is to symbolize that the crosslinkable polymeric composition 1 is unshaped.
  • the crosslinkable polymeric composition 1 contains:
  • a stabilizer 4 for example in the form of a thermal and / or light stabilizer
  • a crosslinking amplifier 5 for example in the form of a thermal and / or light stabilizer
  • the second crosslinkable polymeric composition 2 contains polyethylene as the crosslinkable polyolefin 3.
  • the above-mentioned components 3, 4, 5, 7 of the second crosslinkable polymeric composition 2 are homogeneously mixed with one another.
  • the first crosslinkable polymeric composition 1 and the second crosslinkable polymeric composition 2 are formed with the aid of a molding tool crosslinkable polymeric composition 10, which is formed in the form of a tube schematically illustrated in a cross-sectional view.
  • the shaped crosslinkable polymeric composition 10 which is formed in the form of a tube, has a first layer 11.
  • the first layer 11 is formed from the first crosslinkable polymeric composition 1.
  • the second layer 12 is arranged on the inside of the first layer 11.
  • the first layer 11 and the second layer 12 are connected to one another.
  • the second layer 12 delimits the lumen 13 of the shaped, cross-linkable polymeric polymer composition 10.
  • the crosslinking reaction is started and advanced by the action of UV radiation in the form of a first UV radiation UV (1) and a second UV radiation UV (2) which is different from the latter, and the crosslinking reaction is started and advanced, whereby the molded part 20 is formed, whose first molding layer 21 is formed by UV crosslinking from the first layer 11 of the shaped crosslinkable polymeric composition 10, and its second molding layer 22 is formed by UV crosslinking from the second layer 12 of the shaped crosslinkable polymeric composition 10.
  • the first molding layer 21 and the second molding layer 22 now consist or contain crosslinked polymer material.
  • crosslinkable polymeric composition 1 is first crosslinked by the action of the first UV radiation UV (1), the shape of the crosslinkable polymeric composition 1 being stabilized by the higher viscosity of the crosslinked crosslinkable polymeric composition 1.
  • the first layer 11 causes a final crosslinking in which the degree of crosslinking already mentioned above is achieved.
  • the second UV radiation UV (2) acts on the second crosslinkable polymeric composition 2, the second layer 12, whereby the crosslinking process is started in this second layer 12 and is carried out to the degree of final crosslinking, as already described above.
  • the first crosslinkable polymer composition 1 of the first layer 11 has subsequently been converted into the crosslinked polymer material of the first molding layer 21 of the molding 1 and the second crosslinkable polymer composition 2 of the second layer 12 has been converted into the crosslinking polymer material of the second molding layer 22 of the molding 1.
  • the first molded part layer 21 and the second molded part layer 22 are firmly connected to one another, particularly preferably firmly connected to one another in such a way that separation without destruction of at least one of the molded part layers 21, 22 is not possible.
  • the present invention can be further developed in a broad scope by providing further layers on the first molding layer 21 and / or on the second molding layer 22 and / or between the first molding layer 21 and the second molding layer 22.
  • additional layers may include protective layers, diffusion barrier or diffusion reducing layers, marking layers, abrasion protection layers, chemical protection layers, weather protection layers and others.
  • UV (1) first UV radiation

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Formteil (20), insbesondere Rohr, mit einer Wandung aus wenigstens zwei unterschiedlichen Formteilschichten (21, 22), die beide aus einem vernetzten Polymermaterial bestehen oder zumindest abschnittsweise ein solches enthalten, wobei das vernetzte Polymermaterial der ersten Formteilschicht (21) durch Vernetzung einer ersten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung (1) und das vernetzte Polymermaterial der zweiten Formteilschicht (22) durch Vernetzung einer zweiten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung (2) gebildet ist, indem diese UV-Strahlung ausgesetzt sind, wobei die erste vernetzbare polymere Zusammensetzung (1) umfasst - wenigstens ein vernetzbares Polyolefin (3), insbesondere ein Polyethylen und / oder ein Polybutylen, - wenigstens einen ersten Photoinitiator (6), - wenigstens einen Stabilisator (4), - wenigstens einen Vernetzungsverstärker (5), und wobei die zweite vernetzbare polymere Zusammensetzung (2) umfasst - wenigstens ein vernetzbares Polyolefin (3), insbesondere ein Polyethylen und / oder ein Polybutylen, - wenigstens einen zweiten Photoinitiator (7), - wenigstens einen Stabilisator (4), - wenigstens einen Vernetzungsverstärker (5), welche jeweils mit einem Extruder zu den vernetzbaren polymeren Zusammensetzungen (1, 2) homogen vermischt sind, und diese in einem Formwerkzeug zu einer geformten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung (10) derart geformt sind, dass eine Wandung der geformten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung (10) aus wenigstens zwei unterschiedlichen Schichten (11, 12) gebildet ist, wonach die geformte vernetzbare polymere Zusammensetzung (10) UV-Strahlung zweier unterschiedlicher Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche (UV(1), UV(2)) ausgesetzt ist, wodurch die geformte vernetzbare polymere Zusammensetzung (10) das Formteil (20) mit den vernetzten Polymermaterialien bildet.

Description

Formteil und vernetzbare Zusammensetzung zur Bildung des Formteils
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Formteil, weiterhin betrifft die Erfindung eine vernetz bare Zusammensetzung zur Bildung des Formteils.
Die Vernetzung von vernetzbaren polymeren Zusammensetzungen zu vernetzten polyme ren Zusammensetzungen ist ein lange bekanntes Verfahren, um äußerst stabile, wider standsfähige und langlebige Polymerprodukte herzustellen.
Insbesondere die Vernetzung von Polyethylen zu vernetztem Polyethylen wird im großen Umfang durchgeführt. Eine der Hauptanwendungen ergibt sich im Bereich von Rohren aus vernetztem Polyethylen, die für vielfältige Zwecke, wie beispielsweise für die Wasserver sorgung in Gebäuden, für den Anschluss von Heizkörpern oder für den Transport von Ga sen eingesetzt werden.
Auch Anwendungen, bei denen ein Fluid unter hohem Druck steht, werden häufig mit sol chen Rohren aus vernetztem Polyethylen, die eine sehr hohe Druckfestigkeit aufweisen, bedient.
In letzter Zeit etabliert sich das Verfahren der UV-Vernetzung von Polyolefinen zur Herstel lung solcher Rohre. Nachteilig ist hierbei die geringe Eindringtiefe der UV-Strahlung in die Wandung des Rohres, so dass entweder zur Erzielung des notwendigen Vernetzungsgra des eine sehr hohe UV-Energieeinstrahlung verbunden mit einer unerwünschten Aufhei zung des Rohres oder ein zeitlich sehr langes Aussetzen des Rohres der UV- Energieeinstrahlung notwendig ist. Letzteres ist verfahrenstechnisch schwierig und soll da her vermieden werden.
Hier setzt die Erfindung ein, die es sich zur Aufgabe gemacht hat, ein Formteil mit einer Wandung aus unter Einwirkung von UV-Strahlung vernetzten Polymermaterial anzugeben, das die oben geschilderten Nachteile überwindet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine vernetzbare polymere Zusammensetzung zur Bildung eines vernetzen Polymermaterials für das Formteil bereitzustellen.
Die erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass ein Formteil, insbesondere Rohr, mit einer Wandung aus wenigstens zwei unterschiedlichen Formteilschichten, die beide aus einem vernetzten Polymermaterial bestehen oder zumindest abschnittsweise ein solches enthalten, wobei das vernetzte Polymermaterial der ersten Formteilschicht durch Vernetzung einer ersten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung und das vernetzte Polymermaterial der zweiten Formteilschicht durch Vernetzung einer zweiten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung gebildet ist, indem diese UV-Strahlung ausgesetzt sind, wo bei die erste vernetzbare polymere Zusammensetzung umfasst
- wenigstens ein vernetzbares Polyolefin, insbesondere ein Polyethylen und / oder ein Polybutylen,
- wenigstens einen ersten Photoinitiator,
- wenigstens einen Stabilisator,
- wenigstens einen Vernetzungsverstärker,
und wobei die zweite vernetzbare polymere Zusammensetzung umfasst
- wenigstens ein vernetzbares Polyolefin, insbesondere ein Polyethylen und / oder ein Polybutylen,
- wenigstens einen zweiten Photoinitiator,
- wenigstens einen Stabilisator,
- wenigstens einen Vernetzungsverstärker,
welche jeweils mit einem Extruder zu den vernetzbaren polymeren Zusammensetzungen homogen vermischt sind, und diese in einem Formwerkzeug zu einer geformten vernetzba ren polymeren Zusammensetzung derart geformt sind, dass eine Wandung der geformten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung aus wenigstens zwei unterschiedlichen Schichten gebildet ist, wonach die geformte vernetzbare polymere Zusammensetzung UV- Strahlung zweier unterschiedlicher Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche ausgesetzt ist, wodurch die geformte vernetzbare polymere Zusammensetzung das Formteil mit den vernetzten Polymermaterialien bildet, die Aufgabe löst.
Durch die erfinderische Maßnahme, unterschiedliche Formteilschichten vorzusehen, wobei jede der Formteilschichten aus einer vernetzbaren polymeren Zusammensetzung gebildet ist, welche jeweils einen Photoinitiator enthält, die nicht gleich sind, und die Verwendung zweier UV-Strahlungen unterschiedlicher Wellenlängen zur Vernetzung der vernetzbaren polymeren Zusammensetzung kann eine selektive Vernetzung der oberflächennahen Schicht und der tieferen, darunter angeordneten Schicht erzielt werden.
Hierdurch gelingt es, durch Vernetzung der vernetzbaren polymeren Zusammensetzung der oberflächennahen Schicht zunächst ein formstabiles thermoplastisches Extrudat bereit zustellen, welches für die weitere Verarbeitung und Vernetzung der tieferen, darunter an geordneten Schicht stabil genug ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann sich dabei als überaus günstig ein Vernet zungsgrad der vernetzten Polymermaterialien nach DIN EN ISO 10147 von > 60 %, insbe sondere von > 70 % ergeben.
Hierdurch werden Formteile bereitgestellt, die äußerst widerstandsfähig und druckfest sind, und die Ansprüche der Kunden bzw. die Vorgaben der einschlägigen Spezifikationen für ihre Anwendung erfüllen.
Als sehr vorteilhaft kann sich bei der vorliegenden Erfindung ergeben, wenn vorgesehen ist, dass eine erste Schicht aus einer ersten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung vorgesehen ist, die einen ersten Photoinitiator enthält und mit UV-Strahlung eines Wellen längenbereichs von 200 bis 350 nm vernetzbar ist.
Die erste Schicht bildet dabei die äußerste Schicht des als Rohr ausgebildeten Formteils.
Weiterhin sehr vorteilhaft kann bei der vorliegenden Erfindung die Maßnahme sein, eine zweite Schicht aus einer zweiten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung vorzusehen, die einen zweiten Photoinitiator enthält und mit UV-Strahlung eines Wellenlängenbereichs von 350 bis 450 nm vernetzbar ist.
Die zweite Schicht bildet dabei die innere Schicht des als Rohr ausgebildeten Formteils.
Besonders vorteilhaft kann hierbei vorgesehen sein, dass die Vernetzungskinetik der ersten Schicht schneller abläuft, als die Vernetzungskinetik der zweiten Schicht.
In einer günstigen Ausbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur Bereitstellung der UV-Strahlung eine Hg-Dampflampe ohne Dotierung mit einer Energieab gabe von 150 bis 330 W/cm, insbesondere einer Energieabgabe von 240 W/cm eingesetzt wird. Zur Optimierung der zur Vernetzung eingesetzten UV-Strahlung kann dabei vorgesehen sein, dass eine Dotierung in der Hg- Dampflampe mit Eisen oder Gallium vorgesehen ist, um Maxima im Spektrum der UV-Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 240 bis 450 nm zu verschieben bzw. zu positionieren.
Bei der UV-Vernetzung kann insbesondere vorgesehen sein, dass beim Einsatz der Hg- Dampflampe auf den Einsatz eines I R-Filters verzichtet wird, um die Abwärme der Hg- Dampflampe im Wellenlängenbereich von > 600 nm für die Temperierung des Extrudats nutzen zu können. Hierdurch wird die Beweglichkeit der Makromoleküle im Extrudat derart erhöht, dass eine schnellere Vernetzung möglich ist.
In einer alternativen Ausführung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass als UV- Strahlungsquellen UV-LED-Systeme oder UV-Laser eingesetzt werden.
Idealerweise werden dazu Systeme eingesetzt, die eine Leistung von 80 W/cm und mehr aufweisen.
Als Photoinitiatoren für die vernetzbare polymere Zusammensetzung der ersten Schicht können eingesetzt werden:
Acetophenon, CAS 24650-42-8, mit einer Absorption im Wellenlängenbereich von 252 bis 325 nm, Beispiel: Irgacure 651 oder Omnirad BDK;
Cyclohexyl-phenyl-keton
CAS 947-19-3, mit einer Absorption im Wellenlängenbereich von 243 bis 331 nm, Beispiel: Omnirad 184,
Benzophenon und dessen substituierte Derivate, wie beispielsweise Oligomere oder poly mere Benzophenone mit Substitution in 4 und 4, 4’ Position, sowie unsubstituiertes Benzo phenon,
besonders bevorzugt ist 4-Chlorobenzophenon, CAS 134-85-0, und 4-Methylbenzophenon, CAS 134-84-9, mit einer Absorption im Wellenlängenbereich bei 250 bis 350nm.
Als Photoinitiatoren für die vernetzbare polymere Zusammensetzung der zweiten Schicht können eingesetzt werden: Phenylphosphinoxid, CAS 162881-26-7, mit einer Absorption im Wellenlängenbereich bei 237 nm, 275 nm und 380 nm, Beispiel: Omnirad 819;
Ketocoumarin, mit einer Absorption im Wellenlängenbereich bei
Absorption im Wellenlängenbereich 325 bis 375nm, Beispiel: Esacure 3644;
Phenylphospinat, mit einer Absorption im Wellenlängenbereich bei 360 bis 395nm, Beispiel: Omnipol TP;
Benzophenon und dessen substituierte Derivate, wie beispielsweise Oligomere oder poly mere Benzophenone mit Substitution in 4 und 4, 4’ Position, sowie unsubstituiertes Benzo phenon,
besonders bevorzugt ist 4-Chlorobenzophenon, CAS 134-85-0, und 4-Methylbenzophenon, CAS 134-84-9, mit einer Absorption im Wellenlängenbereich bei 250 bis 350nm.
Die Einstellung des Vernetzungsgrades kann durch die Belichtungszeit, beispielsweise in einem Zeitraum von 2 bis 30 Sekunden, bevorzugt von 10 Sekunden, und durch die Kon zentration der Photoinitiatoren, die 0,2 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 1 ,5 Gew.-%, beträgt, erfol gen.
Als Polyethylen kann ein solches zum Einsatz kommen, das bevorzugt als Granulat vor liegt.
Als Polyethylen kann dabei auf Basis eines HD-PE (High Density Polyethylen) mit einer Dichte zwischen 0,920 und 0,960 g/cm3, bevorzugt mit einer Dichte von 0,955g/cm3 einge setzt werden.
Durch die Auswahl des vernetzbaren Polyolefins in der vernetzbaren polymeren Zusam mensetzung gemäß vorstehender Definition sind viele verschiedene Polyethylene für diese Technik der Vernetzung einsetzbar. Insbesondere sind damit nun auch Standardtypen für die Vernetzung verwendbar. Dadurch kann auf eine breite Rohstoffbasis zurückgegriffen werden, was entsprechend die Herstellung von vernetztem Polyethylen vereinfacht und auch kostengünstiger macht.
In einer Weiterentwicklung der vorliegenden Erfindung kann es sich als sehr hilfreich erwei sen, wenn vorgesehen ist, dass Additive in der vernetzbaren polymeren Zusammensetzung enthalten sind, ausgewählt aus Füllstoffen, Gleitmitteln, Fließhilfen, Antistatika, Pigmenten, Prozesshilfsmitteln, Polymeren und dergleichen.
Durch das Vorsehen, dass in der vernetzbaren polymeren Zusammensetzung der vorlie genden Erfindung Additive gemäß vorstehender Aufzählung enthalten sind, kann die ver netzbare polymere Zusammensetzung auf die jeweiligen technischen Bedürfnisse und Vor gaben des Kunden genau eingestellt werden.
In einer sehr günstigen Weiterentwicklung kann bei der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass der Stabilisator aus einem HALS (Hindered Amin Light Stabilizer) und / oder einem phenolischen Antioxidans ausgewählt ist.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Vernetzungsverstärker ausgewählt ist aus einem Triallylcyanurat (TAC) und / oder einem Triallylisocyanurat (TAIC) und / oder aus Butadien.
Mit besonderem Vorteil kann bei der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass der Extruder, der zur Homogenisierung der vernetzbaren polymeren Zusammensetzung einge setzt wird, ein Einschneckenextruder mit einer zylindrischen Schnecke oder ein Einschne ckenextruder mit einer konischen Schnecke oder ein Zweischneckenextruder mit gleichlau fenden zylindrischen Schnecken oder ein Zweischneckenextruder mit gegenläufigen zylind rischen Schnecken oder ein Zweischneckenextruder mit gleichlaufenden konischen Schne cken oder ein Zweischneckenextruder mit gegenläufigen konischen Schnecken ist.
Bei der vorliegenden Erfindung kann es von besonderem Vorteil sein, wenn vorgesehen ist, dass die Schichtstärke der zweiten Schicht 0,2 bis 1 ,2 mm (Millimeter), bevorzugt 0,4 bis 0,6 mm (Millimeter) beträgt.
Es kann sich auch als sehr günstig erweisen, wenn die Schichtstärke der ersten Schicht 0,5 bis 3 mm (Millimeter), bevorzugt 1 ,3 bis 1 ,7 mm (Millimeter) beträgt.
Durch diese Maßnahme kann eine exakte Anpassung des Rohres an die Wünsche des Kunden oder an die herrschende Spezifikation erreicht werden.
Die weitere Aufgabe der Erfindung, eine vernetzbare polymere Zusammensetzung zur Bil dung eines vernetzen Polymermaterials für das Formteil bereitzustellen, ist gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 6. lm Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass die vernetzbare polymere Zu sammensetzung gemäß vorstehender Beschreibung geeignet ist, daraus das Formteil der vorliegenden Erfindung in einfacher, reproduzierbarer und kostengünstiger Weise herzu stellen, wobei die vorstehend geschilderten Vorteile resultieren und die Mängel des be kannten Standes der Technik abgestellt sind.
Durch die vorliegende Erfindung kann ein Formteil - wie vorstehend beschrieben - bereitge stellt werden, welches in einem UV-Vernetzungsprozess durch einen einfachen Prozess einen hohen, insbesondere einen künden- oder spezifikationsgeforderten Vernetzungsgrad aufweist, ohne dass das Formteil dabei im Prozess, beispielsweise durch übermäßige Ein wirkung von Temperatur, belastet und ggf. geschädigt wurde.
Durch die Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils umfasst.
Bei dem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung wird ein Formteil, insbesondere ein Rohr, mit einer Wandung aus wenigstens zwei unterschiedlichen Formteilschichten, die beide aus einem vernetzten Polymermaterial bestehen oder zumindest abschnittsweise ein solches enthalten, dadurch hergestellt, dass das vernetzte Polymermaterial der ersten Formteilschicht durch Vernetzung einer ersten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung und das vernetzte Polymermaterial der zweiten Formteilschicht durch Vernetzung einer zweiten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung gebildet wird, indem diese UV- Strahlung ausgesetzt werden, wobei die erste vernetzbare polymere Zusammensetzung umfasst
- wenigstens ein vernetzbares Polyolefin, insbesondere ein Polyethylen und / oder ein Polybutylen,
- wenigstens einen ersten Photoinitiator,
- wenigstens einen Stabilisator,
- wenigstens einen Vernetzungsverstärker,
und wobei die zweite vernetzbare polymere Zusammensetzung umfasst
- wenigstens ein vernetzbares Polyolefin, insbesondere ein Polyethylen und / oder ein Polybutylen,
- wenigstens einen zweiten Photoinitiator,
- wenigstens einen Stabilisator,
- wenigstens einen Vernetzungsverstärker, weiche jeweils mit einem Extruder zu den vernetzbaren polymeren Zusammensetzungen homogen vermischt werden, und diese in einem Formwerkzeug zu einer geformten ver netzbaren polymeren Zusammensetzung derart geformt wird, dass eine Wandung der ge formten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung aus wenigstens zwei unterschiedli chen Schichten gebildet wird, wonach die geformte vernetzbare polymere Zusammenset zung UV-Strahlung zweier unterschiedlicher Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche ausgesetzt wird, wodurch die geformte vernetzbare polymere Zusammensetzung das Formteil mit den vernetzten Polymermaterialien bildet.
Anwendung findet die vorliegende Erfindung in breitem Umfang bei der Vernetzung von vernetzbaren Polymermaterialien um Rohre oder Rohrformteile oder Behälter oder Leisten oder Bauelemente oder Abdeckungen und anderes mehr herzustellen, die besonders wi derstandsfähig und inert sind.
Insbesondere Formteile zur Aufnahme, Speicherung und Leitung von Fluiden, wie bei spielsweise Wasser und Gase, sind auf diese Weise einfach und kostengünstig zugänglich.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü chen, aus der Figur und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläutern den Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Figur näher beschrieben.
Hierzu zeigt:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung der vernetzbaren polymeren Zusammensetzun gen, deren Formung und des Vernetzungsprozesses zu einem Formteil mit ei ner Wandung, die vernetztes Polymermaterial aufweist.
In Fig. 1 ist in einer schematischen Darstellung der vernetzbaren polymeren Zusammen setzungen 1 , 2, deren Formung zu einer geformten vernetzbaren polymeren Zusammen setzung 10 und dem Vernetzungsprozess unter Einwirkung von UV-Strahlung UV(1 ), UV(2) zur Bildung des Formteils 20 gezeigt.
Die erste vernetzbare polymere Zusammensetzung 1 ist in der Fig. 1 auf der linken Seite oben als Oval dargestellt, was versinnbildlichen soll, dass die vernetzbare polymere Zu sammensetzung 1 ungeformt ist.
In der vernetzbaren polymeren Zusammensetzung 1 sind enthalten:
ein vernetzbares Polyolefin 3,
ein Stabilisator 4, beispielsweise in Form eines Thermo- und / oder Lichtstabilisators ein Vernetzungsverstärker 5,
ein erster Photoinitiator 6.
In der ersten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung 1 ist als vernetzbares Polyolefin 3 Polyethylen enthalten.
Die vorstehend genannten Komponenten 3, 4, 5, 6 der ersten vernetzbaren polymeren Zu sammensetzung 1 sind homogen miteinander vermengt.
Die zweite vernetzbare polymere Zusammensetzung 2 ist in der Fig. 1 auf der linken Seite unten als Oval dargestellt, was versinnbildlichen soll, dass die vernetzbare polymere Zu sammensetzung 1 ungeformt ist.
In der vernetzbaren polymeren Zusammensetzung 1 sind enthalten:
ein vernetzbares Polyolefin 3,
ein Stabilisator 4, beispielsweise in Form eines Thermo- und / oder Lichtstabilisators ein Vernetzungsverstärker 5,
ein zweiter Photoinitiator 7.
In der zweiten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung 2 ist als vernetzbares Polyolefin 3 Polyethylen enthalten.
Die vorstehend genannten Komponenten 3, 4, 5, 7 der zweiten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung 2 sind homogen miteinander vermengt.
Aus der ersten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung 1 und der der zweiten vernetz baren polymeren Zusammensetzung 2 ist mit Hilfe eines Formwerkzeuges eine geformte vernetzbare polymere Zusammensetzung 10, die vorliegende in Form eines Rohres ausge bildet ist, das schematisch in einer Querschnittsansicht dargestellt ist, bereitgestellt.
Die geformte vernetzbare polymere Zusammensetzung 10, die in Form eines Rohres aus gebildet ist, weist eine erste Schicht 1 1 auf.
Die erste Schicht 1 1 ist aus der ersten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung 1 gebil det.
An der Innenseite der ersten Schicht 11 ist die zweite Schicht 12 angeordnet. Die erste Schicht 11 und die zweite Schicht 12 sind miteinander verbunden.
Die zweite Schicht 12 begrenzt das Lumen 13 der als Rohr ausgebildeten geformten ver netzbaren polymeren Zusammensetzung 10.
Durch Einwirken von UV-Strahlung in Form einer ersten UV-Strahlung UV(1 ) und einer da von unterschiedlichen zweiten UV-Strahlung UV(2) auf die geformte vernetzbare polymere Zusammensetzung 10 wird die Vernetzungsreaktion gestartet und vorangetrieben, wodurch das Formteil 20 entsteht, dessen erste Formteilschicht 21 durch UV-Vernetzung aus der ersten Schicht 1 1 der geformten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung 10, und des sen zweite Formteilschicht 22 durch UV-Vernetzung aus der zweiten Schicht 12 der ge formten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung 10 entstanden ist.
Die erste Formteilschicht 21 und die zweite Formteilschicht 22 bestehen nun bzw. enthalten vernetztes Polymermaterial.
Hierbei wird zunächst die vernetzbare polymere Zusammensetzung 1 die erste Schicht 11 durch Einwirkung der ersten UV-Strahlung UV(1 ) anvernetzt, wobei durch die dadurch hö here Viskosität der anvernetzten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung 1 eine Form stabilisierung der vernetzbaren polymeren Zusammensetzung 1 erfolgt.
Hierdurch gelingt es, durch Anvernetzung der ersten vernetzbaren polymeren Zusammen setzung 1 der ersten Schicht 1 1 zunächst ein formstabiles thermoplastisches Extrudat be reitzustellen, welches für die weitere Verarbeitung und Vernetzung stabil genug ist.
Weiteres Einwirkung der ersten UV-Strahlung UV(1 ) auf die erste vernetzbare polymere Zusammensetzung 1 die erste Schicht 1 1 bewirkt eine Fertigvernetzung, bei der der vor stehend bereits genannte Vernetzungsgrad erreicht wird. Gleichzeitig wirkt die zweite UV-Strahlung UV(2) auf die zweite vernetzbare polymere Zu sammensetzung 2 die zweiten Schicht 12 ein, wodurch in dieser zweiten Schicht 12 der Vernetzungsprozess gestartet wird und bis zum Endvernetzungsgrad - wie vorstehend be reits geschildert - geführt wird.
Hernach ist die erste vernetzbare polymere Zusammensetzung 1 der ersten Schicht 11 in das vernetzte Polymermaterial der ersten Formteilschicht 21 des Formteils 1 und die zweite vernetzbare polymere Zusammensetzung 2 der zweiten Schicht 12 in das vernetzte Poly mermaterial der zweiten Formteilschicht 22 des Formteils 1 umgewandelt worden.
Die erste Formteilschicht 21 und die zweite Formteilschicht 22 sind fest miteinander ver bunden, besonders bevorzugt derart fest miteinander verbunden, dass eine T rennung ohne Zerstörung von mindestens einer der Formteilschichten 21 , 22 nicht möglich ist.
Es versteht sich, dass die in der Fig. 1 gezeigten Schichtdicken der ersten Schicht 11 , der zweiten Schicht 12, der ersten Formteilschicht 21 und der zweiten Formteilschicht 22 ledig lich schematisch versinnbildlicht dargestellt sind und nichts mit einer in der Realität gewähl ten Schichtstärke zu tun haben.
Die vorliegende Erfindung kann in breitem Umfang weiter ausgestaltet sein, indem weitere Schichten an der ersten Formteilschicht 21 und / oder an der zweiten Formteilschicht 22 und / oder zwischen der ersten Formteilschicht 21 und der zweiten Formteilschicht 22 vor gesehen sind. Solche weiteren Schichten können Schutzschichten, Diffussionssperr- oder Diffussionsreduzierschichten, Markierungsschichten, Abriebschutzschichten, Chemikalien schutzschichten, Witterungsschutzschichten und andere mehr umfassen.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die in der Figur gezeigten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt ist, sondern sich der Umfang der vorliegenden Erfindung aus den Ansprüchen ergibt.
Patentansprüche Bezugszeichenliste
1 erste vernetzbare Zusammensetzung
2 zweite vernetzbare Zusammensetzung
3 vernetzbares Polyolefin
4 Stabilisator
5 Vernetzungsverstärker
6 erster Photoinitiator
7 zweiter Photoinitiator
10 geformte vernetzbare polymere Zusammensetzung
1 1 erste Schicht
12 zweite Schicht
13 Lumen
20 Formteil
21 erste Formteilschicht
22 zweite Formteilschicht
UV(1 ) erste UV-Strahlung
UV(2) zweite UV-Strahlung

Claims

Patentansprüche
1. Formteil (20), insbesondere Rohr, mit einer Wandung aus wenigstens zwei unter schiedlichen Formteilschichten (21 , 22), die beide aus einem vernetzten Polymer material bestehen oder zumindest abschnittsweise ein solches enthalten, wobei das vernetzte Polymermaterial der ersten Formteilschicht (21 ) durch Vernetzung einer ersten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung (1 ) und das vernetzte Polymer material der zweiten Formteilschicht (22) durch Vernetzung einer zweiten vernetzba ren polymeren Zusammensetzung (2) gebildet ist, indem diese UV-Strahlung ausge setzt sind, wobei die erste vernetzbare polymere Zusammensetzung (1 ) umfasst wenigstens ein vernetzbares Polyolefin (3), insbesondere ein Polyethylen und / oder ein Polybutylen,
wenigstens einen ersten Photoinitiator (6),
wenigstens einen Stabilisator (4),
wenigstens einen Vernetzungsverstärker (5),
und wobei die zweite vernetzbare polymere Zusammensetzung (2) umfasst wenigstens ein vernetzbares Polyolefin (3), insbesondere ein Polyethylen und / oder ein Polybutylen,
wenigstens einen zweiten Photoinitiator (7),
wenigstens einen Stabilisator (4),
wenigstens einen Vernetzungsverstärker (5), welche jeweils mit einem Extruder zu den vernetzbaren polymeren Zusammensetzun gen (1 , 2) homogen vermischt sind, und diese in einem Formwerkzeug zu einer geform ten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung (10) derart geformt sind, dass eine Wandung der geformten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung (10) aus wenigs tens zwei unterschiedlichen Schichten (11 , 12) gebildet ist, wonach die geformte ver netzbare polymere Zusammensetzung (10) UV-Strahlung zweier unterschiedlicher Wel lenlängen oder Wellenlängenbereiche (UV(1 ), UV(2)) ausgesetzt ist, wodurch die ge formte vernetzbare polymere Zusammensetzung (10) das Formteil (20) mit den vernetz ten Polymermaterialien bildet.
2. Formteil (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Vernetzungsgrad der vernetzten Polymermaterialien nach DIN EN ISO 10147 > 60 %, insbesondere > 70 % beträgt.
3. Formteil (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Extruder ein Einschneckenextruder mit einer zylindrischen Schnecke oder ein Einschnecken extruder mit einer konischen Schnecke oder ein Zweischneckenextruder mit gleich laufenden zylindrischen Schnecken oder ein Zweischneckenextruder mit gegenläufi gen zylindrischen Schnecken oder ein Zweischneckenextruder mit gleichlaufenden konischen Schnecken oder ein Zweischneckenextruder mit gegenläufigen konischen Schnecken ist.
4. Formteil (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Strahlung zweier unterschiedlicher Wellenlängen oder Wellenlängenbe reiche (UV(1 ), UV(2)) einen ersten Wellenlängebereich (UV(1 )) von 200 bis 350 nm (Nanometer) und einen zweiten Wellenlängenbereich (UV(2)) von 350 bis 450 nm (Nanometer) aufweist.
5. Formteil (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, das als Rohr oder als Rohrformteil oder als Behälter oder als Leiste oder als Bauelement oder als Abde ckung ausgebildet ist.
6. Vernetzbare polymere Zusammensetzung (1 , 2) zur Bildung eines vernetzen Poly mermaterials für ein Formteil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass der erste Photoinitiator (6) in der ersten vernetzbaren polymeren Zusammensetzung (1 ) zu 0,2 bis 5 Gew.-%, bevorzugt zu 1 ,5 Gew.-% enthalten ist, und dass der zweite Photoinitiator (7) in der zweiten vernetzbaren polymeren Zu sammensetzung (2) zu 0,2 bis 5 Gew.-%, bevorzugt zu 1 ,5 Gew.-% enthalten ist.
7. Vernetzbare polymere Zusammensetzung (1 , 2) nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, dass das vernetzbare Polyolefin (3) ausgewählt ist aus einem HD-PE mit einer Dichte zwischen 0,920 und 0,960 g/cm3, bevorzugt mit einer Dichte von 0,955g/cm3,
und dass der erste Photoinitiator (6) ein Acetophenon oder ein Cyclohexyl-phenyl- keton oder ein Benzophenon, insbesondere ein substituiertes Derivat des Benzo- phenons, bevorzugt ein in 4- oder in 4, 4‘-Position substituiertsn Benzophenon, be sonders bevorzugt ein 4-Chlorbenzophenon oder ein 4-Methylbenzophenon ist, und dass der zweite Photoinitiator (7) ausgewählt ist aus einem Phenylphosphinoxid, ei nem Ketocoumarin, einem Phenylphosphinat, einem Benzophenon, einem substitu ierten Derivat des Benzophenons, insbesondere einem in 4- oder in 4, 4‘-Position substituierten Benzophenon, bevorzugt einem 4-Chlorbenzophenon oder einem 4- Methylbenzophenon.
8. Vernetzbare polymere Zusammensetzung (1 , 2) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisator (4) ausgewählt ist aus einem HALS (Hindered Amin Light Stabilizer) und / oder einem phenolischen Antioxidans, und dass der Vernetzungsverstärker (5) ausgewählt ist aus einem Triallylcyanurat (TAC) und / oder einem Triallylisocyanurat (TAIC) und / oder aus Butadien.
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