DE102008031072A1 - Particulate, organically modified silicate layer, which excludes magnesium and silicon cation, as a (semi)metal cation, and comprises an organic residue on its surface, useful as fillers for thermoplastics, preferably transparent plastic - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft organische Schichtsilikate mit der Struktur und Zusammensetzung des Talks, die als Partikel mit einem durchschnittlichen Durchmesser D(n, 50) von kleiner 1 μm vorliegen, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Die neuartigen Partikel eignen sich insbesondere zum Einarbeiten in transparente Kunststoffe, deren mechanische und thermische Eigenschaften sie beeinflussen können, ohne die Transparenz negativ zu beeinflussen.The The present invention relates to organic phyllosilicates with the Structure and composition of the talc, which as a particle with a average diameter D (n, 50) of less than 1 micron present, as well as a method for their preparation. The novel Particles are particularly suitable for incorporation in transparent Plastics whose mechanical and thermal properties make them without having a negative impact on transparency.
Im Bereich der transparenten Thermoplaste (z. B. Polycarbonat, PC, oder Polymethylmethacrylat, PMMA) ist es bisher nicht gelungen, Nanopartikel vollständig dispergiert in die Polymermatrix einzubringen und so eine Verbesserung der mechanischen oder thermischen Eigenschaften herbeizuführen, ohne dass dabei die optischen Eigenschaften nachteilig beeinflusst werden. So verändert sich beim Einsatz von Organoclays in PC oder PMMA die Farbe des Komposits von farblos zu gelb bis grau. Die Ursachen für diese Verfärbungen liegen zum einen in der natürlichen Färbung der eingesetzten Schichtminerale und zum anderen in der thermischen Zersetzung der genutzten Hydrophobierungsreagenzien und/oder Matrixpolymere. Derzeit sind keine Arbeiten bekannt, nach denen transparente Thermoplaste mittels Füllstoffen mechanisch und thermisch verstärkt werden könnten, ohne deren Farbe und Transparenz negativ zu beeinflussen.in the Range of transparent thermoplastics (eg polycarbonate, PC, or polymethylmethacrylate, PMMA), it has not yet been possible Nanoparticles completely dispersed in the polymer matrix bring in and so an improvement of the mechanical or thermal To bring about properties without the optical Properties are adversely affected. So changed when using Organoclays in PC or PMMA the color of the Composites from colorless to yellow to gray. The causes for These discolorations are on the one hand in the natural Coloring of the used layer minerals and on the other in the thermal decomposition of the used hydrophobing reagents and / or matrix polymers. At present, no works are known, according to which transparent thermoplastics by means of fillers mechanically and could be thermally strengthened without their Color and transparency negatively influence.
Innerhalb der Komposittechnologie mit thermoplastischen Kunststoffen werden schon seit vielen Jahren anorganische Partikel als Füllstoffe eingesetzt, um spezifische Eigenschaften wie z. B. die mechanischen Eigenschaften (z. B. mit Calciumcarbonat (CaCO3) oder die Flammschutzeigenschaften (z. B. mit Magnesiumhydroxid (Mg(OH)2) zu verbessern. Dabei werden typischerweise Partikel verwendet, deren Partikeldurchmesser im Bereich von knapp unterhalb eines Mikrometers bis zu mehreren hundert Mikrometern liegen. Da dies stets mit einer Verschlechterung der Zähigkeit und der optischen Transparenz durch Streueffekte einhergeht, liegen die Einsatzgebiete dieser Komposite primär bei nicht-transparenten Bauteilen.Within composites technology with thermoplastics, inorganic particles have been used as fillers for many years in order to achieve specific properties such as, for example, For example, the mechanical properties (eg with calcium carbonate (CaCO 3 ) or the flame retardancy properties (eg with magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ) are typically used, with particles having a particle diameter in the range of just below one Since this is always associated with a deterioration in toughness and optical transparency due to scattering effects, the areas of application of these composites are primarily for non-transparent components.
In den letzten Jahren sind neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Herstellung und des Einsatzes von Nanopartikeln bekannt geworden. So wurden synthetische Nanopartikel in einer Vielzahl von Variationen kommerziell verfügbar, z. B. Pulver der Firma Degussa, hergestellt nach dem Aerosil-Verfahren, die neue Impulse im Bereich der Nanotechnologie gaben. Solche Nanopartikel werden derzeit in Lacksystemen mit einem breiten Spektrum eingesetzt, z. B. für Anti-Grafitti-Schutzschichten oder zur Oberflächenhärtung. Hierbei steht unter anderem die geringe Beeinflussung der Transparenz und Farbe des Lackes bei der Erzeugung der gewünschten Effekte im Vordergrund.In In recent years, there have been new developments in the field of manufacture and the use of nanoparticles. So were synthetic nanoparticles in a variety of variations commercially available, e.g. As powder from Degussa After the Aerosil process, the new impulses in the field of nanotechnology gifts. Such nanoparticles are currently used in paint systems with a wide range used, for. B. for anti-graffiti protective coatings or for surface hardening. This is under Among other things, the slight influence on the transparency and color of the Lackes in the production of the desired effects in the foreground.
Aber
auch die natürlich vorkommenden nanopartikulären
Rohstoffe, d. h. vor allem Schichtminerale wie der zur Smektitgruppe
gehörende Montmorillonit, haben durch neue Entwicklungen
stark zur Belebung der Forschung im Bereich der Nanokomposite beigetragen.
So konnten in den neunziger Jahren Forscher um Okada von Toyota
quellfähigen, mit Maleinsäureanhydrid modifizierten
Montmorillonit durch einen Austausch intermolekular gebundener Kationen
gegen Stearylammoniumionen hydrophobieren und waren so in der Lage,
die einzelnen Schichtpakete durch Interkalation von Polymer in die
Zwischenräume vollständig in einem Kunststoff zu
exfolieren (siehe
Die Schichtsilikate, meistens 3-Schichtsilikate wie Montmorillonit, werden bisher überwiegend mit Alkylammonium-Kationen hydrophobiert. Diese werden durch Austauschreaktionen in die Zwischenschichtgalerien der Silikate eingelagert und erhöhen damit den Schichtabstand der Minerale. In diese sogenannten organisch modifizierten Schichtsilikate können nun Polymermoleküle interkaliert werden. Diese Interkalation von Polymeren kann wiederum auf drei verschiedenen Wegen erfolgen:
- 1. In-situ-Polymerisation von
Monomeren im Zwischenschichtraum (
E. Manias et al., a. a. O.; X. Kornmann et al., Polymer, 2002, 42 (10): S. 4493–4499 - 2. Interkalation in Polymerlösungen und anschließende
Entfernung des Lösungsmittels (
G. Schmidt et al., 2001, 661: S. KK5.10.1-KK5.10.6 K. Strawhecker et al., Macromolecules, 2001, 34 (24): S. 8475–8482 - 3. Interkalation von Schichtsilikaten in einer Polymerschmelze
(
E. Manias, MRS Bulletin, 2001, 26 (11): S. 862–863
- 1. In-situ Polymerization of Monomers in the Interlayer Space (
E. Manias et al., Supra; X. Kornmann et al., Polymer, 2002, 42 (10): pp. 4493-4499 - 2. Intercalation in polymer solutions and subsequent removal of the solvent (
G. Schmidt et al., 2001, 661: S. KK5.10.1-KK5.10.6 K. Strawhecker et al., Macromolecules, 2001, 34 (24): 8475-8482 - 3. Intercalation of phyllosilicates in a polymer melt (
E. Manias, MRS Bulletin, 2001, 26 (11): pp. 862-863
Geeignete
Partikel hierfür sind Schichtminerale mit mittleren Aspektverhältnissen
(laterale Dimensionen < 100
nm), die durch Oberflächenmodifikation und Scherkräfte
in Schichtpakete respektive Einzelschichten mit einer Dicke von
ca. 1 nm exfoliert werden. Zur Erhaltung der Farbechtheit müssen
die Minerale hochrein sein und dürfen keine färbenden
Fremdionen aufweisen, so dass als Ausgangsmaterial nicht der bei
heutigen Nanokompositen meist verwendete Montmorillonit, sondern
zum Beispiel synthetische bzw. hochrein Hectorite zum Einsatz kommen.
Die
meisten Literaturvorschriften zur Synthese eines organisch modifizierten
Schichtsilikates beschreiben eine einstufige, direkte Synthese unter
milden Bedingungen. Die Materialien hierfür sind Mitglieder
der 2:1 trioktaedrischen Phyllo(organo)silicat-Familie, denen die
Struktur des Talks zugrunde liegt:
Die Synthesevorschriften dieser Forschungsgruppen führen zu Produkten mit den folgenden Nachteilen:
- 1. Allen gemeinsam ist, dass die mittlere Teilchengröße im Bereich von einigen Mikrometern liegt. Füllt man transparente Thermoplaste mit diesen großen Teilchen, führt dies zu einer Eintrübung.
- 2. Insbesondere
S. Mann et al. C. Airoldi et al. L. Ukrainczyk et al. N. Lequeux et al.
- 1. All have in common that the average particle size is in the range of a few micrometers. If you fill transparent thermoplastics with these large particles, this leads to a clouding.
- 2. In particular
S. Mann et al. C. Airoldi et al. L. Ukrainczyk et al. N. Lequeux et al.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bis heute keine partikulären, organisch modifizierten Schichtsilikate bereitstehen, die bei einer Anwendung als Füllstoffe für insbesondere thermoplastische, transparente Kunststoffe die angestrebte Transparenz und Farbe u. a. dadurch gewährleisten, dass sie einen Durchmesser D(n, 50) von unter 1 μm, vorzugsweise von unter 800 nm aufweisen und gleichzeitig hochrein, d. h. im Wesentlichen oder völlig frei von Fremdionen sind und vorzugsweise eine definierte Zusammensetzung zumindest hinsichtlich des Verhältnisses der vorhandenen Kationen-Spezies besitzen. Dabei bedeutet die Durchmesser-Angabe D(n, x), dass x% der Teilchen in der Anzahlverteilung (n), bei D(n, 50) also 50%, einen Durchmesser D kleiner oder gleich dem angegebenen Wert, hier also von unter 1 μm bzw. 800 nm, aufweisen.In summary, it can be said that until today no particulate, organically modified Layer silicates are available which, when used as fillers for in particular thermoplastic, transparent plastics ensure the desired transparency and color, inter alia, by having a diameter D (n, 50) of less than 1 μm, preferably of less than 800 nm and at the same time highly pure, ie are substantially or completely free of foreign ions and preferably have a defined composition at least with respect to the ratio of the cation species present. In this case, the diameter specification D (n, x) means that x% of the particles in the number distribution (n), that is 50% in the case of D (n, 50), has a diameter D smaller than or equal to the specified value, that is, below 1 micron and 800 nm, respectively.
Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Beseitigung dieses Mangels durch Bereitstellung entsprechender Schichtsilikate. Diese sollen vorzugsweise für die Anwendung in transparenten thermoplastischen Kunststoffen und insbesondere in Polycarbonat und Polymethylmethacrylat geeignet sein. Eine weitere Aufgabe der Erfindung kann in der Bereitstellung eines einfachen, möglichst einstufigen Verfahrens zur Herstellung von solchen Schichtsilikaten mit geringer Partikelgröße gesehen werden.The The object of the invention is in the elimination of this defect Provision of appropriate phyllosilicates. These should preferably for use in transparent thermoplastics and especially suitable in polycarbonate and polymethylmethacrylate be. Another object of the invention is in the provision a simple, preferably one-step process for the production of such sheet silicates with small particle size be seen.
In Lösung dieser Aufgabe wurde überraschend gefunden, dass sich nanoskalige, organisch modifizierte Schichtsilikate auf Basis von Talk mit Hilfe eines sehr einfachen Verfahrens herstellen lassen. Diese Schichtsilikate enthalten an Kationen ausschließlich solche des Magnesiums und Siliciums, vorzugsweise annähernd oder genau im Molverhältnis von 3:4, wobei sie zumindest im letzteren Fall in der Regel eine von Talk abgeleitete Struktur besitzen. Sie sind außerdem frei von anhaftenden Nebenprodukten wie Natrium und frei von zum Ladungsausgleich an den Teilchenoberflächen gebundenem, intermolekularem Magnesium.In Solution to this problem has surprisingly been found that nano-scale, organically modified phyllosilicates on Make base of talc using a very simple procedure to let. These phyllosilicates contain exclusively cations those of magnesium and silicon, preferably approximately or exactly in the molar ratio of 3: 4, wherein they are at least in The latter case usually has a structure derived from talc. They are also free of adhesive byproducts like Sodium and free of charge balance on the particle surfaces bound, intermolecular magnesium.
Der Teilchendurchmesser der erfindungsgemäßen Schichtsilikate liegt in der Regel in den folgenden Bereichen: D(n, 50) beträgt zwischen 10 und 900 nm, vorzugsweise zwischen 50 und 500 nm und ganz besonders bevorzugt zwischen ca. 70 und 300 nm. D(n, 90) liegt in der Regel unter 2 um, vorzugsweise unter 950 nm, stärker bevorzugt unter 500 nm und ganz besonders bevorzugt unter 300 nm.Of the Particle diameter of the layered silicates according to the invention is usually in the following ranges: D (n, 50) amounts to between 10 and 900 nm, preferably between 50 and 500 nm and most preferably between about 70 and 300 nm. D (n, 90) usually less than 2 μm, preferably less than 950 nm preferably below 500 nm and most preferably below 300 nm.
Es können unterschiedliche organische Reste am Silicium gebunden sein, wodurch sich verschiedene Eigenschaften je nach Bedarf einstellen lassen. Eine dieser Eigenschaften ist der Brechungsindex, der demjenigen des Kunststoffs, in den die Schichtsilikate eingearbeitet werden sollen, möglichst ähnlich sein sollte, wenn eine zufriedenstellende Transparenz erreicht werden soll. Die organischen Reste richten sich auf der Oberfläche des entstehenden Schichtsilikats aus; sie können daher vorzugsweise so gewählt werden, dass eine gute Kompatibilität des Schichtsilikats mit dem jeweiligen Kunststoff erreicht wird, in den sie eingearbeitet werden sollen. So bewirkt z. B. das Vorhandensein einer hydrophoben organischen Modifizierung der erfindungsgemäßen Schichtsilikate eine so hohe Affinität zu hydrophoben Polymeren wie Polycarbonat, dass keine weiteren Modifikatoren oder andere Additive benötigt werden. In spezifischen Fällen kann diese Modifizierung auch Gruppen tragen, die eine Einpolymerisierung der Schichtsilikate in den Kunststoff ermöglichen, z. B. ethylenisch ungesättigte Gruppen oder Estergruppen. Eine Einpolymerisierung vereinfacht dabei die Exfolierung der Schichtsilikate, d. h. die Trennung der einzelnen Schichten.It Different organic radicals can be attached to the silicon be, thereby adjusting various properties as needed to let. One of these properties is the refractive index, that of one the plastic in which the phyllosilicates are incorporated should be as similar as possible, if one satisfactory transparency is to be achieved. The organic ones Remains are directed to the surface of the resulting Phyllosilicates off; They can therefore preferably be chosen be that good compatibility of the phyllosilicate with the particular plastic is achieved, in which they are incorporated should. So z. B. the presence of a hydrophobic organic Modification of the layered silicates according to the invention such high affinity to hydrophobic polymers as polycarbonate, that no further modifiers or other additives are needed become. In specific cases, this modification may also be Groups carrying a Einpolymerisierung the sheet silicates in the plastic allow, for. B. ethylenically unsaturated Groups or ester groups. Einpolymerisierung simplifies it the exfoliation of the sheet silicates, d. H. the separation of the individual Layers.
Die erfindungsgemäßen organisch modifizierten Schichtsilikate sind thermisch stabil und überstehen auch hohe Verarbeitungstemperaturen von Polymeren.The organically modified phyllosilicates according to the invention are thermally stable and withstand high processing temperatures of polymers.
Die erfindungsgemäßen Schichtsilikate werden vorzugsweise aus einer siliciumorganischen Komponente und einer magnesiumorganischen Komponente, meist durch Reaktion in einem Lösungs- oder Suspensionsmittel, hergestellt.The Sheet silicates according to the invention are preferably from an organosilicon component and an organomagnesium Component, usually by reaction in a solution or Suspending agent, prepared.
Die
siliciumorganische Komponente besteht aus einem oder mehreren Trialkoxysilanen.
Diese können ausgewählt sein unter solchen der
Formel (I)
Die Reste R2 können gleich oder verschieden sein; R2 bedeutet vorzugsweise Alkyl, wie z. B. Methyl, Ethyl, Propyl-, Isopropyl- oder Butyl, vorzugsweise Ethyl oder Methyl. In sehr seltenen Fällen kann die Kohlenstoffkette von R2 außerdem durch O, S, NH oder NR3 unterbrochen sein, wobei R3 die voranstehende Bedeutung besitzt.The radicals R 2 may be the same or different; R 2 is preferably alkyl, such as. For example, methyl, ethyl, propyl, isopropyl or butyl, preferably ethyl or methyl. In very rare cases, the carbon chain of R 2 may also be interrupted by O, S, NH or NR 3 , where R 3 is as defined above.
Alternativ
(gegebenenfalls auch zusätzlich, was jedoch nicht bevorzugt
ist) kann die siliciumorganischer Komponente auch unter Trialkoxysilanen
der Formel (II) ausgewählt sein
R2 hat in den Verbindungen der Formel (II) dieselbe Bedeutung wie in den Verbindungen der Formel (I).R 2 has the same meaning in the compounds of formula (II) as in the compounds of formula (I).
Die
magnesiumorganische Komponente besteht aus einem oder mehreren Magnesiumalkoholaten der
Formel (III):
Die Reste R1, R2 und R3, R4 und R5 können, soweit sie keine Arylgruppen umfassen, 1 bis vorzugsweise 20 Kohlenstoffatome, stärker bevorzugt 1 bis 8 und noch stärker bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatome aufweisen. Sofern R1 oder R3 Arylreste sind oder aufweisen, umfassen sie vorzugsweise 5 bis 40, stärker bevorzugt 6 bis 20 und am meisten bevorzugt 6 bis 10 Kohlenstoffatome.The radicals R 1, R 2 and R 3, R 4 and R 5 can, as far as they do not include aryl groups, preferably 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 8 and still more preferably 1 to 4 carbon atoms. When R 1 or R 3 are or have aryl radicals, they preferably comprise 5 to 40, more preferably 6 to 20 and most preferably 6 to 10 carbon atoms.
Alle Alkylreste oder -gruppen können geradkettig, verzweigtkettig und/oder cyclisch sein.All Alkyl radicals or groups can be straight-chain, branched-chain and / or cyclic.
Es ist bevorzugt, jeweils nur ein Trialkoxysilan der Formel (I) oder der Formel (II) und/oder ein Magnesiumalkoholat der Formel (III) einzusetzen. Trialkoxysilane der Formel (I) sind gegenüber denen der Formel (II) bevorzugt.It is preferred that in each case only one trialkoxysilane of the formula (I) or of the formula (II) and / or a magne siumalkoholat the formula (III) use. Trialkoxysilanes of the formula (I) are preferred over those of the formula (II).
Das oder die Trialkoxysilane der Formel (I) und/oder der Formel (II) und das oder die Magnesiumalkoholate der Formel (III) werden in einem geeigneten protischen oder aprotischen Lösungs- bzw. Suspensionsmittel vorgelegt, das vorzugsweise wasserfrei ist. Die anfängliche Abwesenheit von Wasser stellt sicher, dass die Umsetzung erst bei Vorliegen aller Ausgangsmaterialien mit guter Reproduzier barkeit in Gang gesetzt und damit vollständig kontrolliert bzw. gesteuert werden kann. Besonders geeignet sind Alkohole, insbesondere alphatische Alkohole. Es ist besonders günstig, Alkohole mit der Formel R2OH und/oder R4OH einzusetzen, worin R2 die für das Silan der Formel (I) angegebene Bedeutung und R4 die für das Magnesiumalkoholat der Formel (II) angegebene Bedeutung besitzen. Als Beispiele seien Methanol und Ethanol genannt. In diesen Fällen kann nämlich keine Umesterung der Silanverbindung/des Magnesiumsalkoholats als Nebenreaktion auftreten, die unter Umständen zu einer Verringerung der Reaktivität führen könnte.The trialkoxysilane (s) of the formula (I) and / or of the formula (II) and the magnesium alcoholate (s) of the formula (III) are initially charged in a suitable protic or aprotic solvent or suspending agent, which is preferably anhydrous. The initial absence of water ensures that the reaction can be started only with the presence of all starting materials with good Reproduzier availability and thus completely controlled or controlled. Particularly suitable are alcohols, in particular aliphatic alcohols. It is particularly favorable to use alcohols having the formula R 2 OH and / or R 4 OH, wherein R 2 has the meaning given for the silane of the formula (I) and R 4 has the meaning given for the magnesium alcoholate of the formula (II). Examples include methanol and ethanol. Namely, in these cases, transesterification of the silane compound / magnesium alcoholate as a side reaction can not occur, which could possibly lead to a decrease in reactivity.
Insbesondere ist es günstig, das Lösungsmittel sowie die Reste R2 und R4 so zu wählen, dass das Lösungsmittel nach der Reaktion leicht vom Reaktionsprodukt getrennt werden kann. Werden als Silan der Formel (I) ein Triethoxysilan, als Magnesiumalkoholat der Formel (III) Magnesiumethanolat und als Lösungsmittel Ethanol gewählt, entstehen bei der Reaktion ausschließlich das Schichtsilikat als Reaktionsprodukt sowie das Lösungsmittel Ethanol. Das Ethanol kann als Lösungsmittel oder zur Synthese von Magnesiumethanolat bzw. Triethoxysilan wiederverwendet werden. Es besteht eine hohe Atomökonomie. Solche Reaktionen mit hoher Atomökonomie sind aus ökonomischen und ökologischen Gründen Reaktionen mit geringerer Atomökonomie (wie z. B. der Umsetzung von Magnesiumpropylat und Tributoxysilan, gelöst in Ethanol) vorzuziehen.In particular, it is advantageous to choose the solvent and the radicals R 2 and R 4 so that the solvent can be easily separated from the reaction product after the reaction. If a triethoxysilane is used as the silane of the formula (I), magnesium ethanolate is chosen as the magnesium alcoholate of the formula (III) and ethanol is used as the solvent, only the phyllosilicate forms the reaction product and the solvent ethanol in the reaction. The ethanol can be reused as a solvent or for the synthesis of magnesium ethoxide or triethoxysilane. There is a high atomic economy. Such high atom economy reactions are, for economic and environmental reasons, preferable to lower atom economy reactions (such as the reaction of magnesium propylate and tributoxysilane dissolved in ethanol).
Die Menge an Trialkoxysilan und Magnesiumalkoholat wird so gewählt, dass das gewünschte Verhältnis von Magnesiumionen zu Siliciumionen entsteht, das, wie oben erwähnt, vorzugsweise etwa oder genau 3:4 beträgt. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass die Kationen der Ausgangsmaterialien vollständig oder im Wesentlichen vollständig in die Schichtsilikate eingebaut werden und keine oder im Wesentlichen keine silicium- oder magnesiumhaltigen Nebenprodukte entstehen.The Amount of trialkoxysilane and magnesium alcoholate is chosen that the desired ratio of magnesium ions to silicon ions is formed, which, as mentioned above, preferably is about or exactly 3: 4. It can be assumed be that the cations of the starting materials completely or substantially completely in the layer silicates be incorporated and no or substantially no silicon or magnesium-containing by-products arise.
Die Umsetzung der Ausgangsmaterialien wird durch die Zugabe von Wasser initiiert. Das Wasser wird vorzugsweise in einer Menge zugesetzt, die gerade für die vollständige Hydrolyse des Magnesiumalkoholats ausreicht. Bevorzugt wird es langsam eingerührt. Durch diese Maßnahmen wachsen die Teilchen langsam und bleiben klein, und man erhält die gewünschte Schichtsilikat-Struktur. Eine schnelle Hydrolyse ist dagegen meist nachteilig, weil dann in vielen Fällen magnesiumfreie, sphärische SiO2- bzw. Siliconteilchen entstehen könnten. Es ist dabei darauf zu achten, dass die Hydrolyse des Silans möglichst nicht schneller verläuft als die des Magnesiumalkoholats; vorzugsweise verläuft sie etwas langsamer. Aber auch die Hydrolyse des Magnesiumalkoholats sollte nicht zu schnell vonstatten gehen, weil sonst die Gefahr besteht, dass sich mehrschichtiger Brucit (Mg(OH)2) bildet, bevor sich das hydrolysierte Silan anlagert.The reaction of the starting materials is initiated by the addition of water. The water is preferably added in an amount just sufficient for the complete hydrolysis of the magnesium alcoholate. It is preferably stirred in slowly. By these measures, the particles grow slowly and remain small, and you get the desired layered silicate structure. In contrast, rapid hydrolysis is usually disadvantageous because in many cases magnesium-free, spherical SiO 2 or silicone particles could be formed. It is important to ensure that the hydrolysis of the silane proceeds as possible not faster than that of the magnesium alcoholate; Preferably, it runs a little slower. But also the hydrolysis of the magnesium alcoholate should not be too fast, because otherwise there is a risk that multilayer brucite (Mg (OH) 2 ) forms before the hydrolyzed silane accumulates.
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass keine metallionenhaltigen Nebenprodukte entstehen, die nur schwer von der Oberfläche des hergestellten Schichtsilikats zu entfernen wären. Die hergestellten Schichtsilikate zeichnen sich ihrerseits durch hohe Reinheit aus. Sie enthalten weder Natrium- oder Magnesiumchlorid noch intermolekular gebundenes Magnesium, welches Polycarbonat verfärben oder zu dessen Depolymerisation führen könnte. Polycarbonat, in das 3 Masse-% eines erfindungsgemäßen, hydrophoben Schichtsilikats mit einem organischen Rest R1 eingerührt wurde, der diesem einen Brechungsindex nahe dem des Polycarbonats (1,59) verleiht, ist farblos und klar transparent.The method is characterized by the fact that no by-products containing metal ions are formed, which would be difficult to remove from the surface of the phyllosilicate produced. The phyllosilicates produced are in turn characterized by high purity. They contain neither sodium or magnesium chloride nor intermolecularly bound magnesium, which could discolor polycarbonate or lead to its depolymerization. Polycarbonate into which 3% by mass of a hydrophobic layer silicate according to the invention has been stirred with an organic radical R 1 which gives it a refractive index close to that of the polycarbonate (1.59) is colorless and clearly transparent.
Die erfindungsgemäßen, organisch modifizierten Schichtsilikate können als Füllstoff für alle Arten von transparenten Polymeren verwendet werden, insbesondere für Polycarbonat und PMMA. Auf diese Weise hergestellter Polycarbonat-Organoschichtsilikat-Nanokomposit kann z. B. für Abschluss-Scheiben eines Scheinwerfers oder im Bereich der Auto-(Seiten-)Verscheibung verwendet werden, um so die bislang übliche, aufwändige und ökologisch bedenkliche Lackierung zur Verringerung der Kerbempfindlichkeit von Polycarbonat zu vermeiden bzw. Glas zu ersetzen.The According to the invention, organically modified phyllosilicates Can be used as a filler for all kinds of transparent Polymers are used, especially for polycarbonate and PMMA. Polycarbonate organo-layer silicate nanocomposite prepared in this manner can z. B. for final discs of a headlamp or used in the field of car (side) glazing so the usual, complex and ecological questionable paintwork to reduce notch sensitivity to avoid polycarbonate or replace glass.
Beispiel:Example:
1,99 g fein pulverisiertes Magnesiumethanolat wird unter Feuchtigkeitsausschluss zu einer Mischung aus 5,6 ml Trieethoxyphenylsilan und 60 ml absolutem Ethanol gegeben. Man rührt die Mischung 5 Stunden bei Raumtemperatur. Dann werden 0,67 ml destilliertes Wasser hinzugefügt, und die Reaktionsmischung wird 24 Stunden bei Raumtemperatur unter Feuchtigkeitsausschluss gerührt. Der entstandene Niederschlag wird abzentrifugiert und mit absoluten Ethanol gewaschen und zuletzt getrocknet. Er besteht aus Teilchen mit einem Durchmesser D(n, 50) von etwa 80 nm. Der Brechungsindex der Teilchen beträgt 1.52. Der Brechungsindex von Polycarbonat beträgt 1,59.1.99 g of finely pulverized magnesium ethanolate is added with exclusion of moisture to a mixture of 5.6 ml of triethoxyphenylsilane and 60 ml of absolute ethanol. The mixture is stirred for 5 hours at room temperature. Then, 0.67 ml of distilled water is added and the reaction mixture is stirred for 24 hours at room temperature with exclusion of moisture. The resulting precipitation becomes centrifuged off and washed with absolute ethanol and finally dried. It consists of particles with a diameter D (n, 50) of about 80 nm. The refractive index of the particles is 1.52. The refractive index of polycarbonate is 1.59.
Ein
Polycarbonat (PC 2600 der Firma Bayer) wurde mit 3 Massen-% des
gemäß Beispiel hergestellten Schichtsilikats zusammengegeben
und unter Schutzgasatmosphäre auf 300°C aufgeheizt.
Nach Aufschmelzen des Polycarbonats wurden die beiden Komponenten
innig vermischt. Aus der Schmelze wurden Proben gegossen. Die Transmission
einer Polycarbonatprobe, die mit dem erfindungsgemäßen
Schichtsilikat gefüllt ist, ist in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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2008
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