DE19758124C1

DE19758124C1 - Polypropylenrohr mit hoher Festigkeit

Info

Publication number: DE19758124C1
Application number: DE19758124A
Authority: DE
Inventors: Karl Ebner; Roland Konrad; Stefan Schiesser; Klaus Bernreitner
Original assignee: Borealis AG
Current assignee: Borealis Schwechat-Mannswoerth At GmbH
Priority date: 1997-12-30
Filing date: 1997-12-30
Publication date: 1999-11-18
Anticipated expiration: 2017-12-31
Also published as: CN1133840C; EP1042629B1; US6433087B1; DE59806300D1; WO1999035430A1; EP1042629A1; CN1285904A; AU2417499A; ES2185251T3; PT1042629E

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Polypropylenrohr mit hoher Festigkeit, insbesondere hohem Zug-Elastizitätsmodul, hoher Kerbschlagzähigkeit, Ringsteifigkeit und Widerstand gegen Schlagbeanspruchung. DOLLAR A Der Erfindungsgegenstand ist ein Polypropylenrohr mit einem Zug-E-Modul von 1300 bis 2300 N/mm·2· und einer Kerbschlagzähigkeit von 60 bis 110 kJ/m·2·, hergestellt durch Extrusion einer thermoplastischen Formmasse, die aus zwei Komponenten A und B der Zusammensetzung DOLLAR A A) 80 bis 98 Masseteile eines isotaktischen Polypropylen-Homopolymerisates als kohärente Matrixkomponente mit einer Dekadenregularität von > 95% und DOLLAR A B) 2 bis 20 Masseteile eines Copolymerisats, bestehend aus 50 bis 70 Masseteilen Propylen und 30 bis 50 Masseteilen Ethylen und/oder weiterer C4-C8-alpha-Olefine als dispers verteilte Elastkomponente DOLLAR A mit einem Verhältnis der intrinsischen Viskositäten beider Komponenten B/A von 0,9 bis 1,5 sowie einen Schmelzindex der Formmasse von 0,15 bis 0,8 g/10 min besteht. DOLLAR A Die Polypropylenrohre sind geeignet in Abwassersystemen, insbesondere als Kanalrohre, Regenwasserrohre, Hausabflußrohre, Schallschutzrohre oder als Schachtelemente.

Description

Die Erfindung betrifft ein Polypropylenrohr mit hoher Festigkeit, insbesondere hohem Zug-Elastizitätsmodul, hoher Kerbschlagzähigkeit, Ringsteifigkeit und Widerstand gegen Schlagbeanspruchung.

Die Rohre sind vor allem für den Einsatz in Abwasserrohrsystemen, insbesondere als Kanalrohre, bestimmt.

Es ist seit langem bekannt, für den Bau von Abwasserkanälen Rohre aus Steinzeug, Beton und Gußeisen zu verwenden. Von Nachteil ist die Bruchanfälligkeit dieser starren Materialien, so daß daraus gefertigte Rohre durch äußere Einflüsse, wie Erd bewegungen, Verlegefehler und andere Belastungen häufig reißen und austretendes Sickerwasser ökologische Schäden im umgebenden Erdreich und Grundwasser ver ursacht.

Besonders vorteilhaft ist dagegen der Einsatz von Kanalrohren aus thermoplastischen Kunststoffen, die in bekannter Weise durch Extrusion in unterschiedlichen Abmessun gen hergestellt werden. Vorzugsweise Polyethylen und Polypropylen sind mit ihrem geringeren Gewicht, guter thermoplastischer Verschweißbarkeit sowie hoher Bruch zähigkeit, Korrosions- und Abrasionsbeständigkeit den anderen Rohrwerkstoffen über legen und gewährleisten über lange Zeiträume eine hohe Funktionssicherheit von Ab wasser-Kanalsystemen. Weitere Gründe für die zunehmende Bedeutung dieser Werk stoffe im Rohrsektor bestehen in deren Umweltverträglichkeit, geringem Verlegeauf wand und problemlosen Recycling.

In mehreren Normen und Normentwürfen sind dem Stand der Technik entsprechende Festlegungen über die Dimensionierung, Materialeigenschaften, Prüfverfahren und den Einsatz von Kunststoff-Rohrleitungen in Abwasser-Entsorgungsanlagen enthalten, z. B. EN 1852, pr EN 1401, CEN/TC 155 WI 009 Dok. 155/13 N322, DIN 19537, DIN 16961, DIN V 19534-1 und Entwurf DIN 19566.

Die Errichtung sehr leistungsfähiger Abwasser-Entsorgungssysteme sowie die Durch führung von Verlegungs- und Sanierungsarbeiten bei niedrigen Außentemperaturen setzen jedoch neue Werkstoffe mit noch höheren Gebrauchswerteigenschaften voraus. Aktuelle Forderungen betreffen insbesondere stabile Kunststoffrohre großen Durchmessers mit einsatzgerechter Festigkeit, Tieftemperaturzähigkeit und Einsatztemperaturen bis 90°C.

Es sind Verfahren bekannt, die Festigkeit von Polypropylenrohren durch Verbund bildung zu erhöhen. Nach DE 94 16 759 U1 sowie DE 296 12 040 U1 werden die Rohre mit festem Fadenmaterial oder Verstärkungsgeflecht umwickelt und anschlies send mit Kunststoff oder einem Außenrohr ummantelt. EP 0 762 032 beschreibt ein Extrusionsverfahren zur Herstellung von mehrschichtigen Verbundrohren. Innen- und Außenwand derselben bestehen aus unterschiedlichen Polymermaterialien, die vor der Verarbeitung mit Haftvermittler und Füllstoff modifiziert werden.

Diese Verfahren bewirken eine erhöhte Druck- und Temperaturfestigkeit der Verbund rohre gegenüber unverstärktem Rohr. Nachteilig ist aber der hohe Fertigungsaufwand in Form mehrerer Arbeitsschritte, unterschiedlicher Einsatzmaterialien sowie die durch den Verbundaufbau bedingte Gewichtserhöhung.

Nach EP 0 385 465 führt die wellenförmige Gestaltung der Außenwand von Abwasser- Kanalrohren zu einer erhöhten Ringsteifigkeit. Davon ausgehend beschreibt das Verfahren die Fertigung von Verbunden aus einem glatten Innenrohr und einem gewellten Außenrohr.

Dem vorteilhaften Gewinn an Ringsteifigkeit bei Doppelrohren mit außenliegendem Profil stehen auch hier ein aufwendiges Herstellungsverfahren, das hohe Gewicht der Doppelrohre und eine komplizierte Rohrverbindungstechnik als Nachteile gegenüber.

In der Patentliteratur sind weiterhin Verfahren zur Erhöhung der Steifigkeit und Zähig keit von Polypropylen bekannt. Insbesondere werden durch Zumischung von Elasto meren (WO 96/37549, DE 40 19 456), die Verbreiterung der Molmassenverteilung (WO 96/11216, DE 43 30 661), die Erzeugung von Reaktorblends (DE 40 01 157) sowie den Zusatz von Nukleiermitteln (DE 44 07 327) Wege beschrieben, die zwar Teillösungen darstellen, aber nicht zu Steifigkeits-Zähigkeits-Relationen entsprechend den aktuellen Forderungen an leistungsfähiges Rohrmaterial führen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beachtung der gestie genen Einsatzforderungen an Rohrmaterialien eine Polypropylen-Formmasse zu schaffen, die gleichzeitig einen sehr hohen Zug-E-Modul, Steifigkeit und Zähigkeit auf weist und hinsichtlich ihrer rheologischen Eigenschaften sowie des Materialeinsatzes vorteilhaft zu Rohr extrudiert werden kann.

Obwohl der entgegengesetzte Verlauf von Steifigkeit und Zähigkeit der Eigenschafts verbesserung mehrphasiger Polypropylenblends Grenzen setzt, konnten aus Propylen und Ethylen unter Verwendung von ZIEGLER-NATTA-Katalysatoren in einem zweistufigen Polymerisationsverfahren Formmassen entwickelt werden, aus denen durch Extrusion Rohre herstellbar sind, deren mechanische Festigkeit wesentlich verbessert ist gegenüber den bekannten und vergleichbaren Rohrmaterialien aus Kunststoff.

Der Erfindungsgegenstand ist ein Polypropylenrohr, insbesondere Polypropylen- Kanalrohr, mit hoher Festigkeit, gekennzeichnet durch
einen Zug-E-Modul von 1300 bis 2300 N/mm², bevorzugt 1500 bis 2000 N/mm², und
eine Kerbschlagzähigkeit von 60 bis 110 kJ/m², bevorzugt 70 bis 100 kJ/m²,
hergestellt durch Extrusion einer thermoplastischen Formmasse, die aus zwei Komponenten A und B der Zusammensetzung

A) 80 bis 98 Masseteile, bevorzugt 87 bis 97 Masseteile, eines isotaktischen Poly propylen-Homopolymerisates als kohärente Matrixkomponente mit einer Dekadenregularität von < 95% und
B) 2 bis 20 Masseteile, bevorzugt 3 bis 13 Masseteile, eines Copolymerisats, bestehend aus 50 bis 70 Masseteilen Propylen und 30 bis 50 Masseteilen Ethylen und/oder weiterer C4-C8-α-Olefine als dispers verteilte Elastkomponente

mit einem Verhältnis der intrinsischen Viskositäten beider Komponenten B/A von 0,9 bis 1,5 sowie einen Schmelzindex der Formmasse von 0,15 bis 0,8 g/10 min. bevorzugt 0,2 bis 0,5 g/10 min, besteht.

Die Masseteile B eines Copolymerisats bestehen bevorzugt aus 55 bis 65 Masse teilen Propylen und 35 bis 45 Masseteilen Ethylen.

Der hohe Zug-E-Modul und die hohe Kerbschlagzähigkeit haben zur Folge, daß die für Rohre besonders wichtige Ringsteifigkeit ebenfalls erhöht ist.

Die Erfindung ist deshalb auch durch ein Polypropylenrohr gekennzeichnet, daß die Ringsteifigkeit SN [kN/m²] der Vollwandrohre mit glattwandiger Innen- und Außenober fläche, und zwar unabhängig von der Gestaltungsform der jeweiligen Rohrenden, mit einem Außendurchmesser von ≧ 20 mm bis zu einem Außendurchmesser von ≦ 2000 mm die mathematische Beziehung

190 kN/m² . (10/(SDR-1))³ ≧ SN ≧ 110 kN/m² . (10/(SDR-1))³,

vorzugsweise für die Zahlenwerte 162 und 137 kN/m²
(anstelle 190 und 110 kN/m²),
erfüllt, wobei SDR das Verhältnis von Außendurchmesser zur Wanddicke darstellt.

Bei einem Rohr mit den Abmessungen Rohraußendurchmesser 110 mm und Rohrwanddicke 3,7 mm bedeutet dies, daß die Ringsteifigkeit, gemessen entsprechend ISO 9969 bei 23°C, einen Wert von etwa 6,5 bis 7,0 kN/m² aufweist.

Bei Polypropylenrohren mit beliebiger Ausgestaltung der Rohrwandung mit einem Außendurchmesser ≧ 40 mm bis zu einem Außendurchmesser von ≦ 4000 mm sollte die mathematische Beziehung

2,3 . 10⁶ kN/m² . W ≧ SN ≧ 1,3 . 10⁶ kN/m² . W,

vorzugsweise für die Zahlenwerte 1,95 und 1,65 . 10⁶ kN/m²
(anstelle 2,3 und 1,3 . 10⁶ kN/m²), gelten, wobei W das Verhältnis des längenbe zogenen Flächenträgheitsmomentes der Rohrwandung zur dritten Potenz des Schwerpunktdurchmessers darstellt.

Dies betrifft insbesondere Rohre mit einer sandwichartigen Rohrwandung, Rohre mit einer Rohrwandung mit Hohlwandaufbau mit längsverlaufenden Hohlräumen, Rohre mit Hohlwandaufbau mit spiralförmigen Hohlräumen, Rohre mit glatter Innenober fläche und kompakter oder hohler, spiralförmiger oder ringförmig gerippter Außen oberfläche, unabhängig von der Gestaltungsform der jeweiligen Rohrenden.
Als Folge der guten Festigkeitseigenschaften weisen diese Rohre bei der Messung des Widerstandes gegen äußere Schlagbeanspruchung unter den folgenden Standardbedingungen keinen Bruch auf.

Zur Beurteilung des Bruchverhaltens von Kunststoff-Rohren wird die Prüfmethode "Widerstandsfähigkeit gegen äußere Schlagbeanspruchung" in zwei Verfahrens varianten unter standardisierten Bedingungen angewendet.

Nach dem Umfangsverfahren gemäß EN 744 werden Rohrabschnitte dem Schlag eines Fallgewichtes ausgesetzt, das aus einer festgelegten Höhe auf über den Umfang verteilte Stellen fällt. Bei Auftreten von Rohrbruch wird die Schlagzähigkeits bruchrate ermittelt. Die Messung erfolgt bei 0°C, wobei die Masse und die Fallhöhe des Fallgewichtes vom Außendurchmesser des geprüften Rohres abhängen und als Standardbedingungen bzw. Prüfparameter in der Norm festgelegt sind. Zum Beispiel gelten für ein Rohr mit dem Außendurchmesser 110 mm folgende Prüfparameter:

- Temperatur: 0°C,
- Masse des Fallgewichtes: 1,0 kg,
- Fallhöhe des Fallgewichtes: 1600 mm.

Für Kunststoffrohre, die bei Temperaturen unterhalb -10°C verlegt werden, ist zusätzlich die Prüfung nach dem Stufenverfahren gemäß EN 1411 erforderlich. Danach werden die zu prüfenden Rohrabschnitte jeweils einem Schlag eines Fall hammers festgelegter Masse und Form ausgesetzt, wobei die Schläge eine Folge aus unterschiedlichen Fallhöhen bilden. Erfolgt Rohrbruch, so wird die Fallhöhe als H50- Wert ermittelt, bei der 50% der Probekörper der untersuchten Rohrprobe versagen. Die Norm legt in Abhängigkeit vom Rohraußendurchmesser die Prüfparameter Temperatur, Masse und Fallhöhe des Fallgewichtes fest.

Für ein Rohr mit dem Außendurchmesser 110 mm gelten folgende Standard-Meßbe dingungen:

- Temperatur: 0°C,
- Masse des Fallgewichtes: 4 kg,
- Fallhöhe des Fallgewichtes: ≧ 1 m.

Weiterhin können der thermoplastischen Formmasse, aus der das Polypropylen-Rohr hergestellt wird, zwecks Verbesserung der verarbeitungs- und anwendungstechni schen Eigenschaften übliche Additive, wie Thermostabilisatoren, Antioxidantien und/oder Lichtschutzmittel, Antistatika, Gleit- und Entformungsmittel, Pigmente/Farb stoffe, Metalldesaktivatoren, Nukleierungsmittel, Füll- und Verstärkungsstoffe, Flamm schutzmittel in den für diese Zusatzstoffe üblichen Konzentrationen hinzugesetzt werden.

Vorzugsweise enthält das polymere Rohrmaterial 0,01 bis 2,0 Masse% eines oder mehrerer Nukleiermittel.

Bei der Herstellung der Rohre wird so verfahren, daß die zur Rohrfertigung verwen dete thermoplastische Formmasse aus Propylen und Ethylen in einem zweistufigen Polymerisationsverfahren unter Verwendung stereospezifischer ZIEGLER-NATTA- Katalysatoren und Zudosierung von Wasserstoff und unter Vorschaltung einer Pre polymerisation

A) durch Polymerisation der Propylene bei Temperaturen von 50 bis 90°C und Drücken von 20 bis 50 bar und
B) durch Polymerisation des Gemisches aus diesen Polypropylen-homopolymeri saten und neu zugesetzten Propylen und Ethylen und/oder weiterer C₄-C₈-α- Olefinen bei Temperaturen von 40 bis 100°C und Drücken von 5 bis 30 bar

hergestellt wird, die durch Extrusion zu Rohren unterschiedlichen Durchmessers mit unterschiedlicher Form der Rohrwandung verarbeitet werden.
Die Polymerisation erfolgt zweistufig in zwei in Reihe geschalteten Polymerisations- Reaktoren. Dem ersten Reaktor ist eine Prepolymerisation vorgeschaltet. Das Pre polymer wird beispielsweise in einen LOOP-Reaktor überführt und anschließend die Polymerisation in Flüssigpropylen-Überschuß durchgeführt. Das im ersten Verfahrensschritt gebildete Polypropylen-Homopolymerisat wird abgetrennt und in den zweiten Reaktor geschleust, wo sich nach Zugabe von Propylen und Ethylen durch Gasphasen-polymerisation das entsprechende Copolymerisat als dispers verteilte Phase bildet.

Zur Regelung der Molmassen wird dem Reaktionssystem Wasserstoff zugesetzt.

Während der Polymerisation sind nachstehende Betriebsbedingungen anzuwenden:
Polymerisationsstufe 1
Temperatur: 50 bis 90°C, bevorzugt 60 bis 80°C,
Druck: 20 bis 50 bar, bevorzugt 25 bis 40 bar.
Polymerisationsstufe 2
Temperatur: 40 bis 100°C, bevorzugt 60 bis 90°C,
Druck: 5 bis 30 bar, bevorzugt 10 bis 20 bar.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Formmassen wird ein stereospezifischer ZIEGLER-NATTA-Katalysator verwendet, der aus mehreren Bestandteilen besteht und üblicherweise neben einer titanhaltigen Feststoff-Komponente noch eine Aluminium-alkyl-verbindung sowie eine externe Elektronendonorverbindung enthält.
Feinteilige Aluminiumoxide, Siliciumoxide oder Magnesiumchloride mit hohen spezi fischen Oberflächen dienen als Trägermaterial für die aufgebrachten Titanhalogenide, bevorzugt Titantetrachlorid, und Elektronendonatoren, beispielsweise Ether, Ketone, Lactone, Alkohole, mono- oder polyfunktionelle Carbonsäuren und deren Ester, vor zugsweise Phthalsäurederivate. Die titanhaltige Feststoff-Komponente ist handelsüb lich und wird nach in der Literatur bekannten Methoden hergestellt (z. B. DE 43 30 661/EP 0 573 862/WO 96/11216/GALLI, Macromol. Symp. 112, 1-16 (1996)).

Als Cokatalysatoren eignen sich besonders Trialkylaluminium-Verbindungen, beispielsweise Triethylaluminium. Außerdem enthält das Katalysatorsystem noch externe Elektronendonatoren, insbesondere substituierte Silane, bevorzugt Cyclo hexyl-methyl-dimethoxysilan oder Dicyclopentyl-dimethoxysilan.
Die Kunststoffrohre stellt man in an sich bekannter Weise durch Extrusion aus den thermoplastischen Formmassen her. Dazu wird das in der beschriebenen Weise er haltene Polypropylen-Polymerisat in einem Extruder bei Temperaturen von etwa 200 bis 260°C aufgeschmolzen, homogenisiert, durch eine ringförmige Düse ausgepreßt und anschließend durch Abkühlung formstabil gemacht.

Die Fertigung der Rohre erfolgt üblicherweise kontinuierlich unter Verwendung kon ventioneller Einschneckenextruder, ausgerüstet mit glatter Einzugszone für das zu verarbeitende Rohrmaterial. Zur Erhöhung des Massedurchsatzes kann letztere gegen eine Einzugszone mit axial eingearbeiteten Längsnuten ausgetauscht werden. Extruder dieser Bauart werden mit Dreizonenschnecken der Länge 20 bis 30 D (D = Durchmesser) bestückt, deren aufgabenbezogenes Schneckenprofil eine optimale Plastifizierung, Homogenisierung und Förderung der Polymerschmelze ermöglicht.

Am Extruderausgang ist ein Rohrkopf-Werkzeug angebaut, in dem der Schmelzestrom mittels eines konisch geformten Dorns oder eines Wendelverteilers zur ringförmigen Düse geleitet wird. Eingebaute Lochscheiben und stegförmige Dornhalter korrigieren den Schmelzfluß im Sinne eines gleichmäßigen Druckaufbaus über den gesamten Düsenquerschnitt. Nach Verlassen des Rohrwerkzeuges durchläuft die Schmelze eine Kalibriereinrichtung, in der sie mittels Vakuum und/oder Druckluft an die Innenwand der Kalibrierkammer angepreßt wird, wobei durch rasche Abkühlung die Schmelze erstarrt und eine Formstabilisierung bei den vorgegebenen Abmessungen erfolgt. Im anschließenden Wasserbad mit einer Temperatur von 5 bis 30°C und ausreichender Länge verfestigt sich der Rohrstrang weiter, so daß er danach in spezifizierte Rohr längen zersägt werden kann.

Industrielle Rohrfertigungsanlagen bestehen aus den Maschineneinheiten Extruder mit Rohrkopf-Werkzeug, Kalibrierung, Wasserbad, Rohrabzug, Rohrsäge und Kipprinne.

Die erfindungsgemäßen Rohre haben höhere Werte für Zug-E-Modul, Kerbschlag zähigkeit und Ringsteifigkeit. Auf Grund der den Rohren eigenen hohen Steifigkeit und Zähigkeit reduziert sich der Materialeinsatz gegenüber vergleichbaren Rohrlängen aus den bisher eingesetzten polymeren Werkstoffen, wodurch die Wirtschaftlichkeit sehr positiv beeinflußt wird. Außerdem ermöglichen geringere Wanddicken höhere Kühl- und Abzugsgeschwindigkeiten während der Formgebung, so daß der Extrusionspro zeß effektiver gestaltet werden kann.

Die Polypropylenrohre sind geeignet in Abwassersystemen, insbesondere als Kanal rohre, Regenwasserrohre, Hausabflußrohre, Schallschutzrohre oder als Schacht elemente.

Ausführungsbeispiele 1 bis 5 A) Prozeßbeschreibung für die Beispiele 1 bis 3

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Formmasse aus Propylen und Ethylen erfolgt kontinuierlich in zwei Polymerisationsschritten.

Dafür dienen zwei in Reihe geschaltete Polymerisationsreaktoren, die mit den üblichen Meßeinrichtungen sowie der Möglichkeit des gegenseitigen Produkttransfers ausge rüstet sind. Während des Polymerisationsverlaufs werden die für beide Polymerisa tionsstufen vorgegebenen Temperaturen, Drücke und Monomerverhältnisse konstant gehalten. Der zudosierte Wasserstoff wirkt als Molmassen-Regler. Gaschromato graphische Messungen überwachen die Zusammensetzung des aus Propylen, Ethylen und Wasserstoff bestehenden Reaktionsgases und sichern durch kontinuierliche Nachspeisungen die rezepturgemäßen Konzentrationsverhältnisse.

Als Katalysatorkomponente wird ein kommerziell erhältlicher, geträgerter ZIEGLER- NATTA-Katalysator eingesetzt, der zur Herstellung von Polypropylen in Monomer suspension und Gasphase geeignet ist.

Dem ersten Reaktor ist eine Prepolymerisation vorgeschaltet, die in einem separaten Prepolymerisationsreaktor in flüssiger Propylenphase bei 15 bis 20°C während 2 bis 3 Minuten abläuft, nachdem vorher feste Katalysatorkomponente, Cokatalysator Tri ethylaluminium (TEAL) und externer Elektronendonator Cyclohexyl-methyl-dimethoxy silan (CMDMS) bzw. Dicyclopentyl-dimethoxysilan (DPDMS) einzeln oder als Gemisch zugegeben worden sind.

Das entstandende Prepolymer wird in einem LOOP-Reaktor überführt, wo es in einem Überschuß an flüssigem Propylen die Polymerisation unter Bildung von Polypropylen- Homopolymerisat auslöst. Der Reaktorinhalt wird kontinuierlich in einen Zwischenbe hälter ausgeschleust, in dem Polypropylen und nicht umgesetztes Propylen durch Abdampfen des Monomeren voneinander getrennt werden. Danach erfolgt der Trans fer des Polypropylen-Homopolymers in den zweiten Reaktor, in dem sich nach Ein leitung einer Propylen-Ethylen-Mischung durch Gasphasen-Polymerisation das ent sprechende Copolymerisat als dispers verteilte Phase bildet.

Das in der beschriebenen Weise hergestellte Polypropylen-Polymerisat wurde in einem Einschnecken-Extruder (L/D = 30, D = 70 mm) bei 220°C plastifiziert, durch eine ringförmige Düse (Außendurchmesser 110 mm) mit Dorn gepreßt und danach mittels Vakuum zu einem Rohr von 110 mm Außendurchmesser sowie 3,7 mm Wand dicke kalibriert. Es folgten in der bekannten Weise weitere Abkühlung im Wasserbad, Rohrabzug und Zersägen des Rohres.

Wesentliche Betriebsbedingungen des Maschinensystems:

Extruder-Temperaturen:

Einzugszone 1 bis 3: 200/210/220°C
Ausstoßzone: 220°C
Ringdüse 200°C

- Schneckendrehzahl 40/min,
- Wasserbad Länge 4 m/Temperatur: 20°C,
- Vakuum/Kalibrierung 200 Torr,
- Abzugsgeschwindigkeit 0,3 m/min.

B) Spezifische Verfahrensbedingungen für die Beispiele 1 bis 3

Aus Tabelle 1 sind die angewandten Synthesebedingungen, Monomerverhältnisse sowie polymeranalytische Produkteigenschaften, geordnet nach Polymerstufen und Beispielen, zu ersehen.

C) Ergebnisse der Beispiele 1 bis 3 und der Vergleichsbeispiele 4 und 5

Tabelle 2 zeigt charakteristische, die erfindungsgemäße Lösung stützende Werkstoff- Kennwerte der Beispiele 1 bis 3 sowie entsprechende Vergleichswerte von Daplen PP BEC5012 und Daplen HDPE CE4664, die als handelsübliche Rohrmaterialien dem aktuellen Stand der Technik entsprechen.

Aus der Gegenüberstellung treten die vorteilhaften anwendungstechnischen Eigen schaften der erfindungsgemäß hergestellten Produkte sowie der daraus gefertigten Rohre deutlich hervor.

D) Die Bestimmung der Produkt-und Formteileigenschaften nach den Beispielen 1 bis 5 erfolgte mit folgenden Methoden:

- Schmelzindex MFR: ISO 1133/Temperatur 230°C/Nominallast 2,16 kg,
- Ethylen-Gehalt: Infrarotspektroskopische Messung,
- intrinsische Viskosität: Bestimmung in Dekalin bei 135°C,
- Dekadendregularität: Infrarotspektroskopische Bestimmung,
- Zug-E-Modul: ISO 527/Temperatur 23°C,
- Kerbschlagzähigkeit: ISO 179/1eA/Temperatur 23°C,
- Ringsteifigkeit: ISO 9969/Temperatur 23°C,
- Widerstand gegen äußere Schlagbeanspruchung:
- a) EN 744/Umfangsverfahren/Temperatur 0°C,
- b) EN 1411 /Stufenverfahren/Temperatur -20°C,
- c) Wärmeformbeständigkeit:
- d) VICAT - Erweichungstemperatur VST/B/50/ISO 306,
- e) Formbeständigkeitsdtemperatur HDT/B/ISO 75,
- f) Dichte: ISO 1183/Temperatur 23°C,
- g) Prüfkörperherstellung: Das nach dem beschriebenen Polymerisationsver fahren erhaltene Polypropylen-Pulver wurde in einem Labor-Doppel-schneckenextruder bei 240°C stabili siert und granuliert. Die Prüfkörper-Herstellung erfolgte durch Spritzgußverarbeitung bei 230 bis 260°C. Vor der Kennwertermittlung sind die Prüfkörper gemäß den jeweiligen Vorschriften konditioniert worden.

Claims

1. Polypropylenrohr, insbesondere Polypropylen-Kanalrohr, mit hoher Festigkeit, gekennzeichnet durch
einen Zug-E-Modul von 1300 bis 2300 N/mm², bevorzugt 1500 bis 2000 N/mm² und
eine Kerbschlagzähigkeit von 60 bis 110 kJ/m², bevorzugt 70 bis 100 kJ/m²,
hergestellt durch Extrusion einer thermoplastischen Formmasse, die aus zwei Komponenten A und B der Zusammensetzung

A) 80 bis 98 Masseteile, bevorzugt 87 bis 97 Masseteile, eines isotaktischen Polypropylen-Homopolymerisates als kohärente Matrixkomponente mit einer Dekadenregularität von < 95% und
B) 2 bis 20 Masseteile, bevorzugt 3 bis 13 Masseteile, eines Copolymerisats, bestehend aus 50 bis 70 Masseteilen Propylen und 30 bis 50 Masseteilen Ethylen und/oder weiterer C4-C8-α-Olefine als dispers verteilte Elastkomponente

mit einem Verhältnis der intrinsischen Viskositäten beider Komponenten B/A von 0,9 bis 1,5 sowie einen Schmelzindex der Formmasse von 0,15 bis 0,8 g/10 min, bevorzugt 0,2 bis 0,5 g/10 min, besteht.

2. Polypropylenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsteifig keit SN [kN/m²] der Vollwandrohre mit glattwandiger Innen- und Außenober fläche mit einem Außendurchmesser von ≧ 20 mm bis zu einem Außendurch messer von ≦ 2000 mm die mathematische Beziehung
190 kN/m² . (10/(SDR-1))³ ≧ SN ≧ 110 kN/m² . (10/(SDR-1))³,
vorzugsweise für die Zahlenwerte 162 und 137 kN/m²
(anstelle 190 und 110 kN/m²),
erfüllt, wobei SDR das Verhältnis von Außendurchmesser zur Wanddicke dar stellt.

3. Polypropylenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsteifig keit SN [kN/m²] der Rohre mit einem Außendurchmesser ≧ 40 mm bis zu einem Außendurchmesser von ≦ 4000 mm die mathematische Beziehung
2,3 . 10⁶ kN/m² . W ≧ SN ≧ 1,3 . 10⁶ kN/m² . W,
vorzugsweise für die Zahlenwerte 1,95 und 1,65 . 10⁶kN/m²
(anstelle 2,3 und 1,3 . 10⁶ kN/m²),
erfüllt, wobei W das Verhältnis des längenbezogenen Flächenträgheitsmomentes der Rohrwandung zur dritten Potenz des Schwerpunktdurchmessers darstellt.

4. Polypropylenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Messung des Widerstandes gegen äußere Schlag beanspruchung unter Standard-Bedingungen "kein Bruch" auftritt.

5. Polypropylenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastische Formmasse 0,01 bis 2,0 Masse% eines Nukleiermittels enthält.

6. Verfahren zur Herstellung und Verarbeitung von Rohrmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Rohrferti gung verwendete thermoplastische Formmasse aus Propylen und Ethylen in einem zweistufigen Polymerisationsverfahren unter Verwendung stereospezifischer ZIEGLER-NATTA-Katalysatoren und Zudosierung von Wasserstoff und unter Vorschaltung einer Prepolymerisation

A) durch Polymerisation des Propylens bei Temperaturen von 50 bis 90°C und Drücken von 30 bis 50 bar und
B) durch Polymerisation des Gemisches aus diesen Polypropylen-Homopolymeri saten und neu zugesetztem Propylen und Ethylen und/oder weiteren C₄-C₈-α- Olefinen bei Temperaturen von 40 bis 100°C und Drücken von 5 bis 30 bar

hergestellt wird, die durch Extrusion zu Rohren unterschiedlichen Durchmessers mit unterschiedlicher Form der Rohrwandung verarbeitet werden.

7. Verwendung der Polypropylenrohre nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in Abwasserrohrsystemen, als Kanalrohre, Regenwasserrohre, Hausabfluß rohre, Schallschutzrohre oder als Schachtelemente.