DE2523434B2 - Pressmassen und ihre herstellung - Google Patents

Pressmassen und ihre herstellung

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DE2523434B2 DE19752523434 DE2523434A DE2523434B2 DE 2523434 B2 DE2523434 B2 DE 2523434B2 DE 19752523434 DE19752523434 DE 19752523434 DE 2523434 A DE2523434 A DE 2523434A DE 2523434 B2 DE2523434 B2 DE 2523434B2
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Description

Diese Preßmasscn^ die ein thermoplastisches Harz ungesättigten organischen Säure ein Säureanhydrid und 80 bis 20 Gew.-0; eines aktivierten mineralischen zu verwenden, das im Reaklionsgemisch in die entFüllstoffs mit einem mittleren Teilchendurchmesser sprechende Säure umgewandelt wird, von 0,01 bis 50 μ enthalten, der aus Teilchen wenigstens Im Rahmen der Erfindung muß die äthylenisch untines Minerals besteht, wobei die Oberflächen der 5 gesättigte organische Säure mit dem pulverförmigen Teilchen monomolekular mit wenigstens einer 5thy- Mineral so umgesetzt werden, daß eine starke Binlenisch ungesättigten organischen Säure bedeckt sind, dung zwischen der Säure und dem Metallion auf der die 10 öd« weniger C-Atome enthält und an die Oberfläche des Mineralteilchens gebildet werden kann, Metallionen auf den Oberflächen der Teilchen ge- während die äthylenische Doppelbindung reaktionsbunden ist und deren äthylenische Doppelbindungen io fähig bleibt
reaktionsfähig bleiben, sind dadurch gekennzeichnet, Die äthylenisch ungesättigte organische Säure muß
daß das Mineral vom Aluminosilikattyp ist und AI- in einer Menge verwendet werden, die notwendig ist,
kalimetallionen als Kationen in seiner Kristallstruktur uns die Oberfläche jedes Teilchens des pulverförmigen
enthält. Minerals gleichmäßig mit einer im wesentlichen mono-
AIs mineralische Substanz, die als Ausgangsmaterial 15 molekularen Schicht zu bedecken. Genauer gesagt,
zur Herstellung des aktivierten mineralischen Füll- es genügt, die Oberfläche des Mineralteilchens in
Stoffs, einer der Komponenten der Harzmasse gemäß einer Dicke von 2 bis 20 Ä zu bedecken, wie aus den
der Erfindung, dient, wird ein Mineral vom Alu- Ergebnissen von Messungen der spezifischen Ober-
minosilikartyp verwendet, das als Kationen in seiner fläche nach der BET-Methode grob berechnet wurde.
Kristallstruktur Alkalimetallionen, z. B. Lithium, Ka- 20 Beispielsweise eignet sich pro 100 Gew.-Teile des
lium oder Natrium, enthält. Als Beispiele solcher pulverförmigen Minerals eine Menge der organischen
Minerale vom Aluminosilikattyp seien genannt· Mine- Säure von 20 bis 0,6 Gew.-Teilen bei einer spezifischen
rale vom Typ K2O AI2Oa SiO2, z.B. Orthoklas, Oberfläche von 100 bis 30 m2,g, eine Menge von 6 bis
Leucit, Kalisilit, Sanidin und Mikroklin, Minerale 0,2 Gew.-Teilen bei einer spezifischen Oberfläche von
vom Typ Na2O -Al2O;,-SiO2, z. B. Albit, Jadeit, 25 30 bis lOnv/g und eine Menge von 2 bis 0,01 Gew.-
Nephelin, Zeolithe, Carnegieit, Sodaorthoklas und Feilen bei einer spezifischen Oberfläche von 10 bis
Sodalith, sowie Minerale vom Typ Li2O-Al2O3-LiO2, 0.5 inVg. Wenn die äthylenisch ungesättigte organische
Z. B. Spodumen, Petalit und Eukryptit. Säure für die Reaktion zur Behandlung des pulver-
Diese Minerale können allein oder in Mischung förmigen Minerals im Überschuß verwendet wird, zu zwei oder mehreren verwendet werden. Kerner 30 beeinträchtigt die auf der Oberfläche der Mineralkönnen verschiedene Minerale, die die polymorphen teilchen verbleibende freie organische Säure oder ihr Formen der vorstehend genannten Minerale dar- Derivat nicht unbedingt die Vorteile der Erfindung, stellen, z. B. Carnegieit, eine polymorphe Form von Wenn jedoch die Möglichkeit besteht, daß die ther-Nephelin, sowie ferner verschiedene Berthollidver- mische Stabilität oder das Aussehen der Formteile, bindungen, z. B. Plagioklas, der durch teilweise iso- 35 die aus einer diesen aktivierten Füllstoff enthaltenden morphe Substitution des Alkalimetall mit einem Masse hergestellt worden sind, verschlechtert wird. Erdalkalimetall gebildet wird, verwendet werden. Die kann die freie organische Säure oder ihr Derivat in Kristallstruktur dieser Minerale kann entweder zum der später beschriebenen Weise durch Waschen oder dreidimensionalen Raumnetztyp oder zum Lamellen- andere Behandlungen entfernt werden, typ gehören. Diese Minerale können entweder natür- 40 Auf die Eigenschaften der im wesentlichen monoliche Minerale oder synthetisch hergestellte Minerale molekularen Schicht wird nachstehend ausführlicher sein. Der Aluminosilikatgehalt der verwendeten Mine- eingegangen. Wenn der aktivierte mineralische Füllrale beträgt vorzugsweise50"„oder mehr, insbesondere stoff in Wassc in flüssiger Form suspendiert wird, 80°n oder mehr. Wenn der Aluminosilikatgehalt nied- wird das die Schicht bildende äthylenisch ungesättigte rig i>t, sind die überraschenden Vorteile der Erfindung 45 organische Säurederivat von der Oberfläche des l'üllnicht mehr zu erwarten. Stoffs losgelöst und durch das Wasser extrahiert. Dies
I'm die Vorteile der Erfindung voll zu verwirk- deutet darauf hin, daß die Bindung zwischen der or-
lichen, liegt der mittlere Teilchendurchriesser des ganischen Säure und dem Metall auf der Oberfläche
pulverförmigen Aluminosilikatminerals vorzugsweise des Füllstoffseine ionische Bindung ist, die in Wasser
im Bereich von 0,01 bis 50 μ, insbesondere im Bereich 5° dissoziiert werden kann. Der nach Extraktion mit
von 0,1 bis 20 μ. Wasser zurückbleibende Füllstoff hat natürlich keine
Als organische Säuren werden für die mineralischen größere Verstärkungswirkung als ein unbehandelter
Füllstoffe gemäß der Erfindung ungesättigte Carbon- Füllstoff.
säuren, die eine oder mehrere äthylenische Doppel- Andererseits ist es sehr schwierig wenn nicht unbindungen, eine oder mehrere Carboxylgruppen und 55 möglich, unter milden Bedingungen die Schicht von 10 oder weniger C-Atome enthalten, verwendet. Als der Oberfläche des aktivierten mineralischen Füll-Beispiele solcher äthylenisch ungesättigten organischen Stoffs durch Extraktion mit einem wasserfreien nichtSäuren sind Acrylsäure, λ- und/oder /i-substituicrte wäßrigen Lösungsmittel zu lösen, das eine freie äthy-Derivate dieser Säuren, z. B. Methacrylsäure, Croton- Ionisch ungesättigte organische Säure und ein freies säure, Angelikasäure, Zimtsäure, Sorbinsäure und 60 Metallsalz der äthylenisch ungesättigten organischen Λ-Chloracrylsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Itacon- Säure löst. Dies bedeutet, daß die Bindung zwischen säure. Citraconsäure, Aconitsäure, Vinylessigsäure der monomolekularen Schicht und der Füllstoffober- und Allylessigsäure zu nennen. Im Rahmen der Er- fläche außer durch ionische Dissoziation mit Wasser findung werden kurzkettige Carbonsäuren bevorzugt. nicht leicht aufgebrochen werden kann. Besonders wirksam sind Acrylsäure und Methacryl- 65 Die vorstehende Erklärung kann experimentell säure. Diese organischen Säuren können allein oder durch Bestimmung der Metallionenkonzentration in als Gemisch von zwei oder mehreren verwendet wer- einer Extraktlösung durch chelatometrisehe Titration den. Es ist ferner möglich, als Vorstufe der äthyleniscli oder durch Bestimmung der Konzentration der äthy-
lenischen Doppelbindungen in einer Extraktlösung nach der Bromid-Bromat-Mclhode nachgewiesen werden. Die Anwesenheit von äthylenischen Doppelbindungen auf der Oberfläche eines aktivierten mineralischen Füllstoffs kann auch durch IR-Spektrometrie nachgewiesen werden. Die Verschiebung der Absorptionsbande der Carboxylgruppe im IR-Ahsorptionsspektrum beweist, daß die äthylenisch ungesättigte organische Säure eine starke Bindung mit dem Metallion auf der Fiillstoffoberlläche bildet. Die Absorptionsbande der Carbonylgruppe in einer freien äthylenisch ungesättigten organischen Säure erscheint in der Nähe von 1700 cm ', während die Absorptionsbande der Carbonylgruppe in einem aktivierten mineralischen Füllstoff eine Verschiebung zu einer niedrigeren Wellenzahl von 1600 cm ' oder noch niedriger zeigt.
Der aktivierte mineralische Füllstoff gemäß der Erfindung kann nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden. Bei einem dieser Verfahren setzt man ein oder mehrere der vorstehend genannten pulverförmigen Minerale mit einer oder mehreren der genannten organischen Säure in einem Mengenverhältnis im obengenannten Bereich in einem Mischer unter Bedingungen um, die wirksame Dehydratisierung ermöglichen. Verschiedene gebräuchliche Mischer für pulverförmige Materialien können verwendet werden. Besonders bevorzugt werden Hochleistungsmischer. z. B. ein Henschel-Mischer, ein Eirich-Mischer oder ein Bandmischer. Zur Verbesserung der Elerührung zwischen dem pulverförmigen Mineral und der organischen Säure ist es zweckmäßig, die letztere in zerstäubter Form einzuführen, jedoch kann sie auch in Dampfform zugesetzt werden.
Die Reaktion kann unter Normaldruck, Überdruck oder vermindertem Druck durchgeführt werden. In jedem Fall muß die Reaktion unter Ausschluß von Wasser in flüssiger Form durchgeführt werden. Wenn die Reaktion in Gegenwart von überschüssigem Wasser in flüssiger Form durchgeführt wird, ist der gewünschte aktivierte mineralische Füllstoff nicht herstellbar.
Die Reaktionstemperatur kann im Bereich von Raumtemperatur bis zur Zersetzungstemperatur der äthylenisch ungesättigten organischen Säure liegen, jedoch liegt sie im allgemeinen vorzugsweise bei 50 bis 200° C. Die Reaktionszeit beträgt im allgemeinen 1 Minute bis 2 Stunden, liegt jedoch in den meisten Fällen im Bereich von 5 bis 30 Minuten. Um Polymerisation der äthylenisch ungesättigten organischen Säure oder ihres Satzes zu verhindern, wird vorzugsweise eine geeignete Atmosphäre für die Reaktion gewählt (im Falle von Acrylsäure wird Luft oder eine Saoerstoffaimosphäre bevorzugt) oder vorher ein Polym-risationsinhibitor der polymerisied^aren organisches Säure zugesetzt. Geeignet sind die ül· lieberweise verwendeten Polymerisationsinhibitoren, ζ. Β. Hydrochinon, Methoxyhydrochinon. p-Benzochinon, Naph'hochinon und tert-Butyfcatechin. De zugesetzte Menge liegt zweckmäßig im Bereich von 0 bis 1 Gewichtsprozent, insbesondere im Bereich von 0,02 bis 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf die äthylenisch ungesättigte organische Säare.
Nach einem anderen Verfahren wird der aktivierte mineralische Füllstoff hergestellt, indem man das pulverförmiee Mineral und die äthylenisch ungesättigte organische Säure im Oberschuß in der gleichen Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren umsetzt, das Reaktionsprodukt mit einem nicht wäßrigen Lösungsmittel, das die üthylcnisch unge sättigte organische Säure und ihr Salz leicht löst wäscht, dann nitriert und trocknet, wobei ein gereinig tcs Produkt erhallen wird. Als Lösungsmittel eigner sich für dieses Verfahren niedrigsiedende Lösungs
mittel, ζ. B. Methanol. Äthanol, Propanol, Diäthyl-
äther. Aceton. Methylethylketon und Äthylacetat.
Nach einem anderen Verfahren wird der aktivierte
ίο mineralische Rillstoff wie folgt hergestellt: Man misch! das gut getrocknete pulverförmige Mineral unter Rühren mit der älhylenisch ungesättigten organischen Säure in einem nichtpolaren Lösungsmittel, 7. B. Benzol, Toluol. Xylol, Hexan, Heptan, Tetralin, Decalin, Chloroform und Tetrachlorkohlenstoff. Das Reaktionsgemisch wird durch Filtration, Waschen mit einem der genannton polaren Lösungsmittel und Trocknen gereinigt.
Der in dieser Weise erhaltene aktivierte mineralische Füllstoff wird mit verschiedenen thermoplastischen Harzen gemischt. Als thermoplastische Harze, die als eine Komponente der Harzmassen gemäß der Erfindung verwendet werden, kommen beispielsweise Polyolefine, z. B. Polyäthylen von hoher Dichte, mittlerer Dichte und niedriger Dichte, kristallines Polypropylen, kristalhne Äthylen-Propylen-Blockmischpolymerisate. Polybuten und Poly-4-methylpcnten-1, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polystyrol, Polymethylmethacrylat, Polyamide, PoIyacetale, lineare Polyester, Polyurethane. ABS-Harze, Gemische dieser Polymerisate sowie Gemische der genannten Polymerisate mit Elastomeren in Frage.
Das Kompoundieren der vorstehend genannten Matrixharze mit den erfindungsgemäßen aktivierten mineralischen Füllstoffe!·, kann nach üblichen bekannten Methoden erfolgen. Das thermoplastische Harz wird vorzugsweise als Schmelze mit dem aktivierten mineralischen Füllstoff gemischt, so daß der während des Mischens in der Schmelze gebildete Polymerrest sich mit der auf der Oberfläche des aktivierten mineralischen Füllstoffs zurückgebliebenen äthylenischen Doppelbindung verbinden kann. Zur Beschleunigung der Reaktion ist es demgemäß zweckmäßig, 0,001 bis 0.1 Gew.-n o (bezogen auf das Gesamtgemisch) einer freie Radikale bildenden Verbindung, z. B. eines organischen Peroxyds wie Dicumylperoxyd und 2,5 - Dimethyl - 2,5 - di - (tert. - butylperoxy)hexan, Azoverbindungen, z. B. Azobisisobutyronitril, und Organozinnverbindungen, z. B. Dibotylzinn(IV)-oxyd.
zuzusetzen.
Der Mengenanteil des aktivierten mineralischen Füllstoffs im Verhältnis zum thermoplastischen Harz in der Mssse kann sehr hoch bis fast zur Konzentration der dichtesten Packung liegen. Das Mischungs- verhältnis ist in Abhängigkeit vom vorgesehenen Verwendungszweck und der erforderlichen Beanspruchung der Masse zu wählen. Eine Masse mit einer erwünschten gegenseitigen Abstimmung der Eigenschaften wird erhalten, wenn die M-'sse 20 bis 80 Gew.-% thermoplastisches Harz und 80 bis 20 Gew.- % aktivierten mineralischen Füllstoff, vorzugsweise 40 bis 70Gew.-"„ des ersteren und 60 bis 30 Gew.-% des letzteren enthält. Die mit dem aktivierten mineralischen Füllston* hTgestellten Formmassen gemäß der Erfindung können gegebenenfalls andere Zusatzstoffe, z. B. Stabilisatoren, UV-Absorptionsmittel, Weichmacher, Gleitmittel, Vernetzungsmittel, VemetzungsbeschleunigeT,
Pigmente, flammwidrigmachende Mittel, Antistatika, Verdickungsmittel, Treibmittel u. dgl. enthalten.
Die Erfindung wird nachstehend ausführlich durch die Beispiele und Gczugsbeispiele beschrieben. In diesen Beispielen verstehen sich alle Teile als Gewichtsteile.
Beispiel 1
»Masuda«-Feldspat (chemische Zusammensetzung: 65,06°,, SiO2, 18,16",, ALO,, 12,18",, K2O, 3,31",, Na2O, 1,29 "o andere Bestandteile) aus der Präfektur Shimane, Japan, v/urde zu einem Pulver gemahlen, das einen mittleren Teilchendurchmesser von 2,5 μ, eine spezifische BET-Oberfläche von 3 rn2/g und cincn Feuchtigkeitsgehalt von 0,1",', hatte. Zu 100 Teilen des in einen" Henschel-Mischer gegebenen pulverförmigen Materiah,, das bei 1500C gehalten und gerührt wurde, wurden allmählich aus einer Zerstäubungsvorrichtung 0,5 Teile Acrylsäure, die 500 ppm Hydrochinon enthielt, in Form eines Nebels aufgesprüht. Nach einer Mischdauer von 30 Minuten unter Normaldruck wurde ein aktivierter mineralischer Füllstoff erhalten. Ein Teil dieses Füllstoffs wurde mit Wasser gut extrahiert. Der wäßrige Extrakt wurde zur Bestimmung der äthylenischen Doppelbindungen nach der Bromid-Bromat-Titrationsmethode analysiert, wobei festgestellt wurde, daß er 0,45 Teile eines Acrylsäurederivats, gerechnet als Acrylsäure, enthielt. Der restliche Füllstoff enthielt keinen nachweisbaren Acrylsäurerest. In einem anderen Versuch wurde ein Teil des aktivierten mineralischen Füllstoffs mit Diäthyläther eut extrahiert. Die Extraktlösung wurde wiederum mit"Wasser extrahiert. Der wäßrige Extrakt enthielt über die Nachweisgrenze hinaus keine nachweisbare freie Acrylsäure, "ermittelt durch Titration mit Natriumhydroxyd.
Eine Vormischung wurde aus 50 Teilen des in der beschriebenen Weise erhaltenen aktivierten mineralischen Füllstoffs, 50 Teilen pulverförmigem Polyäthylen von hoher Dichte mit einem Schmelzindex von 5 0 und einer Dichte von 0,97 und 0,01 Teil 2,5-Dimethyl-2,5-di(tert.-butylperoxy)hexan als radikalbildendem Mittel hergestellt. Die Vormischung wurde in einem Banbury-Mischer 3 Minuten bei einer Harztemperatur von 220"C als Schmelze durcheemengt und dann auf einem Zweiwalzenmischer zum Fell ausgewallt und granuliert. Aus der so erhaltenen Harzmasse wurden mit Hilfe einer 142-g-Spritzgußmaschine bei einer Harztemperatur von 2500C und einer Formtemperatur
von 800C Prüfkörper, die den Vorschriften
ASTM-Test-melhoden entsprachen, hergestellt.
Die physikalischen Eigenschaften der Harzmasse wurden nach den ASTM-Prüfmethoden ermittelt. Die Dauerfestigkeitseigenschaften wurden unier Verwendung eines Dauerschwingfestigkeitstesters (Hersteller Toyo Seiki Co.) bestimmt. In der Abbildung sind die S-/V-Kurven für die gemäß Beispiel 1 und Bezugsbeispiel 1 hergestellten Harzmassen dargestellt. In
ίο dieser Abbildung bedeutet 5 die Spannung und jV die Zahl der Zyklen bis zum Bruch. Die S-N-Kurvc 1 gilt für die Harzmasse von Beispiel 1, die Kurve 2 für die Harzmasse von Vergleichsbeispiel 1-1, die Kurve 3 für die Harzmasse von Vergleichsbeispiel 1-2 und die Kurve 4 für die Harzmasse von Vergleichsbeispiel 1-3.
Verglcichsbeispiel 1-1
Eine Harzmasse wurde auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise hergestellt und bewertet, mit dem Unterschied, daß das aus dem »Masuda«-Feldspat erhaltene unbehandelte Mineralpulver an Stelle des aktivierten mineralischen Füllstoffs verwendet wurde.
Vergleichsbeispiel 1-2
Auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise wurden 100 Teile gemahlenes Calciumcarbonat (mittlerer Teür chendurchmesser 2,5 μ, spezifische BET-Oberfläche 2,5 m2/g, Feuchtigkeitsgehalt 0,1 %) und 1 Teil der gleichen Acrylsäure wie im Beispiel 1 gemischt und erhitzt, um die Reaktion stattfinden zu lassen. Der Wasserdampf und das Kohlendioxyd, die während der Reaktion frei wurden, wurden vom Reaktionssystem abgezogen.
Eine Harzmasse wurde auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise hergestellt und bewertet, mit dem Unterschied, daß der in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellte reaktionsfähige Füllstoff an Stelle des aktivierten mineralischen Füllstoffs verwendet wurde.
Vergleichsbeispiel 1-3
Das bei dem im Beispiel 1 beschriebenen Versuch verwendete Polyäthylen von hoher Dichte wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, bewertet.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 genannt.
Zugfestigkeit
(kg/an=) 		. ■
Dehnung
(%) 		Biegemodul
(kg/an«) 		Izod-Ke*-
sc&lag-
zähigkeit
(cmkg/cm) 		Dauer-
biege-
versuch
(kg/an*)
Bespiel 380
2i0
390
310 		■
14
1
8
>100 		40000
42000
42000
13900 		14
2
11
6 		180
30
110
60
609 531/499
1
Vergleichsbeispiel Ϊ-Ϊ
Vergleichsbeispiel 1-2
Vergleichsbeispiel 1-3
Biegefestigkeit
(kg/an*)
550
270
510
330
Prüfmcthoden
Zugfestigkeit ASTM D-fi38
Dehnung ASTM D-63S
Biegefestigkeit ASTM D-790
Biegemodul ASTM D-790
Izod-Kerbschlagzähigkeit ... ASTM D-256
Dauerbiegefestigkeit maximale Spannung, unter der kein Bruch der Probe nach 10 Biegezyklen eintritt; ASTM D-671, Methode B, Prüfkörper des Typs I, Temperatur 20 C. Zahl der Biegezyklen: 1800/Minute
Beispiel 2 Nephelin-Syenit (chemische Zusammensetzung:
61,0°,, SiO2, 23,3",; AI2O:„ 9.8 °o Na5O, 4,6",, K2O, 1,3 °„ andere Bestandteile) von Ontario. Kanada, wurde zu einem Pulver gemahlen, das einen mittleren Teilchendurchmesser von 4,5 μ, eine spezifische BET-Oberfläche von 1,4 m2/g mid einen Feuchtigkeitsgehalt von 0,1 ",', hatte. Auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise wurden 100 Teile des Mineralpulvers und 0,3 Teile der gleichen Acrylsäure wie im Beispiel 1 gemischt und erhitzt, um die Reaktion stattfinden zu lassen, wobei ein aktivierter mineralischer Füllstoff erhalten wurde. Dieser Füllstoff enthielt 0.27 Teile eines Acrylsäurederivats, gerechnet als Acrylsäure und bestimmt nach der im Beispiel 1 genannten Bromid-Bromat-Titralionsmelhode. Bei einem anderen Versuch wurde ein Teil des aktivierten mineralischen Füllstoffs mit Diäthylälher gut extrahiert und die Extraktlösung mit Wasser extrahiert. Der wäßrige Extrakt enthielt keine nachweisbare freie Acrylsäure über die Nachwcisgrenze hinaus, ermittelt durch Titration mit Natriumhydroxyd.
Eine Vormischung wurde aus 40 Teilen des aktivierten mineralischen Füllstoffs und 60 Teilen Grantilat von Nylon 66 mit einem mittleren Molekulargewicht von 24 000 hergestellt. Die Vormischung wurde mit einem Extruder bei einer Harztemperatur von 285 C stranggcprcßt und granuliert. Aus der so erhaltenen llarzmasse wurden durch Spritzgießen bei einer Harzlempcratur von 285 C und einer Formtemperatur von 80 C Prüfkörper hergestellt. Diese Prüfkörper wurden auf die im Beispiel 1 beschriebe Weise getestet. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 2 genannt. Zur Ermittlung der Wasserbeständigkeit wurden die Prüfkörper 100 Stunden in Wasser von 23 C gehalten, worauf die Wasserabsorption (Gewichtszunahme in °0) und die Biegefestigkeit bestimmt wurden.
Vergleichsbeispiel 2-1
Eine Harzmasse wurde auf die im Beispiel 2 beschriebene Weise hergestellt und geprüft, mit dem Unterschied, daß das aus dem Nephelin-Syenit erhaltenc pulverförmige Mineral als solches an Stelle des aktivierten mineralischen Füllstoffs verwendet wurde.
Vergleichsbeispiel 2-2
Das bei dem im Beispiel 2 beschriebenen Versucl· verwendete Nylon 66 wurde in der dort beschriebener Weise bewertet.
Tabelle 2
Beispiel 2 Verglcichsbeispicl 2-1 Vergleichs
beispiel 2-2
Zugfestigkeit, kg/cm2*) 930 850 890
Dehnung, %*) 4 1 17
Biegefestigkeit, kg/cm2*) 1400 1 100 1250
Biegemodul, kg/cm2*) 58 000 57 000 32 000
Izod-Kerbschlagzähigkeit, cmkg/cm*) 4 3 4
Dauerbiegefestigkeit, kg/cm2*) 410 210 220
Wasserbeständägkeit**)
Wasserabsorption, % 1,0 1,2 2,2
Biegefestigkeit, kg/cm2 1150 790 720
*) Prüfkörper trocken wie gepreßt ··) Prüfkörper 100 ShL m Wasser von 23°C gehalten.
Beispiel 3
Der bei dem im Beispiel 2 beschriebenen Versuch verwendete Nephelin-Syenit mit einem Brecfaungsindex (n°) voa 1,53 und ein Polyäthylen von hoher Dichte mit einem Brechungsindex von 1,53, einem Schmelzindex von 1,0 and einer Dichte von 0,953 wurden verwendet.
Ein Gemisch wurde aus 50 Teilen des gemäß Bei spiel 2 hergestellten aktivierten mineralischen FuB Stoffs, 50 Teilen des Polyäthylens von hoher Dicht und 0,01 Teil des gleichen radikaibadenden Mittel wie im Beispiel 1 hergestellt. Die Vormischung wurdi als Schmelze in einem Banbury-Mischer bei eine HarztemperatUT von 2200C 3 Minuten dujehgemisehl auf einem Zwerwalzenmischer zum Fefl ausgewafz
und granuliert. Aus der hierbei erluihencn Harzmasse wurden Prüfkörper gemäß den ASTM-Prüfmethodcn gepreßt. Die physikalischen Eigenschaften der Prüfkörper wurden auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise ermittelt.
Eine Folie von 0,1 mm Dicke wurde aus der in der beschriebenen Weise hergestellten Harzmasse gepreßt und auf Lichtdurchlässigkeil und Trübung mit Hilfe eines Lichtdurchlässigkeits-Meßgcräts vom »Imegiating-spherc«-Typ nach der Methode JIS K 6714 geprüft. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 3 genannt. Die Folie zeigte sehr gute Transparenz, während eine Folie aus der gemäß Vcrgleichsbeispiel 1-2 hergestellten Harzmasse, in der gemahlenes Calciumcarbonat verwendet wurde, undurchsichtig war. Zur Bewertung der Wasserbeständigkeit wurde eine Folie 40 Stunden in kochendem Wasser (100 C) gehalten und im Vergleich zu einer trockenen Probe auf Reißfestigkeit geprüft.
Vergleichsbeispiel 3-1
Auf die im Beispiel 3 beschriebene Weise wurde eine Harzmasse hergestellt und geprüft, mit dem Unterschied, daß das aus dem Nephelin-Sycnit erhaltene unbehandelte pulvcrförmige Mineral als solches an Stelle des aktivierten mineralischen Füllstoffs verwendet wurde.
Vergleichsbeispiel 3-2
Das gleiche Polyäthylen \on hoher Dichte wie im Beispiel 3 wurde geprüft.
Vergleichsbeispiel 3-3
Auf die im Beispiel 3 beschriebene Weise wurde eine Harzmasse hergestellt und geprüft, mit dem Unterschied, daß das gemäß Vergleichsbeispiel 1-2 behandelte Calciumcarbonat an Stelle des aktivierten Füllstoffs verwendet wurde (s. DT-AS 22 62 126).
Vergleichsbeispiel 3-4
100 Teile Chrysotil-Asbesl mit einem Durchmesser von 0,025 μ, einer spezifischen BET-Oberfläche von 3Om2Zg und einem Feuchtigkeitsgehalt von 1,5",, wurden in einem Erdölkohlcnwasserstoff auf 12C bis 130 C erhitzt. Dem erhitzten Gemisch wurden 10 Teile Acrylsäure zugesetzt. Das Gemisch wurde I Stunde gerührt. Der Asbest wurde abiiltriert, mil ίο Benzol gewaschen und unter vermindertem Druck bei 130 C getrocknet. Unter Verwendung des in diesel Weise behandelten Füllstoffs wurde auf die im Beispiel 3 beschriebene Weise eine Harzmasse hergestelli und geprüft (s. US-PS 33 04 197).
Vergleichsbeispiel 3-5
In einem Henschel-Mischer wurden 100 Teile basisches Magnesiumcarbonat mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,4 μ, einer :pc/ifischen BET·
so Oberfläche von 6,3 m2/g und einem Feuchtigkeitsgehalt von 2,1",', und 4 Teile Acrylsäure 10 Minuter bei Raumtemperatur (20C) gemischt. Unter Verwendung des λο behandelten Füllstoffs wurde auf die im Beispiel 3 beschriebene Weise eine Harzmassc hergestellt und geprüft (s. US-PS 36 94 403).
Vergleichsbeispiel 3-6
100 Teile des im Beispiel 2 genannten Nepheün Syenit wurden unter den im Beispiel 1 genannter Bedingungen im NL-Strom mit 0,3 Teilen Acrylsäure die keinen Polymerisationsinhibitor enthielt, behan delt. Bei der Bromid-Bromat-Titration des auf diesi Weise aktivierten Füllstoffes wurde keine aus de Acrylsäure stammende Doppelbindung festgestellt Im IR-Spektrum des Füllstoffs wurde aber Acrylat polymerisat festgestellt. Der Verbrennungsverlust de: Füllstoffes entsprach 0,29 Teilen eines organischer Restes, bezogen auf Acrylsäure. Bei Verwe'ndunj dieses Füllstoffes wurde eine Preßmasse erhalten, derei Eigenschaften ebenfalls in der Tabelle 3 aufgeführ sind.
Tabelle 3
Beispiel 3 Vergleichs- Vergleichs- Vergleichs- Vergleichs- Vergleichs- Vergleichs beispic! beispiel bcispiel beispiel beispiel beispiel 3-1 3-2 3-3 3-4 3-5 3-6
Mechanische Eigenschaften Zugfestigkeit, kg/cm2 Dehnung, % Biegefestigkeit, kg/cm* Biegemodul, kg/cm2 Izod-Kerbschlagzähigkeit, cmkg/cm Dauerbiegefestigkeit, kg/cm2
Optische Eigenschaften Lichtdurchlässigkeit, % Trübung, %
Wasserbeständigkeit Einreißfestigkeit, g*) 0 Stunden 40 Stunden
♦ϊ ASTM D-1938.
360 220 260 _ 360 270 350 260
40 5 100 33 2 11 13
460 250 280 440 350 380 320
34 000 35 000 11000 33 000 46 000 39000 34000
46 3 38 46 6 12 10
210 50 60 150 80 100 140
87 86 87 27 31 86 87
29 31 35 93 89 23 30
200 70 170 60 110 140
280 60 140 40 50 160
Beispiel 4
Harzmassen wurden auf die im Beispiel 3 beschriebene Weise hergestellt und auf ihre physikalischen
Eigenschaften geprüft, wobei jedoch verschiedene 5 mol gemischt wurden. Die erhaltenen Ergebnisse sind ungesättigte organische Säuren, die in Tabelle 4 ge- in Tabelle 4 genannt.
nannt sind, an Stelle von Acrylsäure für die Herstellung des aktivierten mineralischen Füllstoffs verwendet wurden, wobei feste Säuren mit dem pulverförnaigem Mineral als Suspension oder Lösung in Ätha-
Tabelle 4
Organische Säure Zugfestig- Dehnung Biegefestig- Biegemodul
keit keit
(kg/cm*) (%) (kg/cm4) (kg/cms)
Izod-Kerbschlagzähigkcit
(cnikg/cm)
Beispiel 4-1 3-1 Methacrylsäure 310 11 350 34 000 25
Beispiel 4-2 Bei Crotonsäure 270 9 340 35 000 11
Beispiel 4-3 Sorbinsäure 300 16 370 34 000 16
Beispiel 4-4 Maleinsäure 270 8 340 35 000 9
Beispiel 4-5 haconsäure 260 9 330 36 000 10
Vergleichsbeispiel — 220 5 250 35 000 3
spiel 5 Vergleichsbeispiel 5
Harzmassen wurden auf die im Beispiel 3 beschriebene Weise hergestellt und auf ihre physikalischen Eigenschaften geprüft mit dem Unterschied, daß verschiedene Polyolefine, die in Tabelle 5 genannt sind, an Stelle von Polyäthylen von hoher Dichte verwendet wurden.
Harzmassen wurden auf die im Beispiel 5 beschriebene Weise hergestellt und geprüft mit dem Unterschied, daß das unbehandelte pulverförmige Mineral an Stelle des aktivierten mineralischen Füllstoffs verwendet wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle .'i ge-
40 nannt.
Tabelle 5
Polyolefin Zug Dehnung Biege Biege Izod·
festig festig modul Kerb
keit keit schlag
zähigkeit
(kg/cm«) (%) (kg/cma) (kg/cm1) (cmkg/cm)
Beispiel 5-1
Beispiel 5-2
Beispiel 5-3
Vergl.-Beispiel 5-1
Vergl.-Beispiel 5-2
Vergl.-Beispiel 5-3
Polyäthylen von niedriger Dichte Kristallines Polypropylen
Kristallines Äthylen-Propylen-Blockmischpolymerisat
Polyäthylen von niedriger Dichte Kristallines Polypropylen
Kristallines Äthylen-Propylen-Blocfcmischpolymerisat
145 48 210 5 500 32
410 9 630 41000 3,1
300 12 490 32 000 7,2
120 12 170 5000 9
290 2 480 42 000 1,7
230 4 350 30 000 2,8
*) Polyäthylen von niedriger Dichte: Schmelzindex 1,6, Dichte 0,92. ·) Kristallines Polypropylen: Schmelzindex 2,8, Dichte 0,91.
·) Kristallines Äthylen-Propylen-Blockmischpolymerisat: Schmelzindex 2,0, Äthylengehalt 20%.
Beispiel 6
Beispiel 2 hergestellten aktivierten mineralischen Füll-65 stoffs hergestellt. Aus der erhaltenen Masse wurden Eine Vinylchloridharzmasse wurde in einem Ban- Prüfkörper gepreßt, deren physikalische Eigenschaften bury-Mischer bei 175°C aus den nachstehend ge- auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise ermittelt nannten Bestandteilen unter Verwendung des gemäß wurden.
15 16 '
Zusammensetzung Die aktivierten mineralischen Füllstoffe gemäß der
Aktivierter mineralischer Erfindung können den verschiedensten thermopla-
Füllstoff 200 Teile stischen Harzen in hohen Konzentrationen zugemischt
Polyvinylchlorid,' Polymeri- werden und ™^*α den erhaltenen Formmassen
sationsgrad 1050 5 ausgezeichnet aufeinander abgestimmte physikalische
(Geon 103 FP Hersteller Eigenschaften wie Festigkeit, Steifigkeit, Schlagzähig-
The Japanese Geon Co.) 100 Teile **· Wärmebeständigkeit usw Ferner verleihen sie
Dioctylphthalat 10 Teile den Formmassen erheblich verbesserte Dauerschwing-
Tricresylphosphat' YYYYYYYYYYYY. 20Teile festigkeiten, so daß diese Formmassen in das Gebiet
Chloriertes Paraffin 10 Teile to der i«nkt«°nellen mechanischen Bauteile wie Zahn-
Bleistearat 1 Teil räder, Lager u. dgl. eintreten, wo Formmassen, dte
Bleiweiß 2 Teile übliche mineralische Füllstoffe enthalten, bisher als
Dicumylperöxyd YYYYYYYYYYYY. 0,03Teile ungeeignet angesehen wurden. Die Formmassen gemäß der Erfindung zeigen ferner eine geringere Ver-
Vergleichsbeispiel 6 15 schlechterung der physikalischen Eigenschaften durch
Eine Harzmasse wurde auf die im Beispiel 6 be- Absorption von Wasser, eine Neigung die Harz-
schriebene Weise hergestellt und auf ihre physika- massen' d/e «Miete anorgan«che Füllstoffe in hohen
lischen Eigenschaften geprüft mit dem Unterschied. Konzentrationen enthalten, im allgemeinen gemein-
daß das unbehandelte pulverfcrmige Mineral als samist.
solches an Stelle des aktivierten mineralischen Füll- 2(1 Da fcrnei: ™£ mineralische füllstoffe, die als Aiis-
stoffs verwendet wurde. Die erhaltenen Ergebnisse P>ngsmatenal fur d.c aktivierten FuIIsIOfT1C gemäß
sind in Tabelle 6 genannt. der Erfindung geeignet s.nd Brechungsindices auf-
weisen, die denen der verschiedenen thermoplastischen
Tabelle 6 Harze nahekommen, ist es möglich, einen aktivierten
Hcispicie Vergleichs- 35 mineralischen Füllstoff zu wählen, der den gleichen
bcispicl 6 Brechungsindex wie ein thermoplastisches Harz hat,
Zugfestigkeit, kg/cm* 450 270 so daß die erhaltene Formmasse erheblich vcrbcs-
Dehnune "' : 3° 18 serte Transparenz sowie ausgezeichnet aufeinander
, .' ,''". . , . 7 ~," . abgestimmte physikalische Eigenschaften aufweist.
Biegefestigkeit, kg/cm* .· 710 640 3„ wie vorslchcnd dargelegt, können die aktiven
Biegemodul, kg/cm2 ; 41000 42 000 mineralischen Füllstoffe gemäß der Erfindung, die
Izod-Kerbschlagzähigkeit. 4.2 3,2 ein weites Anwendungsgebiet Imben, leicht und wirt-
cmkg/cm schaftlich hergestellt werden
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

stoffe mit den organischen Stoffen gemischt werden, Patentansprüche: haben die aus diesen kompoundierten Massen her gestellten Formteile zwar verbesserte Steifigkeit, Härte
1. Preßmassen, enthaltend ein thermoplastisches und Kriechfestigkeit, jedoch weisen sie auf Grund Harz tmd 80 bis 20Gew.-"„ eines aktivierten 5 schlechter Verträglichkeit und aus anderen Gründen jnineralischen Füllstoffs mit einem mittleren Teil- Nachteile, wie verschlechterte Zähigkeit und Duktilität chendurchmesser von 0,01 bis 50 μ, der aus Teil- oder Bildsamkeit, auf. Besonders bei mit diesen anchen wenigstens eines Minerals besteh:, wobei die organischen Füllstoffen gefüllten thermoplastischen Oberflächen der Teilchen monomolekular mit Harzen wird die Schlagzähigkeit und Dehnung der wenigstens einer äthylenisch ungesättigten organi- io aus den erhaltenen Formmassen hergestellten Formschen Säure bedeckt sind, die 10 oder weniger teile so schlecht, daß diese praktisch unbrauchbar C-Atome enthält und an die Metallionen auf den sind. Ferner sind ihre Dauerfestigkeitseigenschaften Oberflächen der Teilchen gebenden ist und deren im Vergleich zu dem ungefüllten Harz so gering, daß äthMlenische Doppelbindungen reaktionsfähig blei- die Formteile für die Verwendung in funktionellen ben, dadurch gekennzeichnet, daß 15 Elementen, die wiederholten zyklischen Beanspruchundas Mineral vom Aluminosiltkaltyp ist und Alkali- pen imleriicgen. völlig ungeeignet sind, metallionen als Kationen in seiner Kristallstruktur /war wurden schon verschiedene Methoden vorenthält, geschlagen, um die vorstehend genannten Nachteile
2. Preßmassen nach Anspruch 1. dadurch gc- zu mildern und den anorganischen Füllstoffen durch kennzeichnet, daß das Mineral vom Aluniino- 20 eine Oberflächenbehandlung beispielsweise mit obersilikattypein Mineral vom Typ K,O AI2O3 -SiO,. fiächenakliven Mitteln, höheren Fettsäuren oder ihren Na20—Al2Os—SiO2 oder Li2O·-" AUV-SiO. ist. Melallsalzen gute Dispcrgierbarkeit und Verstärkungs-
3. Preßmassen nach Anspruch 1," dadurch" ge- fähigkeit zu verleihen, jedoch ist die erreichte Verkennzeichnet, daß das Mineral Nephelin oder besserung der Dispergierbarkeit nur teilweise und im Orthoklas ist. 25 Verstärkungsvermögen so gering, daß sie nicht als
4. Preßmassen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch Verbesserung bezeichnet werden kann, gekennzeichnet, daß die äthylenisch ungesättigte Gemäß einem früheren Vorschlag wird ein reakorganische Säure Acrylsäure, Methacrylsäure, Cro- tionsfähiger Füllstoff mit neuartigen Eigenschaften tonsäure. Zimtsäure, Sorbinsäure, \-Chloracryl- erhalten, wenn eine pulverförmige anorganische Subsäure, Maleinsäure, Itakonsäure, Vinylessigsäure 30 stanz aus der aus Carbonaten, Hydroxyden und Oxy- und/oder Ailylessigsäure ist. den von Metallen der Gruppen II und III des Perioden-
5. Verfahren zur Herstellung von Preßmassen systems bestehenden Gruppe mit einer organischen na~h Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet. Säure unter Entfernung des entwickelten Wassers daß man das Gemisch aus dem aktivierten mine- umgesetzt wird. Ein Verfahren zur Herstellung einer rauschen Füllstoff gemäß Anspruch 1 und einem 35 Harzmasse mit ausgezeichneten mechanischen, therthermoplastischen Harz durch Erhitzen zur Reak- mischen und anderen Eigenschaften durch Mischen tion bringt. eines thermoplastischen Harzes mit einem reaktions-
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn- fähigen Füllstoff ist in der DT-AS 22 62 126 beschriezeichnet. daß man in dem Gemisch organische ben. Diese Harzmasse weist zwar eine wesentlich Peoxyde, Azoverbindungen oder Organozinnvcr- 40 verbesserte Zähigkeit und Duktilitit auf. jedoch genügt bndungen als freie Radikale bildende Mittel zur die Verbesserung der Dauerfestiakeitseig^nschaften Beschleunigung der Reaktion verwendet. nicht, um die Formmasse ohne Schwierigkeiten für
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch funktionell mechanische Teile zu verwenden. Ferner gekennzeichnet, daß man eine äthylenisch unge- besitzt diese Harzmasse noch keine ausgezeichnete sättigte organische Säure verwendet, der ein Poly- 45 Transparenz und neigt noch zur Verschlechterung der merisationsinhibitor zur Verhinderung der Poly- physikalischen Eigenschaften durch Absorption von merisation zugesetzt worden ist. Wasser. Diese Neigung ist im allgemeinen Harzmassen, die anorganische Füllstoffe in hohen Konzentrationen enthalten, gemeinsam.
50 Die in der US-PS 33 04 197 beschriebene Harzmasse
weist verbesserte Verträglichkeit, jedoch ungenügende Zähigkeit, Bildsamkeit und Dauerfestigkeitseigenschaf-
Die Erfindung betrifft ein Stoffgemisch, das einen ten im Vergleich mit der Harzmasse gemäß der Erauf einem Mineral basierenden aktivierten Füllstoff, findung auf. Die in der US-PS 36 94 403 beschriebene der hauptsächlich aus einem in besonderer Weise be- 55 Harzmasse hat sowohl verbesserte Transparenz als handelten Aluminosilikatmincral besteht und ein auch Zähigkeit, jedoch eine schlechte Oberflächenthermoplastisches Harz enthält. Wenn es unter Ein- bcschaffenheit der daraus hergestellten Formteile und wirkung von Wärme gemischt und dann gepreßt ungenügende Wasserbeständigkeit im Vergleich zu oder geformt wird, bildet das Stoffgemisch wertvolle der Harzmasse gemäß der Erfindung. Formteile, die vor allem in der Zähigkeit, Feuchtig- 60 Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Nachteile kcitsbcständigkeit,inden Daucrfcstigkcitsei^enscliiften der bekannten Harzmassen auszuschalten und Preß- und in der Transparenz wesentlich verbessert sind. massen verfügbar zu machen, die ein Harz und einen
Es sind zahlreiche anorganische Füllstoffe, z. B. aktivierten anorganischen Füllstoff enthalten und sich
Siliciiimdioxyd, Ton, Talkum, Calciumcarbonat, Gips zu Formteilen mit ausgezeichneter Steifigkeit, Zähig-
und Aluminiiimhydroxyd, bekannt, die den vcrschie- 65 keit und Duktilität und gleichzeitig wesentlich ver-
dcnsten organischen Stoffen, z.B. thermoplastischen besserten Dauerfestigkcitseigenschaften, wesentlich ver-
Harzen, hitzehärtbaren Harzen und Kautschuken, besserter Wasserbeständigkeit und zuweilen Trans-
zugemischt werden. Wenn diese anorganischen Püll- parenz verarbeiten lassen.
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