DE3021776C2 - Formmasse aus einem oder mehreren Polyolefinharz(en) und deren Verwendung zur Herstellung von Formkörpern - Google Patents
Formmasse aus einem oder mehreren Polyolefinharz(en) und deren Verwendung zur Herstellung von FormkörpernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Formmassen aus Poiyolefinharzen. Sie betrifft insbesondere Formmassen zur
Herstellung von Formkörpern, die hauptsächlich aus Polypropylen und Pflanzenfasern bestehen.
Polyolefinharze, die anorganische Füllstoffe, wie Asbest, Talkum oder Kaliumcarbonat enthalten, sind
als Rohmaterialien zum Spritzgießen bekannt Weiterhin sind auch solche, die organische Materialien, wie
Holzmehl oder Mischungen aus Holzmehl und Glasfasern, enthalten, bekannt
So werden in der DE-OS 26 58 810 holzmehlgefüllte Polyolennformmassen mit verbesserten mechanischen
Eigenschaften beschrieben, bei denen man Holzteilchen mit einem Pfropfpolymerisat aus einem Olefinpolymerisat, auf welches eine monoethylenisch ungesättigte
Monocarbonsäure aufgepfropft ist, vermischt. Aus DE-OS 17 69178 sind Formmassen bekannt, die aus
einer Mischung aus feinteiligem Holz und Polypropylen bzw. Mischungen von Polypropylen mit Polyethylen
oder Copolymerisaten des Ethylens bestehen. In der DE-OS 19 56 625 werden gleichfalls Formmassen aus
feinteiligem Holz und Olefinpolymerisaten beschrieben, die neben Olefinpolymerisaten ein Polyethylenwachs
enthalten. Schließlich sind holzmehlhaltige Thermoplastformmassen für Spritzgieß- oder Hohlkörperblasverfahren auch aus der DD-PS 1 20 204 bekannt.
Die physikalischen Eigenschaften, insbesondere die so mechanischen Eigenschaften und die Verformbarkeit
solcher Harze ist jedoch häufig problematisch und ebenso auch die Erzielung einer guten Dimensionsstabilität. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, Formmassen
auf Basis von Poiyolefinharzen zu zeigen, die homogen eine Reihe von Komponenten eingearbeitet enthalten,
und die besonders gut verformbar sind und eine hohe Dimensionsstabilität und gute Festigkeitseigenschaften
aufweisen. Diese Aufgabe wird durch Formmassen gemäß dem Patentanspruch t gelöst so
Die erfindungsgemäßen Formmassen sind besonders zur Herstellung von Formkörpern nach dem Spritzgußverfahren geeignet.
Polyolefinharze sind insbesondere Polypropylen mit hauptsächlich is«·· taktischer Struktur, Polyethylen niedriger Dichte, Polyethylen hoher Dichte, Copolymere aus
Ethylen oder Propylen mit anderen Olefinen und Mischungen davon, wobei hauptsächlich aber Propylen
poljrmere geeignet sind
Nachfolgend wird Kolophonium stellvertretend für haraförmjge Rückstände aus der Rohterpentindestination genannt Diese Materialien haben Erweichungspunkte oder Schmelzpunkte im Bereich von 50 bis
1300C Andere harzförmige Rückstände aus der
Rohterpentindestillation sind beispielsweise hydriertes Kolophonium, disproportioniertes Kolophonium, GIyzeride von Kolophonium und maleinsäuremodifiziertes
Kolophonium.
Petrolharze erhält man durch Polymerisation einer Mischung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen aus
der Petroleumraffination oder aus dem Kracken von Petroleum in Gegenwart eines Katalysators. Sie haben
Erweichungspunkte im Bereich von 60 bis 1200C und
ähnliche physikalische Eigenschaften wie Kolophonium oder dessen Derivate.
Weichmacher sind solche, die hauptsächlich als Weichmacher für Polyolefine verwendet werden.
Typische Beispiele hierfür sind Butylstearat und Polyisobutylen, aber außerdem sind auch Phthalate von
höheren Alkoholen, die als Weichmacher für Polyvinylchloridharze bekannt sind, geeignet
Als Pflanzenfasern kommen beispielsweise feinvermahlene Pulpe, feinvermahlener Papierabfall aus
Zeitungen, Magazinen, Wellpappe und dergleichen, sowie feinvermahlene Vliese und Baumwollstoffe in
Frage und können hinsichtlich der Kosten mit Vorteil verwendet werden.
Die Faserlänge hängt von der Art des verwendeten Papiers und dergleichen ab, jedoch ist es erforderlich,
d?ß die Feinvermahlung oder die Pulverisierung so weit durchgeführt wird, daß die Fasern von Bindungen
untereinander befreit sind Das Feinvermahlen oder Pulverisieren der Fasern kann vorteilhaft durchgeführt
werden, indem man diese Materialien, nachdem man sie zu geeigneten Größen zerkleinert hat, in einem
Turboschneider in trockenem Zustand zerkleinert Im allgemeinen sollen die Faserlängen in einem Bereich
von 300 μίτι oder weniger und der Faserdurchmesser in
einem Bereich von 30 μπι oder weniger eingestellt sein.
Als anorganische Füllstoffe kommen solche, die üblicherweise verwendet werden, z. B. Kaliumcarbonat, Magnesiumsilikat Aluminiumsilikat, Bariumsulfat
oder Kalziumsulfat in Frage. Solche mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 μπι oder
weniger werden bevorzugt
Als synthetische Kautschuke sind beispielsweise Ethylen/Propylen-Kautschuk (EPR), Ethylen/Propylen/
Terpolymere, enthaltend eine dritte Komponente, Butylkautschuk und Polybutadienkautschuk geeignet.
Zum gleichmäßigen Abmischen der verschiedenen Mischungsmaterialien mit den Poiyolefinharzen können
die allgemein bekannten Verfahren und Vorrichtungen, wie sie zum Abmischen von Harzen mit Füllstoffen
verwendet werden, eingesetzt werden. Solche Vorrichtungen sind z. B. Banbury-Mischer, Walzenmischer,
Kneter, Extruder schnellaufende Walzenmischer oder Kombinationen solcher Vorrichtungen. Werden Materialien verwendet, die man erhält durch Vermischen von
Pfanzenfasern mit einem Polyolefinharz ohne Zusatz von Kolophonium oder einem Weichmacher, so kann
man in der Praxis fast keine gleichmäßigen Dispersionen der Pflanzenfasern erhalten und die Festigkeit und
dergleichen sind wegen der schlechten Affinität zwischen dem Polyolefinharz und den Pflanzenfasern
gering; die Materialien haben keine gleichmäßige Qualität und ihre praktische Anwendbarkeit ist
entsprechend schlecht.
Die Dispergierbarkeit der Pflanzenfasern und die Bindungsfestigkeit an das Polyolefinharz wird durch die
Kombination mit einem Kolophonium oder einer ähnlichen Substanz und einem Weichmacher verbessert.
Eine Gesamtmenge an Kolophonium und dergleichen und an Weichmacher von 1,0% reicht schon aus.
Die Menge an Pflanzenfaser, die in die erfindungsgemäße Mischung eingearbeitet wird, liegt im Bereich von
15 bis 60% und vorzugsweise 20 bis 55%. Eine Menge unterhalb 15% ergibt nur eine geringfügige Verbesserung
hinsichtlich der Festigkeit, Dimensionsstabilität, Wärmebeständigkeit und Anstreichfähigkeit Eine Menge
oberhalb 60% verschlechtert die Fließfähigkeit selbst dann, wenn man einen Weichmacher zugibt und ergibt
Probleme hinsichtlich der Verformbarkeit und außerdem werden auch bröckelige Produkte gebildet
Werden Pflanzenfasern und anorganische Füllstoffe gleichzeitig eingemischt, so kann man eine Verbesserang
hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften, z. B.
der Fiammbeständigkeit, der Härte und der Wärmbeständigkeit erzielen. Durch die Zugabe einer geringen
Menge eines anorganischen Füllstoffes kann man eine Verbesserung der Dispergierbarkeit der Pflanzenfasern
feststellen und infolgedessen wird auch die Schlagfestigkeit erhöht Die Menge an einzumischenden anorganischen
Füllstoffen liegt im Bereich von 1 bis 30%. Falls man eine Verbesserung der Dispergierbarkeit der
Pflanzenfasern bezweckt, kann schon eine relativ geringe Menge an Füllstoffen wirksam sein, wenn man
jedoch eine Verbeitsrung der physikalischen Eigenschaften
beabsichtigt, so sind relati" große Mengen bevorzugt Auf jeden Fall soll das Ve/hältnis des
Füllstoffes zur Pflanzenfaser im äußersten Fall 1 :1 betragen. Werden mehr anorganische füllstoffe zugegeben,
so gehen die Vorteile der erfindungsgemäßen Mischungen, wie die Dimensionsstabilität, verloren.
Wird ein synthetischer Kautschuk in die Mischungen eingemischt, so wird die Wärmebeständigkeit etwas
vermindert, aber die Schlagfestigkeit wird verbessert Die Menge des gegebenenfalls zugefügten Kautschuks
liegt im Bereich von 1 bis 10%. Mengen unterhalb von 1% sind wenig wirkungsvoll. Mengen oberhalb von 10%
erniedrigen die Wärmebeständigkeit und außerdem nimmt der Grad des Formschrumpfes ab. In diesem Fall
ist außerdem die Verbesserang hinsichtlich der Schlagfestigkeit durch synthetischen Kautschuk wirksamer
aufgrund der Gegenwart von Additiven, wie Kolophonium als in dem Fall, wenn diese Additive nicht zugegeben
werden. Es ist naheliegend, daß die physikalischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Zusammenset-
zungen durch die Auswahl des als Basis verwendeten Polyolefinharzes gegeben werden und außerdem auch
durch die Auswahl der Menge der zugemischten Füllstoffe, Legt man Gewicht auf Wärmebeständjgkeit
und Festigkeit, so ist Polypropylen geeignet, während
man im Falle einer Biegsamkeit eine geringe Menge eines niedrigdichten Polyäthylens einmischen kann.
Die erfindungsgemäßen Formmassen können in übliche. Weise, wie Extrusionsverformung oder Spritzgießen
verformt werden, sind aber besonders auch zum Tiefziehen von Platten geeignet Sie können vorteilhaft
z.B. für Innenteile von Automobilen und für Lautsprecherteile
verwendet werden, weil sie außerordentlich dimensionsstabil und auch gut anstreichbar sind,
Beispiele 1 und 2 und Vergleichsbeispiel
Die nachfolgenden Bestandteile wurden in den in
Tabelle 1 angegebenen Mengen miteinander vermischt Als Polyolefinharz wurde eine Mischung aus einem
Polypropylen-Blockcopolymer mit einem Schmelzindex von 3,0 und einem Ethylengehalt von 8,0 Gew.-% und
einem hochdichten Polyethylen mit einem Schmelzindex von 0,4 und mit 2,5 Ethylenverzweigungen pro 1000
Kohlenstoffatomen verwendet; als Weichmacher wurde Butylstearat und als kolophoniumartige Verbindung ein
Esterharz (ein Glyzerinester von Kolophonium) sowie ein handelsübliches Petroiharz verwendet
Als Pflanzenfaser wurden mit einem Turboschneider fein pulverisierte Zeitungen verwendet Die abgemischten
Materialien wurden in einem Kneter auf 170" C
erhitzt Nach dem Schmelzen der Polyolefinharze und .deren Eindringen in die Pflanzenfasern wurde die
Extrusion bei einer Harztemperatur von 1900C
durchgeführt, wobei man Granulate erhielt Testproben
unter Verwendung der so hergestellten Granulate zur Feststellung der physikalischen Eigenschaften wurden
durchgeführt und werden in Tabelle 1 gezeigt Für Vergleichszwecke wird eine Zusammensetzung gezeigt,
die nicht der erfindungsgemäße,- Zusammensetzung genügt, d.h. eine erste Zusammensetzung aus einem
Polyolefin und nur Pflanzenfasern (Vergleichsbeispiel 1), eine zweite Zusammensetzung, die man erhält
durch Zugabe von Butylstearat, zu der ersten Zusammensetzung (Vergleichsbeispiel 2) und eine dritte
Zusammensetzung, die man durch Zugabe eines Petrolharzes zu der ersten Zusammensetzung anstelle
eines Weichmachers (Vergleichsbeispiel 3) erhält, sowie eine vierte Zusammensetzung aus Polypropylen (60%)
und Talkum als anorganischem Füllstoff (40%) (Vergleichsbeispiel 4). Die physikalischen Eigenschaften
wurden gemessen und werden in Tabelle 1 gezeigt
| Beispiele | 2 | Vergleichsbeispiele | 2 | 3 | 4 | |
| 1 | 1 | |||||
| Mischverhalten (Gew.=%) | 38 | 38 | 38 | 50 | ||
| Polypropylen | 38 | 10 | 40 | 10 | 10 | |
| hochdichtes Polyethylen | 10 | 50 | 10 | 50 | 50 | |
| Pflanzenfasern | 50 | 1 | 50 | 2 | - | Talkum 40 |
| Butylstearat | 1 | - | - | - | 2 | |
| Petroiharz | 1 | 1 | - | _ | _ | |
| Kolophoniumharz | - | _ | ||||
Fortsetzung
| Beispiele | 2 | Vergleichsbeispiele | 2 | 3 | 4 | |
| 1 | 1 | |||||
| Physikalische Eigenschaften*) | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 1,25 | ||
| Dichte (g/cm3) | 1,12 | 335 | 1,12 | 253 | 270 | 325 |
| Reißfestigkeit (kg/cm2) | 334 | 4 | 230 | 4 | 4 | 7 |
| Dehnung (%) | 5 | 3,4 | 3 | 2,9 | 3,5 | 4,3 |
| Biegemodul (x IQ4 kg/cm2) | 3,3 | 3,1 | 3,3 | 2,9 | 2,8 | 3,0 |
| Izod-Schlagfestigkeit (kg · cm/cm2) | 3,4 | 136 | 2,7 | 128 | 130 | 140 |
| Wärmeformbeständigkeit (0C) | 135 | 0,45 | 138 | 0,44 | 0,39 | 1,04 |
| Formschrumpf (%) | 0,41 | 0,43 | ||||
*) Gemessen gemäß JIS.
Aus Tabelle 1 wird ersichtlich, daß die Formmassen, die man durch Vermischen von 50 Gew.-% Pflanzenfasern
erhält, einen Formschrumpf von weniger als der
Hälfte gegenüber einer Zusammensetzung hat, die man erhält durch Vermischen von 4OGew.-°/o Talkum als
anorganischem Füllstoff und daß man infolgedessen eine große Verbesserung erzielt Bei den Formmassen,
bei denen Pflanzenfasern eingemischt wurden und bei der man einen Weichmacher allein einmischt, oder bei
einer Formmasse, bei der ein Petrolharz aliein zugemischt wurde (Vergleichsbeispiele 2 und 3) werden
keine Verbesserungen der physikalischen Eigenschaften erzielt während in den Beispielen 1 und 2, bei denen ein
Weichmacher und ein Petrolharz oder ein Kolophoni-
umderivat gleichzeitig verwenc1 ■·..:. werden, beachtliche
Verbesserungen der Reißfestigkeit und der !zod-Schlagfestigkeit erzielt werden.
Beispiele 3bis5
Außer den in Beispiel 1 verwendeten Rohmaterialien wurden Kalziumbicarbonat mit einer durchschnittlichen
Teilchengröße von 3 μίτι verwendet und die in Tabelle 2
angegebenen Mischungen wurden hergestellt und dann wie in Beispiel 1 granuliert Test'tücke, die man aus
diesen Granulaten herstellte, wurden auf ihre physikalischen Eigenschaften untersucht und die Ergebnisse
werden in Tabelle 2 gezeigt (Beispiele 3,4 und 5).
| Beispiele | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| 3 | |||||||
| Mischverhalten (Gew.-%) | 38 | 38 | 35 | 33 | 35 | 33 | |
| Polypropylen | 38 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| hochdichtes Polyethylen | 10 | - | - | 3 | 5 | 3 | 5 |
| EPR | - | 40 | 30 | 50 | 50 | 40 | 40 |
| Pflanzenfasern | 45 | 10 | 20 | - | - | 10 | 10 |
| Kaliumcarbonat | 5 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Butylstearat | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Petrolharz | 1 | ||||||
| Physikalische Eigenschaften | IM | 1,18 | 1,12 | 1,12 | 1,15 | 1,15 | |
| Dichte (g/cm3) | 1,13 | 323 | 314 | 337 | 330 | 319 | 318 |
| Reißfestigkeit (kg/cm2) | 330 | 7 | 7 | 6 | 8 | 8 | 10 |
| Dehnung (%) | 6 | 2,9 | 2,8 | 3,2 | 3,0 | 2,9 | 2,7 |
| Biegemodul (X 10" kg/cm2) | 3,2 | 3,9 | 4,2 | 3,6 | 4,1 | 4,1 | 4,5 |
| Izod-Schlagfestigkeit (kg · cm/cm2) | 3,5 | 134 | 135 | 134 | 128 | 131 | 125 |
| Wärmeformbeständigkeit (0C) | 137 | 0,55 | 0,63 | 0,44 | 0,46 | 0,57 | 0,60 |
| Formschrumpf (%) | 0,43 | ||||||
Aus Tabelle 2 wird ersichtlich, daß der Formschrumpf etwas größer wird, wenn man Kalziurncarbonat
einmischt, daß jedoch die Izod-Schlagfestigkcit verbessert
und die Dehnung größer wird und daß somit insgesamt die physikalischen Eigenschaften verbessert
werden.
Beispiele 6bis9
Zu den gleichen Zusammensetzungen der Beispiele 1 und 4 wurden Ethylen/Propylen-Kautschuk (EPR) mit
einem Ethylengehalt von 80% und einem Schmelzindex von 7,0 in einem Anteil von 3 bis 5 Gew.-% eingemischt.
Die erhaltenen Mischungen wurden unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 granuliert. Die physikalischen
Eigenschaften der erhaltenen Granulate werden in den Beispielen 6, 7,8 und 9 der Tabelle 2 gezeigt. Aus
dieser Tabelle geht hervor, daß Verbesserungen hinsichtlich der Dehnung und der Izod-Schlagfestigkeit
durch das Einmischen von EPR erzielt werden. Diese Tatsache ist gemeinsam bei den Produkten, bei denen
man Kaliumcarbonat eingebracht hat und bei den Produkten, bei denen man Kaliumcarbonat nich:
eingebracht hat, aber es besteht eine Neigung, daß der Formschrumnf größer und das Biegemodul kleiner wird.
Die Granulate aus den Beispielen 7 und 9 wurden aus einer T-Düse zu einer Folie mit einer Dicke von 2 mm
unter Verwendung eines Doppelschraubenextruders bei 1900C extrudiert und die Folie wurde dann in den Spalt
zwischen auf 70"C geheizte zwei Walzen mit einem Durchmesser von 250 mm eingebracht. Dann wurde die
Folie tiefgezogen, indem man sie in einer Tiefziehvorrichtung mit einer kastenförmigen Form einer Länge
von 600 m und einer Breite von 450 mm sowie einer maximalen Tiefe von 100 mm unter Erwärmen auf
160°C verformte. Man erzielte ganz ausgezeichnete Formkörper.
Beispiele lOhis 13
Die physikalischen Eigenschaften eines Produktes, das man erhielt, indem man DOP anstelle von
Butylstearat in Beispiel I verwendete (Beispiel 10), eines Produktes, das man erhielt, indem man Talkum
(bestehend hauptsächlich aus Magnesiumsilikat) anstelle von Kalziumcarbonat in Beispiel 4 verwendete (Beispiel
11) und von Produkten die man erhält, indem man Polybutadienkautschuk anstelle von EPR in den
Beispielen 7 und 9 verwendete (Beispiele 12 und 13) werden in Tabelle 3 gezeigt.
Beispiele
ΙΟ 11
13
Dichte (g/cm3)
Reißfestigkeit (kg/cm:)
Dehnung (%)
Biegemodul (x 104 kg/cnv)
Izod-Schlagfestigkeit (kg · cm/cnv)
Wärmeformbeständigkeit (0C)
Formschrumpf (%)
1.12
336
3.2
3,3
136
0,46
325
3.1
3.8
135
0.56
1,12
328
2.9
4,0
126
0.47
1,15
317
2,7
4,3
125
0.58
Aus Tabelle 3 wird ersichtlich, daß bei einer Veränderung der zu vermischenden
Bereich der vorliegenden Erfindung keine wesentlichen Unterschiede erzielt werden.
Materialien im
Claims (2)
1. Formmasse aus einem oder mehreren Polyolefinharz(en) mit einem Gehalt an 0,3 bis 4,0 Gew.-%
wenigstens eines Gliedes, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kolophonium, kolophoniumähnlichen Materialien, Derivaten davon, Petrolharzen und Mischungen der vorerwähnten Harze, 0,5
bis 4,0Gew.-% eines Weichmachers, 15 bis
60 Gew.-%, bezogen auf Trockenbasis, von feinzermahlenen Pflanzenfasern, gegebenenfalls 1 bis
30Gew.-% anorganischen Füllstoffen, oder 1 bis
10 Gew.-% eines synthetischen Kautschuks, die in dem Polyolefinharz oder -harzen eingemischt sind,
wobei alle Prozentsätze auf das Gewicht der is Zusammensetzung (Formmasse) bezogen sind
2. Verwendung der Formmasse nach Anspruch 1 zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere
nach dem Spritzgußverfahren.
20
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