DE102007040638A1 - Composites with good mechanical and tribological properties, useful e.g. for injection molding, comprise fine titanium dioxide particles in (thermo)plastic and/or epoxy resin matrix - Google Patents
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Abstract
Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Titandioxid enthaltendes Komposit, ein Verfahren zu dessen Herstellung und die Verwendung dieses Komposits.object The invention is a titanium dioxide-containing composite, a method for its production and the use of this composite.
Aus der Anwendung von konventionellen Füllstoffen und Pigmenten, auch Additive genannt, in polymeren Systemen ist bekannt, dass die Art und die Stärke der Wechselwirkungen zwischen den Partikeln des Füllstoffs bzw. Pigments und der polymeren Matrix die Eigenschaften eines Komposits beeinflusst. Durch gezielte Oberflächenmodifizierung können die Wechselwirkungen zwischen den Partikeln und der polymeren Matrix modifiziert und somit die Eigenschaften des Systems aus Füllstoffen und Pigmenten in einer polymeren Matrix, im folgenden auch Komposit genannt, verändert werden. Eine übliche Art der Oberflächenmodifizierung ist die Funktionalisierung der Partikeloberflächen unter Verwendung von Alkoxyalkylsilanen. Die Oberflächenmodifizierung kann dazu dienen, die Verträglichkeit der Partikel mit der Matrix zu erhöhen. Darüber hinaus kann durch die geeignete Auswahl von funktionellen Gruppen auch eine Anbindung der Partikel an die Matrix erreicht werden.Out the application of conventional fillers and pigments, too Called additives, in polymeric systems it is known that the Art and the strength the interactions between the particles of the filler or pigments and the polymeric matrix the properties of a composite affected. Through targeted surface modification, the Interactions between the particles and the polymeric matrix modified and thus the properties of the system of fillers and pigments in a polymeric matrix, hereinafter also composite called, changed become. A usual Type of surface modification is the functionalization of particle surfaces using alkoxyalkylsilanes. The surface modification can serve the compatibility increase the particle with the matrix. In addition, by the appropriate Selection of functional groups also a binding of the particles be reached to the matrix.
Eine
zweite Möglichkeit
zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von polymeren Materialien
ist die Verwendung von ultrafeinen Partikeln.
Ein weiterer Nachteil der im Stand der Technik beschriebenen, mit Füllstoffen modifizierten Komposite sind deren für viele Anwendungen unzureichenden mechanischen Eigenschaften.One Another disadvantage of the described in the prior art, with fillers modified composites are inadequate for many applications mechanical properties.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.task The object of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art Technology to overcome.
Insbesondere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Komposit zur Verfügung zu stellen, das im Vergleich zu Kompositen aus dem Stand der Technik deutlich verbesserte Biegemodule, Biegefestigkeiten, Zugmodule, Zugfestigkeiten, Risszähigkeiten, Bruchzähigkeiten, Schlagzähigkeiten und Verschleißraten besitzt.Especially The object of the invention is to provide a composite provide, compared to composites from the prior art significantly improved flexural moduli, flexural strengths, tensile moduli, tensile strengths, Fracture toughness, Fracture toughness, impact strength and wear rates has.
Dies ist für bestimmte Anwendungen von Kompositmaterialien, beispielsweise im Automobil-, Flugzeug- oder Luftfahrtbereich von großer Bedeutung. So sind verringerte Verschleißraten bei Gleitlagern, Zahnrädern oder Walzen- und Kolbenbeschichtungen gewünscht. Gerade diese Bauteile sollen eine lange Lebensdauer aufweisen und somit zu verlängerten Standzeiten von Maschinen führen. In Synthesefasern beispielsweise aus PA6, PA66 oder PET können die Reißfestigkeiten verbessert werden.This is for certain applications of composite materials, for example in the Automotive, aircraft or aviation sector of great importance. So are reduced wear rates in plain bearings, gears or roll and piston coatings desired. Especially these components should have a long life and thus prolonged Lead times of machines. In synthetic fibers such as PA6, PA66 or PET, the tensile strengths be improved.
Überraschenderweise wurde die Aufgabe durch erfindungsgemäße Komposite mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorzugsweise Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen charakterisiert.Surprisingly The object has been achieved by composites according to the invention with the characteristics of Main claim solved. Preferred embodiments are characterized in the subclaims.
Überraschenderweise wurden auch bei der Verwendung von gefälltem, oberflächenmodifiziertem Titandioxid mit Kristallitgrößen d50 kleiner 350 nm (gemessen nach dem Debye-Scherrer-Verfahren) die mechanischen und tribologischen Eigenschaften von Polymer-Kompositen stark verbessert. Erstaunlicherweise wirkt sich eine physikalische Bindung zwischen Partikel und Matrix besonders günstig auf die Verbesserung der mechanischen und tribologischen Eigenschaften des Komposits aus.Surprisingly, the mechanical and tribological properties of polymer composites were also greatly improved when using precipitated, surface-modified titanium dioxide with crystallite sizes d 50 smaller than 350 nm (measured by the Debye-Scherrer method). Surprisingly, a physical bond between particle and matrix has a particularly favorable effect on the improvement of the mechanical and tribological properties of the composite.
Das erfindungsgemäße Komposit enthält eine polymere Matrix und 0,1 bis 60 Gew.-% gefällten Titandioxidpartikein mit einer mittleren Kristallitgrößen d50 kleiner 350 nm (gemessen nach dem Debye-Scherrer-Verfahren). Bevorzugt beträgt die Kristallitgröße d50 weniger als 200 nm, besonders bevorzugt 3 bis 50 nm. Die Titandioxidpartikel können sphärische oder stäbchenförmige Morphologie besitzen.The composite according to the invention contains a polymeric matrix and 0.1 to 60% by weight precipitated titanium dioxide particles with an average crystallite size d 50 of less than 350 nm (measured by the Debye-Scherrer method). The crystallite size d 50 is preferably less than 200 nm, more preferably from 3 to 50 nm. The titanium dioxide particles may have a spherical or rod-like morphology.
Weiterhin können die erfindungsgemäßen Komposite dem Fachmann an sich bekannte Bestandteile enthalten, beispielsweise mineralische Füllstoffe, Glasfasern, Stabilisatoren, Prozessadditive ((auch protective systems genannt) z. B. Dispergierhilfen, Trennmittel, Antioxidantien, Antiozonantien u.a.), Pigmente, Flammschutzmittel (z. B. Aluminiumhydroxid, Antimontrioxid, Magnesiumhydroxid, u. a.), Vulkanisationsbeschleuniger, Vulkanisationsverzögerer, Zinkoxid, Stearinsäure, Schwefel, Peroxid und/oder Weichmacher.Farther can the composites of the invention the person skilled in per se known ingredients, for example mineral fillers, Glass fibers, stabilizers, process additives (also protective systems called) z. As dispersants, release agents, antioxidants, antiozonants et al.), pigments, flame retardants (eg aluminum hydroxide, antimony trioxide, Magnesium hydroxide, u. a.), vulcanization accelerator, vulcanization retarder, zinc oxide, stearic acid, Sulfur, peroxide and / or plasticizer.
Ein erfindungsgemäßes Komposit kann beispielsweise zusätzlich bis zu 80 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 80 Gew.-%, mineralische Füllstoffe und/oder Glasfasern, bis zu 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 10 Gew.-% Stabilisatoren und Prozessadditive (z. B. Dispergierhilfen, Trennmittel, Antioxidantien, u. a.), bis zu 10 Gew.-% Pigment und bis zu 40 Gew.-% Flammschutzmittel (z. B. Aluminiumhydroxid, Antimontrioxid, Magnesiumhydroxid, u. a.) enthalten.One Composite according to the invention For example, in addition up to 80 wt .-%, preferably 10 to 80 wt .-%, mineral fillers and / or glass fibers, up to 10 wt .-%, preferably 0.05 to 10 wt .-% Stabilizers and process additives (eg dispersing aids, release agents, Antioxidants, u. a.), up to 10% by weight of pigment and up to 40% by weight. Flame retardants (eg aluminum hydroxide, antimony trioxide, magnesium hydroxide, u. a.).
Ein erfindungsgemäßes Komposit kann beispielsweise 0,1 bis 60 Gew.-% Titandioxid, 0 bis 80 Gew.-% mineralische Füllstoffe und/oder Glasfasern, 0,05 bis 10 Gew.-% Stabilisatoren und Prozessadditive (z. B. Dispergierhilfen, Trennmittel, Antioxidantien, u. a.), 0 bis 10 Gew.-% Pigment, 0 bis 40 Gew.-% Flammschutzmittel (z. B. Aluminiumhydroxid, Antimontrioxid, Magnesiumhydroxid, u. a.) enthalten.One Composite according to the invention For example, 0.1 to 60 wt .-% titanium dioxide, 0 to 80 wt .-% mineral fillers and / or glass fibers, 0.05 to 10 wt .-% stabilizers and process additives (eg, dispersing aids, release agents, antioxidants, and the like), 0 to 10% by weight of pigment, 0 to 40% by weight of flame retardant (eg. Aluminum hydroxide, antimony trioxide, magnesium hydroxide, and the like. a.).
Die polymere Matrix kann aus einem Thermoplast, einem Hochleistungskunststoff oder einem Epoxidharz bestehen. Als thermoplastische Materialien sind beispielsweise Polyester, Polyamid, PET, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, dessen Copolymerisate und Elends, Polycarbonat, PMMA, oder Polyvinylchlorid geeignet. Als Hochleistungskunststoffe sind PTFE, Fluor-Thermoplaste (z. B. FEP, PFA, u.a.), PVDF, Polysulfone (z. B. PES, PSU, PPSU, u.a.), Polyetherimid, flüssigkristalline Polymere und Polyetherketone geeignet. Weiterhin eignen sich Epoxidharze als polymere Matrix.The polymeric matrix can be made of a thermoplastic, a high performance plastic or an epoxy resin. As thermoplastic materials are, for example, polyester, polyamide, PET, polyethylene, polypropylene, Polystyrene, its copolymers and blends, polycarbonate, PMMA, or polyvinyl chloride suitable. As high performance plastics are PTFE, fluoroplastics (eg FEP, PFA, etc.), PVDF, polysulfones (e.g. PES, PSU, PPSU, etc.), polyetherimide, liquid crystalline polymers and Polyether ketones suitable. Furthermore, epoxy resins are suitable as polymeric matrix.
Das erfindungsgemäße Komposit kann 0,1 bis 60 Gew.-% gefälltes, oberflächenmodifiziertes Titandioxid, 0 bis 80 Gew.-% mineralische Füllstoffe und/oder Glasfasern, 0,05 bis 10 Gew.-% Stabilisatoren und Prozessadditive (z. B. Dispergierhilfen, Trennmittel, Antioxidantien, u. a.), 0 bis 10 Gew.-% Pigment, 0 bis 40 Gew.-% Flammschutzmittel (z. B. Aluminiumhydroxid, Antimontrioxid, Magnesiumhydroxid, u. a.) enthalten.The composite according to the invention may be from 0.1 to 60% by weight precipitated, surface-modified Titanium dioxide, 0 to 80% by weight of mineral fillers and / or glass fibers, 0.05 to 10% by weight of stabilizers and process additives (eg dispersing aids, Release agents, antioxidants, u. a.), 0 to 10 wt .-% pigment, 0 up to 40% by weight of flame retardant (eg aluminum hydroxide, antimony trioxide, Magnesium hydroxide, u. a.).
Erfindungsgemäß können ultrafeine Titandioxidpartikel eingesetzt werden, die eine anorganische und/oder eine organische Oberflächenmodifizierung besitzen.According to the invention ultrafine Titanium dioxide particles are used, an inorganic and / or an organic surface modification have.
Die anorganische Oberflächenmodifizierung des ultrafeinen Titandioxids besteht typischerweise aus Verbindungen, die mindestens zwei der folgenden Elemente enthalten: Aluminium-, Antimon-, Barium-, Calcium-, Cer-, Chlor-, Cobalt-, Eisen-, Phosphor-, Kohlenstoff-, Mangan-, Sauerstoff-, Schwefel-, Silicium-, Stickstoff-, Strontium-, Vanadium-, Zink-, Zinn- und/oder Zirkon-Verbindungen bzw. Salzen. Beispielhaft genannt seien Natriumsilikat, Natriumaluminat und Aluminiumsulfat.The inorganic surface modification ultrafine titanium dioxide is typically compounds, containing at least two of the following elements: aluminum, Antimony, barium, calcium, cerium, chlorine, cobalt, iron, phosphorus, Carbon, manganese, oxygen, sulfur, silicon, nitrogen, Strontium, vanadium, zinc, tin and / or zirconium compounds or salts. Examples include sodium silicate, sodium aluminate and aluminum sulfate.
Die anorganische Oberflächenbehandlung des ultrafeinen Titandioxids findet in wässriger Aufschlämmung statt. Die Reaktionstemperatur soll dabei vorzugsweise 50°C nicht übersteigen. Der pH-Wert der Suspension wird, beispielsweise unter Verwendung von NaOH auf pH-Werte im Bereich größer 9 eingestellt. Unter starkem Rühren werden dann die Nachbehandlungschemikalien (anorganische Verbindungen), vorzugsweise wasserlösliche anorganische Verbindungen wie beispielsweise Aluminium-, Antimon-, Barium-, Calcium-, Cer-, Chlor-, Cobalt-, Eisen-, Phosphor-, Kohlenstoff-, Mangan-, Sauerstoff-, Schwefel-, Silicium-, Stickstoff-, Strontium-, Vanadium-, Zink-, Zinn- und/oder Zirkon-Verbindungen oder Salze zugegeben. Der pH-Wert und die Mengen an Nachbehandlungschemikalien werden erfindungsgemäß so gewählt, dass letztere vollständig in Wasser gelöst vorliegen. Die Suspension wird intensiv gerührt, so dass sich die Nachbehandlungschemikalien homogen in der Suspension verteilen, vorzugsweise für mindestens 5 Minuten. Im nächsten Schritt wird der pH-Wert der Suspension abgesenkt. Als vorteilhaft hat sich dabei erwiesen, den pH-Wert langsam und unter starker Rühren abzusenken. Besonders vorteilhaft wird der pH-Wert innerhalb von 10 bis 90 Minuten auf Werte von 5 bis 8 abgesenkt. Im Anschluss daran schließt sich erfindungsgemäß eine Reifezeit, vorzugsweise eine Reifezeit von etwa einer Stunde an. Die Temperaturen sollen dabei vorzugsweise 50°C nicht überschreiten. Die wässrige Suspension wird dann gewaschen und getrocknet. Zur Trocknung des ultrafeinem, oberflächenmodifizierten Titandioxids bieten sich beispielsweise die Sprühtrocknung, die Gefriertrocknung und/oder die Mahltrocknung an. Abhängig vom Trocknungsverfahren kann eine anschließende Mahlung der getrockneten Pulver notwendig sein. Die Mahlung kann nach an sich bekannten Verfahren durchgeführt werden.The inorganic surface treatment The ultrafine titanium dioxide takes place in aqueous slurry. The reaction temperature should preferably not exceed 50 ° C. The pH of the suspension is, for example, using of NaOH adjusted to pH values in the range greater than 9. Under strong stir then the aftertreatment chemicals (inorganic compounds), preferably water-soluble inorganic compounds such as aluminum, antimony, Barium, calcium, cerium, chlorine, cobalt, iron, phosphorus, carbon, Manganese, oxygen, sulfur, silicon, nitrogen, strontium, Vanadium, zinc, tin and / or zirconium compounds or salts added. The pH and the amounts of aftertreatment chemicals are chosen according to the invention such that the latter completely in Water dissolved present. The suspension is stirred vigorously, so that the aftertreatment chemicals are homogeneous in the suspension distribute, preferably for at least 5 minutes. In the next Step, the pH of the suspension is lowered. As advantageous has been found to lower the pH slowly and with vigorous stirring. The pH is particularly advantageous within 10 to 90 minutes lowered to levels of 5 to 8. After that closes According to the invention, a maturing time, preferably a maturation time of about one hour. The temperatures should preferably be 50 ° C. do not exceed. The watery Suspension is then washed and dried. For drying the ultrafine, surface-modified Titanium dioxide, for example, the spray-drying, freeze-drying offer and / or the Mahltrocknung. Depending on the drying process can be a subsequent Milling the dried powder may be necessary. The grind can be carried out according to known methods.
Erfindungsgemäß sind folgende Verbindungen als organische Oberflächenmodifikatoren besonders geeignet: Polyether, Silane, Polysiloxane, Polycarbonsäuren, Fettsäuren, Polyethylenglykole, Polyester, Polyamide, Polyalkohole, organische Phosphonsäuren, Titanate, Zirkonate, Alkyl- und/oder Arylsulfonate, Alkyl- und/oder Arylsulfate, Alkyl- und/oder Arylphosphorsäureester.According to the invention are the following Compounds particularly suitable as organic surface modifiers: Polyethers, silanes, polysiloxanes, polycarboxylic acids, fatty acids, polyethylene glycols, polyesters, Polyamides, polyalcohols, organic phosphonic acids, titanates, zirconates, Alkyl and / or arylsulfonates, alkyl and / or aryl sulfates, alkyl and / or aryl phosphoric acid esters.
Die Herstellung von organisch oberflächenmodifiziertem Titandioxid kann nach an sich bekannten Verfahren durchgeführt werden.The Production of organic surface-modified Titanium dioxide can be carried out by processes known per se.
Dabei handelt es sich zum einen um die Oberflächenmodifizierung in wässriger oder lösemittelhaltiger Phase. Zum anderen kann die organische Komponente durch direktes Aufsprühen und anschließendes Mischen/Mahlen auf die Partikeloberfläche aufgebracht werden.On the one hand it concerns the surface modification in aqueous or solvent-containing Phase. On the other hand, the organic component can be applied to the particle surface by direct spraying and subsequent mixing / milling.
Erfindungsgemäß werden geeignete organische Verbindungen unter starkem Rühren und/oder während einer Dispergierung zu einer Titandioxid-Suspension gegeben. Dabei werden die organischen Modifizierungen über Chemisorption/Physisorption an die Partikeloberfläche gebunden.According to the invention suitable organic compounds with vigorous stirring and / or while a dispersion added to a titania suspension. there The organic modifications are via chemisorption / physisorption to the particle surface bound.
Als organische Verbindungen eignen sich besonders Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Alkyl- und/oder Arylsulfonate, Alkyl- und/oder Arylsulfate, Alkyl- und/oder Arylphosphorsäureester oder Mischungen aus mindestens zwei dieser Verbindungen, wobei die Alkyl- oder Arylreste durch funktionelle Gruppen substituiert sein können. Auch können die organischen Verbindungen Fettsäuren sein, die ggf. funktionelle Gruppen besitzen. Auch Mischungen aus mindestens zwei solcher Verbindungen können eingesetzt werden.When Organic compounds are particularly suitable compounds selected from the group of alkyl and / or arylsulfonates, alkyl and / or aryl sulfates, Alkyl and / or aryl phosphoric acid esters or mixtures of at least two of these compounds, wherein the Alkyl or aryl radicals be substituted by functional groups can. Also can the organic compounds are fatty acids which may have functional groups have. Also mixtures of at least two such compounds can be used.
Beispielsweise eingesetzt werden: Alkylsulfonsäuresalz, Natriumpolyvinylsulfonat, Natrium-N-alkyl-benzolsulfonat, Natriumpolystyrolsulfonat, Natriumdodecylbenzolsulfonat, Natriumlaurylsulfat, Natriumcetylsulfat, Hydroxylaminsulfat, Triethanolammoniumlaurylsulfat, Phosphorsäuremonoethylmonobenzylester, Lithiumperfluoroctansulfonat, 12-Brom-1-dodecansulfonsäure, Natium-10-hydroxy-1-decansulfonat, Natrium-Carrageenan, Natrium-10-Mercapto-1-Cetansulfonat, Natrium-16-Ceten(1)-sulfat, Oleylcetylalkoholsulfat, Ölsäuresulfat, 9,10-Dihydroxystearinsäure, Isostearinsäure, Stearinsäure, Ölsäure.For example be used: alkylsulfonic acid salt, Sodium polyvinyl sulfonate, sodium N-alkyl benzene sulfonate, sodium polystyrenesulfonate, Sodium dodecyl benzene sulphonate, sodium lauryl sulphate, sodium cetyl sulphate, Hydroxylamine sulfate, triethanolammonium lauryl sulfate, phosphoric acid monoethylmonobenzyl ester, Lithium perfluorooctane sulfonate, 12-bromo-1-dodecanesulfonic acid, sodium 10-hydroxy-1-decanesulfonate, Sodium carrageenan, sodium 10-mercapto-1-cetane sulfonate, sodium 16-ceten (1) sulfate, oleyl cetyl alcohol sulfate, oleic acid sulfate, 9,10-dihydroxystearic acid, isostearic, Stearic acid, oleic acid.
Das organisch modifizierte Titandioxid kann entweder direkt in Form der vorliegenden wässrigen Paste eingesetzt oder vor der Anwendung getrocknet werden. Die Trocknung kann nach an sich bekannten Verfahren durchgeführt werden. Für die Trocknung bietet sich insbesondere der Einsatz von Konvektionstrocknern, Sprühtrocknern, Mahltrocknern, Gefriertrocknern und/oder Pulsationstrocknern an. Andere Trockner sind jedoch erfindungsgemäß ebenso einsetzbar. Abhängig vom Trocknungsverfahren kann eine anschließende Mahlung der getrockneten Pulver notwendig sein. Die Mahlung kann nach an sich bekannten Verfahren durchgeführt werden.The organically modified titanium dioxide can either form directly the present aqueous Paste may be used or dried before use. The drying can be carried out according to known methods. For drying especially the use of convection dryers, spray dryers, Grinders, freeze dryers and / or pulsation dryers. However, other dryers are likewise usable according to the invention. Depending on Drying process may be a subsequent grinding of the dried Be necessary powder. The grinding can according to known methods carried out become.
Erfindungsgemäß haben die oberflächenmodifizierten Titandioxidpartikel optional ein oder mehrere funktionelle Gruppen, beispielsweise eine oder mehrere Hydroxy-, Amino-, Carboxyl-, Epoxy-, Vinyl-, Methacrylat- und/oder Isocyanat-Gruppen, Thiole, Alkylthiocarboxylate, Di- und/oder polysulfidische Gruppen.Have according to the invention the surface modified Titanium dioxide particles optionally one or more functional groups, for example, one or more hydroxy, amino, carboxyl, epoxy, Vinyl, methacrylate and / or isocyanate groups, thiols, alkylthiocarboxylates, Di- and / or polysulfidic groups.
Bevorzugt sind Oberflächenmodifikatoren, die über eine funktionelle Gruppe an die Titandioxidpartikel gebunden sind und über eine andere funktionelle Gruppe mit der polymeren Matrix Wechselwirken.Prefers are surface modifiers, the above a functional group bound to the titanium dioxide particles and over another functional group interacts with the polymeric matrix.
Die Oberflächenmodifikatoren können chemisch und/oder physikalisch an die Partikeloberfläche gebunden sein. Die chemische Bindung kann kovalent oder ionisch sein. Als physikalische Bindung sind Dipol-Dipol- oder Van-der-Waals-Bindungen möglich. Bevorzugt ist die Anbindung der Oberflächenmodifikatoren über kovalente Bindungen oder über physikalische Dipol-Dipol-Bindungen.The surface modifiers can chemically and / or physically bound to the particle surface be. The chemical bond can be covalent or ionic. When physical bond are possible dipole-dipole or van der Waals bonds. Prefers is the attachment of surface modifiers via covalent Ties or over physical dipole-dipole bonds.
Erfindungsgemäß besitzen die oberflächenmodifizierten Titandioxidpartikel die Fähigkeit, über die Oberflächenmodifikatoren teilweise oder ganz eine chemische und/oder physikalische Bindung zur polymeren Matrix einzugehen. Als chemische Bindungsarten sind kovalente und ionische Bindungen geeignet. Als physikalische Bindungsarten sind Dipol-Dipol- und Van-der-Waals-Bindungen geeignet.Own according to the invention the surface modified Titanium dioxide particles have the ability to work through the surface modifiers partially or completely a chemical and / or physical bond to enter the polymeric matrix. As chemical bonding types are covalent and ionic bonds are suitable. As physical bond types dipole-dipole and van der Waals bonds are suitable.
Vorzugsweise kann zur Herstellung des erfindungsgemäßen Komposits zunächst ein Masterbatch hergestellt werden, der vorzugsweise 5-80 Gew. % Titandioxid enthält. Dieses Masterbatch kann dann entweder nur mit dem Rohpolymer verdünnt oder mit den weiteren Bestandteilen der Rezeptur vermischt und ggf. nochmals dispergiert werden.Preferably may for the preparation of the composite according to the invention first Masterbatch are prepared, preferably 5-80 wt.% Titanium dioxide contains. This masterbatch can then either diluted with the crude polymer or mixed with the other ingredients of the recipe and possibly again be dispersed.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Komposits kann auch ein Verfahren gewählt werden, wobei das Titandioxid zunächst in organischen Substanzen insbesondere in Polyolen, Polyglycolen, Polyethern, Dicarbonsäuren und deren Derivate, AH-Salz, Caprolactam, Paraffinen, Phosphorsäureestern, Hydroxycarbonsäureestern, Cellulose, Styrol, Methylmethacrylat, organischen Diamiden, Epoxidharzen und Weichmachern (u.a. DOP, DIDP, DINP) eingearbeitet und dispergiert wird. Diese mit Titandioxid versetzten organischen Substanzen können dann als Ausgangsmaterial für die Komposit-Herstellung genutzt werden.to Production of the composite according to the invention can also choose a procedure be, with the titanium dioxide first in organic substances especially in polyols, polyglycols, polyethers, dicarboxylic acids and their derivatives, AH salt, caprolactam, paraffins, phosphoric esters, hydroxy carboxylic acid esters, Cellulose, styrene, methyl methacrylate, organic diamides, epoxy resins and plasticizers (including DOP, DIDP, DINP) incorporated and dispersed becomes. These titanium dioxide-added organic substances can then as starting material for the composite production can be used.
Zur Dispergierung vom Titandioxid im Masterbatch bzw. in organischen Substanzen können übliche Dispergierverfahren, insbesondere unter Verwendung von Schmelzeextrudern, Dissolvern, Dreiwalzen, Kugelmühlen, Perlmühlen, Tauchmühlen, Ultraschall oder Knetern verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Tauchmühlen oder Perlmühlen mit Perlendurchmessern von d < 1,5 mm.For dispersing the titanium dioxide in the masterbatch or in organic substances, it is possible to use customary dispersion methods, in particular using melt extruders, dissolvers, three-rollers, ball mills, bead mills, dip mills, ultrasound or kneaders. Particularly advantageous is the Use of dip mills or bead mills with pearl diameters d <1.5 mm.
Das erfindungsgemäße Komposit hat überraschenderweise herausragende mechanische und tribologische Eigenschaften. Im Vergleich zum ungefüllten Polymer haben die erfindungsgemäßen Komposite deutlich verbesserte Biegemodule, Biegefestigkeiten, Zugmodule, Zugfestigkeiten, Risszähigkeiten, Bruchzähigkeiten, Schlagzähigkeiten und Verschleißraten.The composite according to the invention has surprisingly outstanding mechanical and tribological properties. Compared to the unfilled Polymer have the composites of the invention significantly improved bending moduli, bending strengths, tensile moduli, Tensile strengths, fracture toughness, Fracture toughness, impact strength and wear rates.
Gegenstand der Erfindung sind im Einzelnen:
- – Komposite, bestehend aus mindestens einem Thermoplast, mindestens einem Hochleistungskunststoff und/oder mindestens einem Epoxidharz und einem gefällten, oberflächenmodifiziertem Titandioxid, dessen Kristallitgröße d50 kleiner 350 nm, bevorzugt kleiner 200 nm ist und besonders bevorzugt zwischen 3 und 50 nm beträgt und wobei das Titandioxid sowohl anorganisch und/oder organisch oberflächenmodifiziert sein kann (nachfolgend auch Titandioxid-Komposite genannt);
- – Titandioxid-Komposite, wobei als Thermoplast Polyester, Polyamid, PET, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, dessen Copolymerisate und Elends, Polycarbonat, PMMA oder PVC eingesetzt wird;
- – Titandioxid-Komposite, wobei als Hochleistungskunststoff PTFE, Fluor-Thermoplaste (z. B. FEP, PFA, u.a.), PVDF, Polysulfone (z. B. PES, PSU, PPSU, u.a.), Polyetherimid, flüssigkristalline Polymere und Polyetherketone eingesetzt wird.
- – Titandioxid-Komposite, wobei als Duromer ein Epoxidharz eingesetzt wird;
- – Titandioxid-Komposite, wobei das Komposit 12 bis 99,8 Gew.-% Thermoplast, 0,1 bis 60 Gew.-% gefälltes, oberflächenmodifiziertes Titandioxid, 0 bis 80 Gew.-% mineralischen Füllstoff und/oder Glasfaser, 0,05 bis 10 Gew.-% Antioxidant, 0 bis 2,0 Gew.-% organischen Metalldesaktivator, 0 bis 2,0 Gew.-% Prozessadditive (u. a. Dispergierhilfen, Haftvermittler), 0 bis 10 Gew.-% Pigment, und 0 bis 40 Gew.-% Flammschutzmittel (z. B. Aluminiumhydroxid, Antimontrioxid, Magnesiumhydroxid, u. a.) enthält.
- – Titandioxid-Komposite, wobei das Komposit 12 bis 99,9 Gew-% Hochleistungskunststoff, 0,1 bis 60 Gew-% gefälltes, oberflächenmodifiziertes Titandioxid, 0 bis 80 Gew-% mineralischen Füllstoff und/oder Glasfaser, 0 bis 5,0 Gew-% Prozessadditive (u.a. Dispergierhilfen, Haftvermittler), 0 bis 10 Gew-% Pigment enthält.
- – Titandioxid-Komposite, wobei das Komposit 20 bis 99,9 Gew.-% Epoxidharz, 0,1 bis 60 Gew.-% gefälltes, oberflächenmodifiziertes Titandioxid, 0 bis 80 Gew.-% mineralischen Füllstoff und/oder Glasfaser, 0 bis 10 Gew.-% Prozessadditive, 0 bis 10 Gew.-% Pigment, und 0 bis 40 Gew.-% Aluminiumhydroxid enthält;
- – Titandioxid-Komposite, wobei der Anteil von gefälltem, oberflächenmodifiziertem Titandioxid im Komposit 0,1 bis 60 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 1,0 bis 20 Gew.-%, beträgt;
- – Titandioxid-Komposite, wobei das Titandioxid eine anorganische und/oder eine organische Oberflächenmodifizierung besitzt;
- – Titandioxid-Komposite, wobei die anorganische Oberflächenmodifizierung des ultrafeinen Titandioxids aus einer Verbindung besteht, die mindestens zwei der folgenden Elemente enthält: Aluminium-, Antimon-, Barium-, Calcium-, Cer-, Chlor-, Cobalt-, Eisen-, Phosphor-, Kohlenstoff-, Mangan-, Sauerstoff-, Schwefel-, Silicium-, Stickstoff-, Strontium-, Vanadium-, Zink-, Zinn- und/oder Zirkon-Verbindungen oder Salze;
- – Titandioxid-Komposite, wobei die organische Oberflächenmodifizierung aus einem oder mehreren der folgenden Bestandteile besteht: Silane, Siloxane, Polysiloxane, Polycarbonsäuren, Polyester, Polyether, Polyamide, Polyethylenglykole, Polyalkohole, Fettsäuren, bevorzugt ungesättigte Fettsäuren, Polyacrylate, organische Phosphonsäuren, Titanate, Zirkonate, Alkyl- und/oder Arylsulfonate, Alkyl- und/oder Arylsulfate, Alkyl- und/oder Arylphosphorsäureester;
- – Titandioxid-Komposite, wobei die Oberflächenmodifizierung eine oder mehrere der folgenden funktionellen Gruppen enthält: Hydroxyl-, Amino-, Carboxyl-, Epoxy-, Vinyl-, Methacrylat-, und/oder Isocyanat-Gruppen, Thiole, Alkylthiocarboxylate, Di- und/oder polysulfidische Gruppen;
- – Titandioxid-Komposite, wobei die Oberflächenmodifizierung kovalent an die Partikeloberfläche angebunden ist;
- – Titandioxid-Komposite, wobei die Oberflächenmodifizierung ionisch an die Partikeloberfläche gebunden ist;
- – Titandioxid-Komposite, wobei die Oberflächenmodifizierung über physikalische Wechselwirkungen an die Partikeloberfläche gebunden ist;
- – Titandioxid-Komposite, wobei die Oberflächenmodifizierung durch eine Dipol-Dipol- oder eine Van-der-Waals-Wechselwirkung an die Partikeloberfläche gebunden ist;
- – Titandioxid-Komposite, wobei die oberflächenmodifizierten Titandioxidpartikel eine Bindung zur polymeren Matrix eingehen;
- – Titandioxid-Komposite, wobei eine chemische Bindung zwischen den Titandioxidpartikeln und der polymeren Matrix vorliegt;
- – Titandioxid-Komposite, wobei die chemische Bindung zwischen den Titandioxidpartikeln und der polymeren Matrix eine kovalente und/oder eine ionische Bindung ist;
- – Titandioxid-Komposite, wobei eine physikalische Bindung zwischen den Titandioxidpartikeln und der polymeren Matrix vorliegt;
- – Titandioxid-Komposite, wobei die physikalische Bindung zwischen den Titandioxidpartikeln und der polymeren Matrix eine Dipol-Dipol-Bindung (Keeson), eine induzierte Dipol-Dipol-Bindung (Debye) oder eine dispersive Bindung (Van-der-Waals) ist;
- – Titandioxid-Komposite, wobei eine physikalische und eine chemische Bindung zwischen den Titandioxidpartikeln und der polymeren Matrix vorliegen;
- – Verfahren zur Herstellung der Titandioxid-Komposite;
- – Verfahren zur Herstellung der Titandioxid-Komposite, wobei zunächst ein Masterbatch hergestellt wird und das Titandioxid-Komposit durch Verdünnung des Masterbatches mit dem Rohpolymer erhalten wird, wobei das Masterbatch 5-80 Gew.-% Titandioxid, bevorzugt 15-60 Gew.-% Titandioxid enthält;
- – Verfahren zur Herstellung der Titandioxid-Komposite, bei dem das Titandioxid enthaltende Masterbatch mit dem Rohpolymer verdünnt wird und sich vorzugsweise eine Dispergierung anschließt;
- – Verfahren zur Herstellung der Titandioxid-Komposite, bei dem das Masterbatch mit den weiteren Bestandteile der Rezeptur in einem oder mehreren Schritten vermischt wird und sich vorzugsweise noch eine Dispergierung anschließt;
- – Verfahren zur Herstellung der Titandioxid-Komposite, wobei das Titandioxid zunächst in organischen Substanzen insbesondere in Polyolen, Polyglycolen, Polyethern, Dicarbonsäuren und deren Derivate, AH-Salz, Caprolactam, Paraffinen, Phosphorsäureestern, Hydroxycarbonsäureestern, Cellulose, Styrol, Methylmethacrylat, organische Diamiden, Epoxidharzen und Weichmachern (u.a. DOP, DIDP, DINP) eingearbeitet und dispergiert wird;
- – Verfahren zur Herstellung der Titandioxid-Komposite, wobei die mit Titandioxid versetzten organischen Substanzen als Ausgangsmaterial für die Komposit-Herstellung genutzt werden;
- – Verfahren zur Herstellung der Titandioxid-Komposite, wobei die Dispergierung des Titandioxids im Masterbatch bzw. in den organischen Substanzen mittels üblicher Dispergierverfahren, insbesondere unter Verwendung von Schmelzextrudern, Dissolvern, Dreiwalzen, Kugelmühlen, Perlmühlen, Tauchmühlen, Ultraschall oder Knetern durchgeführt wird;
- – Verfahren zur Herstellung der Titandioxid-Komposite, wobei für die Dispergierung des Titandioxids vorzugsweise Tauchmühlen oder Perlmühlen verwendet werden;
- – Verfahren zur Herstellung der Titandioxid-Komposite, wobei für die Dispergierung des Titandioxids vorzugsweise Perlmühlen verwendet werden, wobei die Perlen vorzugsweise Durchmesser von d < 1,5 mm, besonders vorzugsweise von d < 1,0 mm, ganz besonders vorzugsweise von d < 0,3 mm besitzen;
- – Titandioxid-Komposite, die verbesserte mechanische Eigenschaften und verbesserte tribologische Eigenschaften besitzen;
- – Titandioxid-Komposite, bei denen gleichzeitig die Festigkeit und die Zähigkeit durch den Einsatz der oberflächenmodifizierten Titandioxidpartikel verbessert werden;
- – Titandioxid-Komposite, bei denen die Verbesserung der Festigkeit und Zähigkeit in einem Biegeversuch oder einem Zugversuch beobachtet werden können;
- – Titandioxid-Komposite, die verbesserte Schlagzähigkeiten und/oder verbesserte Kerbschlagzähigkeiten besitzen;
- – Titandioxid-Komposite, bei denen die Verschleißfestigkeit durch den Einsatz der oberflächenmodifizierten Titandioxidpartikel verbessert wird;
- – Titandioxid-Komposite, bei denen die Kratzfestigkeit durch den Einsatz der oberflächenmodifizierten Titandioxidpartikel verbessert wird;
- – Titandioxid-Komposite, bei denen die Spannungsrissbeständigkeit durch den Einsatz der oberflächenmodifizierten Titandioxidpartikel verbessert wird;
- – Titandioxid-Komposite, bei denen eine Verbesserung der Kriechbeständigkeit beobachtet werden kann;
- – Verwendung der Titandioxid-Komposite als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Formkörpern, Halbzeugen, Folien oder Fasern, insbesondere für die Herstellung von Spritzgussteilen, Blasformen oder Fasern;
- – Verwendung der Titandioxid-Komposite in Form von Fasern, die sich vorzugsweise durch verbesserte Reißfestigkeiten auszeichnen;
- – Verwendung der Titandioxid-Komposite für Bauteile für den Automobil-, Luftfahrt- oder den Raumfahrt-Bereich, insbesondere in Form von Gleitlagern, Zahnrädern, Walzen- oder Kolbenbeschichtungen
- – Verwendung der Titandioxid-Komposite beispielsweise zur Herstellung von Bauteilen im Gussverfahren, als Klebstoff, als Industriefußboden, als Betonbeschichtung, als Betonreparatur, als Korrosionsschutzbeschichtung, zum Vergießen von elektrischen Bauteilen oder anderen Objekten, zur Sanierung von Metallrohren, als Trägermaterial in der Kunst oder zum Abdichten von Holzterrarien.
- - Composites, consisting of at least one thermoplastic, at least one high performance plastic and / or at least one epoxy resin and a precipitated, surface-modified titanium dioxide whose crystallite size d 50 is less than 350 nm, preferably less than 200 nm and more preferably between 3 and 50 nm and wherein the Titanium dioxide may be both inorganic and / or organic surface-modified (hereinafter also titania composites called);
- - Titanium dioxide composites, being used as a thermoplastic polyester, polyamide, PET, polyethylene, polypropylene, polystyrene, its copolymers and blends, polycarbonate, PMMA or PVC;
- Titanium dioxide composites, in which high performance plastics include PTFE, fluoroplastics (eg FEP, PFA, etc.), PVDF, polysulfones (eg PES, PSU, PPSU, etc.), polyetherimide, liquid crystalline polymers and polyether ketones ,
- - Titanium dioxide composites, wherein as an elastomer an epoxy resin is used;
- Titanium dioxide composites, wherein the composite 12 to 99.8 wt .-% thermoplastic, 0.1 to 60 wt .-% precipitated, surface-modified titanium dioxide, 0 to 80 wt .-% mineral filler and / or glass fiber, 0.05 to 10% by weight of antioxidant, 0 to 2.0% by weight of organic metal deactivator, 0 to 2.0% by weight of process additives (inter alia dispersing aids, adhesion promoters), 0 to 10% by weight of pigment, and 0 to 40 Wt .-% flame retardant (eg., Aluminum hydroxide, antimony trioxide, magnesium hydroxide, etc.) contains.
- Titanium dioxide composites, wherein the composite 12 to 99.9 wt% high performance plastic, 0.1 to 60 wt% precipitated, surface-modified titanium dioxide, 0 to 80 wt% mineral filler and / or glass fiber, 0 to 5.0 wt -% process additives (including dispersing aids, adhesion promoters), 0 to 10% by weight of pigment.
- Titanium dioxide composites, wherein the composite 20 to 99.9 wt .-% epoxy resin, 0.1 to 60 wt .-% precipitated, surface-modified titanium dioxide, 0 to 80 wt .-% mineral filler and / or glass fiber, 0 to 10 Wt% process additives, 0 to 10 wt% pigment, and 0 to 40 wt% aluminum hydroxide;
- Titanium dioxide composites, wherein the proportion of precipitated, surface-modified titanium dioxide in the composite 0.1 to 60 wt .-%, preferably 0.5 to 30 wt .-%, particularly preferably 1.0 to 20 wt .-%, is;
- Titanium dioxide composites, wherein the titanium dioxide has an inorganic and / or an organic surface modification;
- Titanium dioxide composites, wherein the inorganic surface modification of the ultrafine titanium dioxide consists of a compound containing at least two of the following elements: aluminum, antimony, barium, calcium, cerium, chlorine, cobalt, iron, phosphorus , Carbon, manganese, oxygen, sulfur, silicon, nitrogen, strontium, vanadium, zinc, tin and / or zirconium compounds or salts;
- Titanium dioxide composites, wherein the organic surface modification consists of one or more of the following constituents: silanes, siloxanes, polysiloxanes, polycarboxylic acids, polyesters, polyethers, polyamides, polyethylene glycols, polyalcohols, fatty acids, preferably unsaturated fatty acids, polyacrylates, organic phosphonic acids, titanates, zirconates , Alkyl and / or aryl sulfonates, alkyl and / or aryl sulfates, alkyl and / or aryl phosphoric acid esters;
- Titanium dioxide composites, the surface modification containing one or more of the following functional groups: hydroxyl, amino, carboxyl, epoxy, vinyl, methacrylate, and / or isocyanate groups, thiols, alkylthiocarboxylates, di- and / or or polysulfidic groups;
- - Titanium dioxide composites, wherein the surface modification is covalently attached to the particle surface;
- - Titanium dioxide composites, wherein the surface modification is ionically bonded to the particle surface;
- - Titanium dioxide composites, wherein the surface modification is bound to the particle surface via physical interactions;
- Titanium dioxide composites, wherein the surface modification is bound to the particle surface by a dipole-dipole or van der Waals interaction;
- - Titanium dioxide composites, wherein the surface-modified titanium dioxide particles form a bond to the polymeric matrix;
- - Titanium dioxide composites, wherein a chemical bond between the titanium dioxide particles and the polymeric matrix is present;
- - Titanium dioxide composites, wherein the chemical bond between the titanium dioxide particles and the polyme a matrix is a covalent and / or an ionic bond;
- Titanium dioxide composites, wherein there is a physical bond between the titanium dioxide particles and the polymeric matrix;
- Titanium dioxide composites, wherein the physical bond between the titanium dioxide particles and the polymeric matrix is a dipole-dipole bond (Keeson), an induced dipole-dipole bond (Debye) or a dispersive bond (Van der Waals);
- Titanium dioxide composites wherein there is a physical and a chemical bond between the titanium dioxide particles and the polymeric matrix;
- - Process for the preparation of titanium dioxide composites;
- A process for the preparation of the titanium dioxide composites, wherein firstly a masterbatch is produced and the titanium dioxide composite is obtained by diluting the masterbatch with the crude polymer, the masterbatch containing 5-80% by weight of titanium dioxide, preferably 15-60% by weight Contains titanium dioxide;
- - Process for the preparation of titanium dioxide composites, wherein the titanium dioxide-containing masterbatch is diluted with the crude polymer and preferably followed by a dispersion;
- - Process for the preparation of titanium dioxide composites, in which the masterbatch is mixed with the other constituents of the formulation in one or more steps and preferably still followed by a dispersion;
- - Process for the preparation of titanium dioxide composites, wherein the titanium dioxide first in organic substances, especially in polyols, polyglycols, polyethers, dicarboxylic acids and their derivatives, AH salt, caprolactam, paraffins, phosphoric esters, hydroxycarboxylic, cellulose, styrene, methyl methacrylate, organic diamides, Epoxy resins and plasticizers (including DOP, DIDP, DINP) is incorporated and dispersed;
- - Process for the preparation of titanium dioxide composites, wherein the titanium dioxide added organic substances are used as starting material for the composite production;
- - Process for the preparation of titanium dioxide composites, wherein the dispersion of the titanium dioxide in the masterbatch or in the organic substances by conventional dispersing method, in particular using melt extruders, dissolvers, three rollers, ball mills, bead mills, dip mills, ultrasound or kneaders is performed;
- - Process for the preparation of titanium dioxide composites, wherein for the dispersion of titanium dioxide preferably dip mills or bead mills are used;
- - Process for the preparation of titanium dioxide composites, preferably bead mills are used for the dispersion of titanium dioxide, wherein the beads preferably diameter of d <1.5 mm, particularly preferably d <1.0 mm, most preferably of d <0 , 3 mm own;
- Titanium dioxide composites possessing improved mechanical properties and improved tribological properties;
- Titanium dioxide composites, which at the same time improve the strength and toughness through the use of the surface-modified titanium dioxide particles;
- Titanium dioxide composites for which the improvement in strength and toughness can be observed in a bending test or a tensile test;
- Titanium dioxide composites having improved impact strengths and / or improved notched impact strengths;
- - Titanium dioxide composites, in which the wear resistance is improved by the use of surface-modified titanium dioxide particles;
- - Titanium dioxide composites, in which the scratch resistance is improved by the use of the surface-modified titanium dioxide particles;
- - Titanium dioxide composites, in which the stress cracking resistance is improved by the use of the surface-modified titanium dioxide particles;
- Titanium dioxide composites for which an improvement in creep resistance can be observed;
- - Use of titanium dioxide composites as starting material for the production of moldings, semi-finished products, films or fibers, in particular for the production of injection molded parts, blow molding or fibers;
- Use of the titanium dioxide composites in the form of fibers, which are preferably distinguished by improved tear strengths;
- - Use of titanium dioxide composites for components for the automotive, aerospace or space sector, in particular in the form of plain bearings, gears, roller or piston coatings
- Use of titanium dioxide composites, for example, for the production of components in the casting process, as an adhesive, industrial flooring, concrete coating, concrete repair, as corrosion protection coating, for casting of electrical components or other objects, for the renovation of metal pipes, as a support material in the art or Sealing of wood terrariums.
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele erläutert, ohne sie darauf einzuschränken.The Invention is illustrated by the following examples, without to restrict it to it.
Herstellung von anorganisch oberflächenmodifiziertem Titandioxid:Preparation of inorganic surface-modified Titanium dioxide:
3,7 kg einer 6,5 Gew.-%igen wässrigen Suspension ultrafeiner Titandioxid-Partikel mit mittleren Primärpartikeldurchmessern d50 von 14 nm (Ergebnis von TEM-Untersuchungen) werden unter Rühren auf eine Temperatur von 40°C erhitzt. Mit 10 %iger Natronlauge wird der pH-Wert der Suspension auf 12 eingestellt. Unter starkem Rühren werden gleichzeitig 14,7 ml einer wässrigen Natriumsilikatlösung (284 g SiO2/L), 51,9 ml einer Aluminiumsulfat-Lösung (mit 75 g Al2O3/L) und 9,7 ml einer Natriumaluminat-Lösung (275 g Al2O3/L) unter Einhaltung des pH-Wertes von 12,0 zur Suspension gegeben. Die Suspension wird für weitere 10 Minuten unter starkem Rühren homogenisiert. Anschließend wird der pH-Wert langsam, vorzugsweise innerhalb von 60 Minuten, durch Zugabe einer 5 %igen Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 7,5 eingestellt. Es schließt sich eine Reifezeit von 10 Minuten bei ebenfalls einer Temperatur 40°C an. Die Suspension wird dann auf eine Leitfähigkeit kleiner 100 μS/cm gewaschen und anschließend sprühgetrocknet.3.7 kg of a 6.5% strength by weight aqueous suspension of ultrafine titanium dioxide particles having average primary particle diameters d 50 of 14 nm (result of TEM investigations) are heated to a temperature of 40 ° C. with stirring. With 10% sodium hydroxide solution, the pH of the suspension is adjusted to 12. 14.7 ml of an aqueous sodium silicate solution (284 g of SiO 2 / L), 51.9 ml of an aluminum sulfate solution (containing 75 g of Al 2 O 3 / L) and 9.7 ml of a sodium aluminate solution ( 275 g of Al 2 O 3 / L) while maintaining the pH of 12.0 added to the suspension. The suspension is homogenized for a further 10 minutes with vigorous stirring. Subsequently, the pH is adjusted slowly, preferably within 60 minutes, by adding a 5% sulfuric acid to a pH of 7.5. This is followed by a maturing time of 10 minutes at a temperature of 40 ° C. The suspension is then washed to a conductivity of less than 100 μS / cm and then spray-dried.
Beispiel 1example 1
Als Ausgangsmaterial wird ein gefälltes, oberflächenmodifiziertes Titandioxid verwendet, das eine Kristallitgröße d50 von 14 nm besitzt. Die Titandioxidoberfläche ist anorganisch und organisch oberflächenmodifiziert. Die anorganische Oberflächenmodifizierung besteht aus einer Aluminium-Sauerstoff-Verbindung. Die organische Oberflächenmodifizierung besteht aus einem Polyalkohol. Der Polyalkohol geht mit der Oberfläche des Titandioxides eine physikalische Wechselwirkung ein. In einem Polyamid können die verbleibenden OH-Gruppen des Polyalkohols mit den Carbonyl-Resten (-C=O) des Polyamids eine Dipol-Dipol-Wechselwirkung eingehen.The starting material used is a precipitated, surface-modified titanium dioxide having a crystallite size d 50 of 14 nm. The titanium dioxide surface is inorganic and organically surface-modified. The inorganic surface modification consists of an aluminum-oxygen compound. The organic surface modification consists of a polyalcohol. The polyalcohol enters into a physical interaction with the surface of the titanium dioxide. In a polyamide, the remaining OH groups of the polyhydric alcohol with the carbonyl radicals (-C = O) of the polyamide can undergo a dipole-dipole interaction.
Zunächst wird
ein 15 Vol.-%iges Komposit aus dem beschriebenem Titandioxid in
Polyamid 66 mittels Extrusion hergestellt. Aus diesem Material werden
Prüfkörper zur
Prüfung
der Biegefestigkeit (nach DIN EN ISO 178), der Zugfestigkeit (nach
DIN EN ISO 527), der Schlagzähigkeit
(nach ASTM E399-90) und der Kriechdehnung (nach DIN EN ISO 899-1)
gefertigt. Die Ergebnisse der Prüfung
sind in den Tabellen 1 und 2 aufgeführt. Der Einsatz des oberflächenmodifizierten
Titandioxid hat die Biegefestigkeit, das Biegemodul, die Schlagzähigkeit,
die Zugfestigkeit und die Kriechdehnung im Vergleich zum ungefüllten Polyamid
66 deutlich verbessert. Tabelle 1: Ergebnisse des 3-Punkt-Biegeversuchs
des Komposits aus Beispiel 1 im Vergleich zum ungefüllten Polyamid
66 (PA 66)
Beispiel 2Example 2
Das
15 Vol.-%ige Komposit aus Beispiel 1 wurde mittels Extrusion auf
Partikelgehalte von 0,5-7,0 Vol.-% verdünnt. Aus diesen Kompositen
und dem 15 Vol.-%igen Komposit wurden Probekörper für die Prüfung der Kerbschlagzähigkeit
nach Charpy (DIN EN ISO 179) hergestellt. Die Ergebnisse der Prüfung der Kerbschlagzähigkeit
sind in der
Beispiel 3Example 3
Als Ausgangsmaterial wird ein gefälltes, oberflächenmodifiziertes Titandioxid verwendet, das eine Kristallitgröße d50 von 14 nm besitzt. Die Titandioxidoberfläche ist anorganisch und organisch oberflächenmodifiziert. Die anorganische Oberflächenmodifizierung besteht aus einer Aluminium-Sauerstoff-Verbindung. Die organische Oberflächenmodifizierung besteht aus einem Polyalkohol. Der Polyalkohol geht mit der Oberfläche des Titandioxides eine physikalische Wechselwirkung ein.The starting material used is a precipitated, surface-modified titanium dioxide having a crystallite size d 50 of 14 nm. The titanium dioxide surface is inorganic and organically surface-modified. The inorganic surface modification consists of an aluminum-oxygen compound. The organic surface modification consists of a polyalcohol. The polyalcohol enters into a physical interaction with the surface of the titanium dioxide.
Als polymere Matrix wird das kommerziell erhältliche Epoxidharz Epilox A 19-03 der Fa. Leuna-Harze GmbH verwendet. Als Härter wird der aminische Härter HY 2954 der Fa. Vantico GmbH & Co KG verwendet.When polymeric matrix is the commercially available Epilox A epoxy resin 19-03 Fa. Leuna resins GmbH used. The hardener is the amine hardener HY 2954 of the company Vantico GmbH & Co KG used.
Zunächst wird das pulverförmige Titandioxid in das flüssige Epoxydharz unter Dissolverdispergierung mit einem Gehalt von 14 Vol.-% eingearbeitet. Nach dieser Vordispergierung wird das Gemisch mit einer Tauchmühle 90 Minuten bei einer Drehzahl von 2500 U/min dispergiert. Als Perlen werden 1 mm Zirkondioxidperlen verwendet. Dieser Ansatz wird mit dem Reinharz gemischt, so dass nach Zugabe des Härters Komposite entstehen, die 2 Vol.-% bzw. 10 Vol.-% Titandioxid enthalten. Die Aushärtung der Komposite erfolgt im Trockenschrank.First, will the powdery one Titanium dioxide in the liquid Epoxy resin with dissolver dispersion with a content of 14 Vol .-% incorporated. After this predispersion, the mixture becomes with a dip mill Dispersed for 90 minutes at a speed of 2500 rev / min. As pearls 1 mm zirconia beads are used. This approach comes with mixed with the pure resin so that composites are formed after the addition of the hardener, containing 2 vol .-% and 10 vol .-% titanium dioxide. The curing of the Composite takes place in the drying cabinet.
Beispiel 4Example 4
Für die nachfolgend beschriebenen mechanischen Prüfungen des Komposits aus Beispiel 3 werden Prüfkörper mit definierten Abmessungen hergestellt. Die mechanische Charakterisierung erfolgt in einem Dreipunktbiegeversuch nach DIN EN ISO 178 anhand von Probekörpern, die aus gegossenen Platten mit einer Präzisionssäge herausgearbeitet wurden. Mindestens fünf Proben der Abmessungen 80 × 10 × 4 mm3 werden bei einer Prüfgeschwindigkeit von 2 mm/min bei Zimmertemperatur geprüft.For the mechanical tests of the composite from Example 3 described below, test specimens with defined dimensions are produced. The mechanical characterization is carried out in a three-point bending test according to DIN EN ISO 178 on the basis of specimens, which were machined from cast plates with a precision saw. At least five samples of dimensions 80 × 10 × 4 mm 3 are tested at a test speed of 2 mm / min at room temperature.
Die Bestimmung der Bruchzähigkeit KIC (nach ASTM E399-90) erfolgt bei einer Prüfgeschwindigkeit von 0,1 mm/min mittels Compact Tension (CT) Probekörpern. In den CT-Proben wurde ein scharfer Anriss durch den kontrollierten Impact einer Rasierklinge erzeugt. Dadurch ergibt sich an der Rissspitze der zur Ermittlung des kritischen Spannungsintensitätsfaktors erforderliche ebene Dehnungszustand.The fracture toughness K IC (according to ASTM E399-90) is determined at a test speed of 0.1 mm / min using Compact Tension (CT) specimens. In the CT samples, a sharp tear was produced by the controlled impact of a razor blade. This results in the crack tip of the required for determining the critical stress intensity factor level strain state.
Die
Ergebnisse der Biegeversuche und der Prüfung der Bruchzähigkeit
sind in der Tabelle 3 aufgeführt.
Die erfindungsgemäßen Komposite
zeigen im Vergleich zum Reinharz stark verbesserte Eigenschaften. Die
Biegefestigkeit konnte um 11 %, das Biegemodul sogar um 45 % im
Vergleich zum ungefüllten
Reinharz verbessert werden. Die Bruchzähigkeit wurde um ca. 40 % erhöht. Tabelle 3: Ergebnisse des Biegeversuchs
und der Prüfung
der Bruchzähigkeit
der Komposite aus Beispiel 3 bzw. 4
Beispiel 5Example 5
Aus
dem Komposit des Beispiels 3 werden Prüfkörper (Pins) der Abmessungen
4 × 4 × 20 mm3 gesägt.
Diese Prüfkörper werden
mit Hilfe der Modell-Prüfanordnung „Block
und Ring" (
- Δm:
- Gewichtsabnahme
- ρ:
- Dichte
- v:
- Rotationsgeschwindigkeit des Gegenkörpers
- t:
- Laufzeit
- FN:
- Normalkraft
- Dm:
- loss in weight
- ρ:
- density
- v:
- Rotational speed of the counter body
- t:
- running time
- F N :
- normal force
Beispiel 6Example 6
Als Ausgangsmaterial wird ein gefälltes, oberflächenmodifiziertes Titandioxid verwendet, das eine Kristallitgröße d50 von 14 nm besitzt. Die Titandioxidoberfläche ist anorganisch und organisch oberflächenmodifiziert. Die anorganische Oberflächenmodifizierung besteht aus einer Aluminium-Sauerstoff-Verbindung. Die organische Oberflächenmodifizierung besteht aus einem Epoxysilan, welches kovalente Bindungen zur polymeren Matrix ausbilden kann.The starting material used is a precipitated, surface-modified titanium dioxide having a crystallite size d 50 of 14 nm. The titanium dioxide surface is inorganic and organically surface-modified. The inorganic surface modification consists of an aluminum-oxygen compound. The organic surface modification consists of an epoxysilane, which can form covalent bonds to the polymeric matrix.
Als polymere Matrix wird das kommerziell erhältliche Epoxidharz Epilox A 19-03 der Fa. Leuna-Harze GmbH verwendet. Als Härter wird der aminische Härter HY 2954 der Fa. Vantico GmbH & Co KG verwendet.When polymeric matrix is the commercially available Epilox A epoxy resin 19-03 Fa. Leuna resins GmbH used. The hardener is the amine hardener HY 2954 of the company Vantico GmbH & Co KG used.
Zunächst wird das pulverförmige Titandioxid in das flüssige Epoxydharz unter Dissolverdispergierung mit einem Gehalt von 14 Vol.-% eingearbeitet. Nach dieser Vordispergierung wird das Gemisch mit einer Tauchmühle 90 Minuten bei einer Drehzahl von 2500 U/min dispergiert. Als Perlen werden 1 mm Zirkondioxidperlen verwendet. Dieser Ansatz wird mit dem Reinharz gemischt, so dass nach Zugabe des Härters Komposite entstehen, die 2 Vol.-% bzw. 10 Vol.-% Titandioxid enthalten. Die Aushärtung der Komposite erfolgt im Trockenschrank.First, will the powdery one Titanium dioxide in the liquid Epoxy resin with dissolver dispersion with a content of 14 Vol .-% incorporated. After this predispersion, the mixture becomes with a dip mill Dispersed for 90 minutes at a speed of 2500 rev / min. As pearls 1 mm zirconia beads are used. This approach comes with mixed with the pure resin so that composites are formed after the addition of the hardener, containing 2 vol .-% and 10 vol .-% titanium dioxide. The curing of the Composite takes place in the drying cabinet.
Beispiel 7Example 7
Für die nachfolgend beschriebenen mechanischen Prüfungen des Komposits aus Beispiel 6 werden Prüfkörper mit definierten Abmessungen hergestellt. Die Prüfkörper-Herstellung und die mechanischen Untersuchungen an den Prüfkörpern finden analog zum Beispiel 4 statt.For the following described mechanical tests of the composite from Example 6 are test specimens with defined dimensions produced. The test specimen production and the mechanical tests on the specimens are analogous to the example 4 instead.
Die
Ergebnisse der Biegeversuche und Prüfung der Bruchzähigkeit
sind in der Tabelle 4 aufgeführt. Die
erfindungsgemäßen Komposite
zeigen im Vergleich zum Reinharz stark verbesserte Eigenschaften. Tabelle 4: Ergebnisse des Biegeversuchs
und der Prüfung
der Bruchzähigkeit
Claims (25)
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Cited By (2)
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CN114507481A (en) * | 2022-02-21 | 2022-05-17 | 江苏耀鸿电子有限公司 | Flame-retardant and heat-insulating epoxy IC packaging carrier plate and preparation method thereof |
CN114573917A (en) * | 2022-03-14 | 2022-06-03 | 青岛颐世保塑料有限公司 | Preparation method of special laminating color master batch for outdoor tarpaulin |
-
2007
- 2007-08-27 DE DE102007040638A patent/DE102007040638A1/en not_active Ceased
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