DE29515721U1 - Gummimahlgut - modifizierte Thermoplaste - Google Patents
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Description
Beschreibung
Gummimahlgut-modifizierte Thermoplaste als Ersatz oder Verschnitt von thermoplastischen
Elastomeren (TPE) bzw. schlagzäh modifizierten Thermoplasten.
In den letzten Jahren haben sich die thermoplastischen Elastomere (TPE) wirtschaftlich
durchgesetzt Sie verbinden gute mechanische Eigenschaften mit den Vorteilen der thermoplastischen Verarbeitung. Das Entwicklungspotential wird durch den Bereich der
heute bestehenden klassischen, vernetzten Elastomere vorgegeben. Diese beginnen bei den weichen Silikonkautschuken und reichen bis zu den extrem stabilen Perfluorelastomeren.
In der Polymerforschung hat die Entwicklung von Polymerblends einen hohen Steilenwert
erreicht. Als Polymerblends werden Kunststoffe bezeichnet, die durch Compoundierung
verschiedener organischer Polymere über die Schmelze hergestellt werden. Hierdurch können Eigenschaftskennwerte erreicht werden, die mit bekannten Homo-
und Multipolymeren bisher nicht erreicht wurden. Der Grund für diese Entwicklung sind
die Anforderungen nach höheren Gebrauchswerten und nach produktiveren Verarbeitungstechnologien.
Die meisten Polymere sind thermodynamisch nicht miteinander mischbar. In vielen
Fällen erlaubt die chemische Unverträglichkeit auch keine feindisperse Verteilung der
Polymere ineinander. Gerade aber die feindisperse Verteilung hat einen wesentlichen
Einfluß auf die Wechselwirkung in den Phasengrenzflächen und so auch auf die Eigenschaftskennwerte
des Polymerblends. Von besonderem Interesse sind hier Polymerblends aus thermoplastischen Polymeren und Elastomeren. Thermoplaste mit einem
Elastomeranteii von über 50% werden als thermoplastische Elastomere (TPE) bezeichnet.
1st der Elastomeranteil kleiner als 30%, spricht man von schlagzäh modifizierten
Thermoplasten.
* «GebgauchsmtKteranmeMiufg * Seite 4
Um hohe Festigkeitskennwerte in diesen Polymerblends zu erreichen, wird die dispers
verteilte Elastomerkomponente in der Thermoplastmatrix vulkanisiert. Der Mischprozeß
der beiden Polymere muß so geführt sein, daß die Vernetzungsreaktion erst eintritt,
wenn das Elastomer feindispers in der Thermoplastmatrix verteilt ist. Für die TPEs wird
insbesondere Polypropylen (PP) als Matrixpolymer eingesetzt. Als Elastomerkomponente
wird ein Ethylen-Propyien-Dien-Copolymer (EPDM) verwendet, welches in der
Regel während der Polymerisationsphase in die PP-Matrix eingebaut wird. Im anderen
Fall wird unvemetzte EPDM-Neuware in einem Compoundierprozeß z.B. auf einem
Doppelschneckenextruder in die Thermoplastmatrix verteilt.
Neben den chemischen Bindungen, die zur Bildung der Makromolekülketten aus Monomeren
führen, bewirken physikalische Bindungen einen Zusammenhalt der Makromoleküle zu kompakten Polymerwerkstoffen. Man kann diese physikalischen Bindungen
auch als Wechselwirkungen zwischen den benachbarten Atomen dieser Makromoleküle auffassen. Es wird unterschieden zwischen:
• Wasserstoffbrückenbindungen,
• Dipol-Wechselwirkungen,
• induzierte Dipolwechselwirkungen und
• Dispersionswechselwirkungen.
Die chemische Bindungsenergie ist ein vielfaches größer als die physikalische Bindungsenergie.
Hier ist allerdings zu berücksichtigen, daß die Anzahl der Wechselwirkungen zwischen zwei Makromolekülketten der Anzahl der Monomerbausteine in der
Kette entsprechen kann. Daraus resultiert unter Umständen, daß der Gesamtenergiebeitrag
der Wechselwirkungen wesentlich über dem der chemischen Bindungen liegt. Die Voraussetzung ist hier die unmittelbare Nähe der benachbarten Makromoleküle.
Bei verschiedenen Polymerketten kann eine Wechselwirkung zwischen den Makromolekülen
nur entstehen, wenn eine thermodynamische Mischbarkeit der Polymere vorliegt.
Die meisten Polymere sind thermodynamisch nicht mischbar oder es treten im
'»Cjebrauchsrrmstefanmeiaung· Seite 5
Mischungsbereich Mischungslücken in Abhängigkeit von der Temperatur, Konzentration
und Molmasse auf.
Die thermodynamische Unverträglichkeit verschiedener Polymere ist allerdings eine
Ursache dafür, daß in einer Polymerlegierung neue Eigenschaften erreicht werden können. Diese neuen Eigenschaften resultieren aus der Kombination der Eigenschaften
der verschiedenen Polymere, die in der Polymerlegierung teilweise erhalten bleiben.
Beim Mischen oder Compoundieren entstehen Grenzflächen zwischen den verschiedenen
Poiymerphasen. Eine geringe Verträglichkeit bedeutet wenige Wechselwirkungen
in den Grenzflächen der Polymerphasen, was zu einer niedrigen Festigkeit des Verbundes führt. Mit einer höheren Verträglichkeit steigt auch die Dispersität oder der
Verteilungsgrad der einen Polymerphase in der anderen. Für den nachfolgenden Verarbeitungsprozeß
ist es notwendig, eine Stabilisierung der erreichten Phasenverteilung zu erhalten. Angestrebt werden also Compounds mit einer feindispersen Verteilung
eines Polymers in einem anderen mit guter Haftung oder Wechselwirkung in den Phasengrenzflächen
trotz einer niedrigen thermodynamischen Mischbarkeit. Im Rahmen
der Erfindung werden zur chemischen Bindung Radikalbildner (z.B. Peroxid) oder Säuren
(z.B. Maleinsäureanhydrid) oder funktionalisierte Copolymere, welche Doppelbindungen
enthalten, eingesetzt. Die Matrix wird durch Antioxidantien (z.B. Phenole) vor
Abbau durch Umgebungseinflüße (z.B. Licht, Wärme, etc.) geschützt.
Der in den Schutzansprüchen 1-4 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde,
daß im Gegensatz zu Thermoplasten vulkanisierte Gummireststoffe nicht mehr aufschmelzbar
sind und somit als Produktionsabfälie und nach Ablauf ihrer Produktlebenszeit nicht mehr direkt für die Herstellung der Ursprungsprodukte eingesetzt werden
können. Ein Wiedereinsatz der Reststoffe ist erst nach einem chemischen, aufwendigen
Prozeß, welcher die Vernetzung auflöst (sog. Regenerierung) oder nach einer mechanischen
Zerkleinerung möglich. Der chemische Prozeß im großen Maßstab wurde aufgrund von Umweltauflagen und mangelnder Wirtschaftlichkeit von den meisten Betreibern
derartiger Anlagen in der Vergangenheit eingestellt. Zerkleinerter Gummi wird
' .^rebrauchsimtstefanmefduiTg*
derzeit als Gummigranulat (1-6 mm) bzw. als Gummimehl (<1 mm) überwiegend in Sekundärprodukten
eingesetzt. In diesen Anwendungen werden als Bindemittel ebenfalls
Kautschuke oder unterschiedliche PUR-Systeme eingesetzt. Ein weiterer, aufgrund der
überwiegend hohen Anforderungen sehr geringer Anteil wird in der Primärkautschukverarbeitung
eingesetzt (z.B. Landwirtschaftsreifen). Weiterhin werden Gummimehle in der Bitumenindustrie eingesetzt (z.B. Dachbahnen).
Es soll ein Werkstoff geschaffen werden, der die positiven Eigenschaften von Vulkanisaten
mit den einfachen Verarbeitungsmöglichkeiten für Thermoplaste verbindet.
Mit den in den Schutzansprüchen 1-4 aufgeführten Merkmalen wird die Problemstellung
gelöst. Es wird anstatt des unvernetzten Kautschuks ein vernetzter Gummi, welcher
mechanisch auf eine Korngröße <600pm (bevorzugt 80 - 300 pm) zerkleinert wird,
eingesetzt.
Mit der Erfindung wird erreicht, daß im Sinne des Kreislaufwirtschaftgesetzes die Möglichkeit
besteht, Gummireststoffe in hochwertige primäre Anwendungen zurückzuführen. Dazu kommen die wirtschaftlichen Vorteile der einfachen und damit preisgünstigen
Verarbeitungsmöglichkeiten des neuen Werkstoffes.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist im Schutzanspruch 3 gegeben. Durch die Hinzunahme
von Haftvermittiern und Antioxidantien kann auf eine Vielzahl der mechanischen
Anforderungen Rücksicht genommen werden.
" .C?ebreuchsMasteranmdäufl&*
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Tabeiie 1 erläutert. Es zeigt
verschiedene Mischungen verschiedener Gummirecyciaten mit PP und deren Kennwerte
aus dem Zugversuch nach DIN 53283 auf.
| Tabelle | 1: Zusammensetzung und Kennwerte aus dem Zugversuch nach DIN 53283 | iiiii | iiiiiiii | lllllil | IiIiIII | 111 | ipSSS | Uli | Iiiii | [IIIII |
| iiiiiiii | HUI | !ist iiiiiiii |
Illllllllil | &iacgr;&idiagr;&idiagr;&idiagr;&idigr;&igr;&igr;&igr;&igr; Illllllllil |
37,6 | Lsmm llllll: |
iiiii | mi | IIIII | llllljl |
| liliiiil | SiSSiSSSS: SiSSiSi-SS: iiiiiiii |
- | 34,1 | 31,1 | 20,2 | 7 | 7 | 36 | 1781 | |
| 100% | PP | 20% | CR | 31,1 | 26,6 | 28,4 | 9 | 9 | 33 | 1470 |
| 80% | PP | 30% | CR | 26,6 | 22,3 | 24,9 | 12 | 12 | 42 | 1255 |
| 70% | PP | 40% | EPDM | 22,4 | 20,3 | 20,4 | 18 | 18 | 43 | 887 |
| 60% | PP | 40% | SBR | 20,3 | 12,1 | 19,3 | 17 | 17 | 60 | 1013 |
| 60% | PP | 60% | SBR | 15,1 | 15,4 | 14,9 | 52 | 52 | 72 | 629 |
| 40% | PP | 60% | EPDM | 15,4 | 14,5 | 15,3 | 178 | 178 | 184 | 375 |
| 40% | PP | 60% | EPDM- Moosgummi |
14,5 | 14,4 | 175 | 175 | 184 | 321 | |
| 40% | PP |
· oebpauchsiAGstttanmdfluntr*
Tabelle 2: Abkürzungen Abkürzung Beschreibung
CR EPDM NR PP PUR SBR SBS SEBS TPE
Chloropren-Kautschuk Ethyien-Propylen-Dienkautschuk Naturkautschuk
Polypropylen Polyurethan Styrol-Butadien-Kautschuk Styrol-Butadien-Styrol Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol
Thermoplastische Elastomere Zugfestigkeit Streckfestigkeit Reißfestigkeit Zugdehnung
Streckdehnung Reißdehnung E-Modul
Claims (5)
- * Gebmuchsntastefanmeldhng* * SeiteSchutzansprücheIGummimahlgut-modifizierte Thermoplaste, vorzugsweise PP1 SBS, SEBS als Ersatz oder Verschnitt von thermoplastischen Elastomeren (TPE) bzw. schlagzäh modifizierten Thermoplasten,dadurch gekennzeichnet,daß feingemahlenes Gummi mit einer Korngröße <600&mgr;&idiagr;&eegr; in die Matrix des Thermoplasten mit 10-80 Gewichts-% physikalisch eingebunden ist.
- 2. Gummimahlgut-modifizierte Thermoplaste nach Schutzanspruch 1dadurch gekennzeichnet,daß feingemahlenes Gummi mit einer Korngröße <600&mgr;&igr;&tgr;&igr; in die Matrix des Thermoplasten mit 10-80 Gewichts-% teilweise neben der physikalischen Einbindung auch chemisch eingebunden ist. Typische Art: durch peroxidische Vernetzung oder Säurefunktionalisierung.
- 3. Gummimahigut-modifizierte Thermoplaste nach Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet,daß feingemahlenes Gummi mit einer Korngröße <600pm zusammen mit Haftvermittlern und Antioxidantien in die Matrix des Thermoplasten mit 5-90 Gewichts% chemisch und physikalisch in unterschiedlichen Anteilen eingebunden ist.
- 4. Gummimahigut-modifizierte Thermoplaste nach Schutzanspruch 1-3 dadurch gekennzeichnet,daß als feingemahlenes Gummi gemahlene Gummireststoffe mit einer Korngröße <600ym (Post-Consumer-Ware oder Produktionsreststoffe) eingesetzt werden.
- 5. Gummimahigut-modifizierte Thermoplaste nach Schutzanspruch 1-4 dadurch gekennzeichnet,daß als feingemahienes Gummi bzw. gemahlene Gummireststoffe vorzugsweise SBR, SBR/NR und EPDM mit einer Korngröße <600pm eingesetzt werden.
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ID=8013711
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|---|---|---|---|
| DE29515721U Expired - Lifetime DE29515721U1 (de) | 1995-10-05 | 1995-10-05 | Gummimahlgut - modifizierte Thermoplaste |
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