DE69822032T2

DE69822032T2 - Thermoplastische Elastomer-Kompositartikel

Info

Publication number: DE69822032T2
Application number: DE69822032T
Authority: DE
Inventors: Giuseppe Lesca; Giovanni Di Drusco
Original assignee: 4 GR Srl
Current assignee: 4 GR S.R.L., PASIANO DI PORDENONE, IT
Priority date: 1997-05-05
Filing date: 1998-04-30
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2018-05-01
Also published as: ITMI971038A1; ATE260953T1; EP0877052A2; EP0877052A3; ITMI971038A0; EP0877052B1; DE69822032D1; IT1291725B1

Description

Anwendungsbereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Polymer-Kompositmaterialien. Hier sollen Materialien beschrieben werden, welche kristalline Polymere, amorphe Polymere und Öl enthalten und die einen hohen Grad an Schweißbarkeit haben, sowie Erzeugnisse für Isolierungen/Abdichtungen, die unter Verwendung der genannten Materialien gefertigt werden.
Stand der Technik
Polymererzeugnisse werden auf einem weiten Anwendungsgebiet eingesetzt. Je nach dem speziellen Einsatzgebiet ist es wichtig, dass man Materialien mit einem weiten Bereich von unterschiedlichen physikalischen Kenndaten wie beispielsweise Steifigkeit, Thermoplastizität, Beständigkeit gegenüber relevanten Stoffen der Umwelt zur Verfügung hat.
Man hat Materialien, welche gute mechanische Eigenschaften und gute elastische Eigenschaften vereinen, auf der Grundlage von Polymeren kristalliner Natur, die in Gemischen mit amorphen Polymeren verwendet wurden, erhalten. Ein Beispiel hierfür sind Materialien, welche aus isotaktischem Propylen und Ethylen-Propylen-Kautschuken bestehen. Die genannten Erzeugnisse werden für all diejenigen Anwendungsfälle genutzt, wo sie während des Gebrauchs die Eigenschaften der Nachgiebigkeit bei niedrigen Temperaturen aufweisen müssen. In einer Reihe von technischen Bereichen, zu denen der Bereich der Abdichtung von Gebäuden zählt, besteht Bedarf an solchen Polymer-Abdeckmaterialien, welche eine gute Schweißbarkeit, eine ausreichende Elastizität und gleichzeitig eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen.
Um dieses Ergebnis zu erhalten, ist es ganz allgemein erforderlich, die Schweißtemperatur der Polymere herabzusetzen, so dass das Schweißen bei niedriger Temperatur ausgeführt werden kann, wodurch vermieden wird, dass das Material thermischen Behandlungen ausgesetzt wird, welche seine mechanischen Eigenschaften beeinträchtigen könnten.
Im Polymer-Handbuch von I. Brandrup und E. H. Immergut, 3. Aufl. V Seite 29 wird gezeigt, wie der Schmelzpunkt von isotaktischem (kristallinem) Polypropylen sinkt, wenn ein Teil des isotaktischen Polypropylens durch ataktisches (amorphes) Polypropylen ersetzt wird (siehe 4).
Die Herabsetzung des Schmelzpunktes selbst garantiert jedoch noch keinen hohen Grad an Schweißbarkeit. Schweißverbindungen mit niedrigschmelzenden Materialien sind leicht zu erhalten, aber sie gehen auch genau so leicht wieder entzwei. Das Erreichen einer guten Schweißbarkeit dieser Materialien hängt nicht nur von ihren rheologischen Eigenschaften ab, die vorwiegend mit dem Schmelzpunkt im Zusammenhang stehen, sondern auch und vor allem mit der Fähigkeit der Materialien, sich im geschmolzenen Zustand zu durchmischen, und auf ihrer Fähigkeit, zum Zeitpunkt der Abkühlung eine homogene und widerstandsfähige Verbindung zu bilden. Die letztere Eigenschaft scheint von den Modi der Aggregation der kristallinen und der amorphen Phase im Innern des zur Debatte stehenden Materials abzuhängen.
In Polym. Eng. Sci. 1996, 36(11), 1547-1556 wird berichtet, dass Gemische aus isotaktischem Polypropylen mit Öl und Poylstyrol-Blockpolymeren eine Absenkung des Schmelzpunktes aufweisen. Andererseits zeigen nach denselben Verfassern Gemische aus isotaktischem Polypropylen mit Öl und Ethylen-Propylen-Polymeren keinerlei Herabsetzung des Schmelzpunktes. Über die Schweißbarkeit dieser Materialien werden allerdings keine Angaben gemacht.
Grundsätzlich findet man beim Stand der Technik keine Hinweise auf die Möglichkeit, Polymer-Kompositmaterialien, insbesondere Materialien auf der Grundlage kristallinen Polypropylens, zu erhalten, die eine Schweißbarkeit bei niedrigen Temperaturen aufweisen und daher praktisch unveränderte mechanische und physikalisch-chemische Eigenschaften aufweisen.
In Anbetracht des oben beschriebenen Standes der Technik greift die vorliegende Erfindung das Problem der Erzeugung von Polymer-Kompositmaterialien, die einen niedrigen Schmelzpunkt, gute mechanische Kenndaten und eine hohe Schweißbarkeit haben, auf.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Polymermaterial mit einem hohen Grad an Schweißbarkeit bei niedriger Temperatur und mit guten mechanischen Kenndaten, welches enthält:

a) ein oder mehrere Polymere kristalliner Natur, die unter isotaktischem Polypropylen, statistischem Polypropylen und ihren Gemischen gewählt werden;
b) ein oder mehrere amorphe Polymere, die unter einem Ethylen-Propylen-Copolymer (EPR-Kautschuk), einem Propylen-Copolymer mit Ethylen- und/oder anderen Alpha-Olefinen (COPO), einem Ethylen-Copolymer mit Okten-1 (ENGAGE) und/oder anderen Alpha-Olefinen und ihren Gemischen gewählt werden;
c) ein Öl, in welchem die Komponenten unter b) löslich sind.

Die Erfindung beschreibt auch Erzeugnisse, insbesondere Bahnen, welche einen hohen Grad an Schweißbarkeit bei niedriger Temperatur und hohe mechanische Kenndaten auch an der Schweißstelle aufweisen, wie sie für Anwendungen im Bauwesen und im Ingenieurbau geeignet sind.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass ein industriell einsetzbares Verfahren zur Herstellung von Polymer-Kompositmaterialien aufgezeigt wird. Diese Materialien enthalten kristalline und amorphe Polymere, insbesondere aber Materialien aus kristallinem Polypropylen und Propylen-Copolymeren und weisen sehr gute mechanische Kenndaten auf und sind bei niedriger Temperatur schweißbar, d. h. bei einer Temperatur, die niedriger liegt als die Temperaturen, die zum Schweißen der Polymer-Ausgangsmaterialien erforderlich sind.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Als Lösung der Probleme, auf die weiter vorn Bezug genommen worden ist und die vom Stand der Technik nicht gelöst worden sind, beschreibt der Anmelder ein Polymer-Kompositmaterial, welches aus Folgendem besteht:

a) einem oder mehreren Polymeren kristalliner Natur, die unter isotaktischem Polypropylen, statistischem Polypropylen und ihren Gemischen gewählt werden;
b) einem oder mehreren amorphen Polymeren, die unter einem Ethylen-Propylen-Copolymer (EPR-Kautschuk), Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymeren (EPDM-Kautschuk), einem Propylen-Copolymer mit Ethylen- und/oder anderen Alpha-Olefinen (COPO) oder einem Ethylen-Copolymer mit Okten-1 (ENGAGE) und/oder anderen Alpha-Olefinen und ihren Gemischen gewählt werden;
c) einem Öl, in welchem die Komponenten unter b) löslich sind.

Der Anmelder hat festgestellt, dass unerwarteterweise der Schmelzpunkt des Polymer-Kompositmaterials, welches die Bestandteile a und b enthält, nach dem Zufügen eines Öles (Bestandteil c), welches ein Lösungsmittel für die amorphe Phase b ist, beträchtlich sinkt und dass in entsprechender Weise die Schweißtemperatur des Materials sinkt, was eine ausgezeichnete Schweißbarkeit ermöglicht, d. h. eine ausgezeichnete Fähigkeit zur Durchmischung im geschmolzenen Zustand und zur Verfestigung unter der Bildung von homogenen, flexiblen und zähen Fugen, die vom mechanischen Standpunkt aus mit dem übrigen Material eine einheitliche Beschaffenheit aufweisen.
Ein weiterer überraschender Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der Kombination der Kenndaten einer guten Schweißbarkeit mit der Festigkeit in solchen Materialien, die eine beachtliche Elastizität aufweisen. Wenn einerseits das Gemisch aus den Bestandteilen a (Plastomere), b (Elastomere) und c (Öl), die im Rahmen der vorliegenden Erfindung benutzt werden, zu relativ weichen Materialien führt, weisen diese Materialien in der Tat gute und gleichförmige mechanische Kenndaten auf, wie das die hohe Zugfestigkeit auch an den Schweißstellen zeigt.
Was das Gesamtgewicht des Polymer-Kompositmaterials (a + b + c = 100 %) betrifft, so ist das Polymer kristalliner Natur (a) zu einem Anteil von 15 bis 60 %, vorzugsweise von 15 % bis 40 % vorhanden. Die kristallinen Polypropylene, die gemäß der Erfindung verwendet werden, sind auf dem Markt verfügbar. Beispiele hierfür sind Moplen S30S (isotaktisches Polypropylen) oder Moplen EP2S12B (statistisches Polypropylen mit Ethylen). Die Tabelle A zeigt eine Liste dieser Erzeugnisse und ihrer Verfügbarkeit auf dem Markt.
Amorphes Polymer (b) ist vorzugsweise zu einem Anteil von 5 Gew.-% bis 80 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 10 Gew.-% und 70 Gew.-%, jedoch stärker vorzuziehen zwischen 20 Gew.-% und 50 Gew.-% vorhanden.
Die benutzten amorphen Polymere, welche unter elastomerem Ethylen-Propylen-Copolymer (EPR-Kautschuk), Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymeren (EPDM-Kautschuk) oder einem Ethylen-Copolymer mit Okten-1 (ENGAGE) und/oder anderen Alpha-Olefinen oder ihren Gemischen gewählt werden, sind auch auf dem Markt verfügbar (siehe Tabelle A).
Öl (c) ist zu einem Anteil von zwischen 5 Gew.-% und 60 Gew.-% , vorzugsweise zwischen 15 Gew.-% und 45 Gew.-%, und noch stärker vorzuziehen zwischen 20 Gew.-% und 40 Gew.-% vorhanden. Bei der vorliegenden Erfindung kann jedes Öl verwendet werden unter der Bedingung, dass die in der Substanz benutzten amorphen Polymere in diesem Öl löslich sind. Als Beispiele sollen die folgenden Öle angeführt werden: naphthenisches Öl, Paraffinöl, lineares Dodecylbenzol, Gemische aus Dialkylbenzolen oder Diphenylalkanen (siehe Tabelle A).
Es muss auf alle Fälle ein Öl gewählt werden, welches einen Siedepunkt hat, der höher als die Verfahrenstemperatur liegt. Vorzugsweise hat dieses Öl einen Siedepunkt über 300 °C.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind die kristalline und die amorphe Phase wenigstens teilweise in einem Ausgangserzeugnis erhalten. Beispiele für die genannten Ausgangserzeugnisse sind die sogenannten heterophasischen Propylen-Ethylen-Copolymere wie beispielsweise Adflex Q100F (35 % statistisches Polypropylen und 65 % COPO) oder Moplen EPT30R (85 % isotaktisches Polymer Und 15 % COPO). In diesem Fall wird gemäß der vorliegenden Erfindung das polymere Material dadurch erhalten, dass man das Öl und möglicherweise eine weitere Menge an amorphem und/oder kristallinem Polymer zufügt.
Als Füllstoffe sollen die folgenden erwähnt werden: Talkum, Kalziumkarbonat, Siliziumdioxid, Aluminiumdioxid, Glimmer, Bentonit, Baryt usw. Der bevorzugte Füllstoff ist Talkum.
Beispiele für Farbstoffe sind PE 99187, PE 41900, PE/F 72020/29020, PE 91532 (Viba).
Als Oxidationshemmer können Erwähnung finden: BHT, Irganox 1076, Irganox 1010 (Ciba), Anox-PT 311 (Great Lakes), Gudrite 3114, Gudrite 3125 (Goodyear), Cyanox 1790 (Cyanamid).
Beispiele für UV-Schutzstoffe sind Tinuvin 326, Tinuvin 327 (Ciba), Chimassorb 81 (Sandoz), Cyassorb UV 531 (Cyanamid), Hostavin VPAR06 (Hoechst) und Uvasil 2000 HM (Great Lakes).
Die vorliegende Erfindung umfasst darüber hinaus Isolier- und Abdichterzeugnisse, die aus den Polymer-Kompositmaterialien, wie sie oben beschrieben worden sind, gefertigt werden.
In diesen Erzeugnissen sind die Füllstoffe zu einem Anteil von bis zu 40 Gew.-%, vorzugsweise von 10 Gew.-% bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Erzeugnisses, enthalten. Die Oxidationshemmer, UV-Schutzstoffe und Farbstoffe sind zusammengenommen im Durchschnitt zu einem Anteil von 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Erzeugnisses, vorhanden.
Spezifische Beispiele für wasserabdichtende Isolierungserzeugnisse gemäß der vorliegenden Erfindung sind diejenigen, welche die folgende Zusammensetzung aufweisen:

– heterophasisches Propylen- und Ethylen-Copolymer [welches 35 % PPr und 65 % COPO enthält] zu 50 %; Öl zu 31 %; Talkum zu 25 %; Grundgemisch zu 1 %.
– heterophasisches Propylen- und Ethylen-Copolymer [welches 35 % PPr und 65 % COPO enthält] zu 31 %; PPr zu 18 %; Öl zu 31 %; Talkum zu 19 %; Grundgemisch zu 1 %.1
– PPr zu 37 %; EPR-Kautschuk zu 25 %; Öl zu 17 %; Talkum zu 20 %, Grundgemisch zu 1 %.
– PPi zu 26 %; EPR-Kautschuk zu 26 %; Öl zu 33 %; Talkum zu 14 %, Grundgemisch zu 1 %.
– PPr zu 25 %; ENGAGE zu 30 %; Talkum zu 23 %; Öl zu 22 %; Grundgemisch zu 1 %.

Die Polymermaterialien und die entsprechenden erfindungsgemäßen Erzeugnisse können nach den bekannten Techniken erhalten werden. Insbesondere können die drei Bestandteile a, b und c mechanisch in einem Banbury-Mischer, der bei einer Temperatur zwischen 160 °C und 190 °C betrieben wird, gemischt werden. Alternativ werden die Polymere, der Füllstoff oder die Füllstoffe, die Zusatzstoffe und das Öl in einen Extruder gegeben, der das homogene Durchmischen der Bestandteile bei 190 °C bewirkt.
Es ist auch möglich, dass man das Öl auf den festen amorphen Bestandteilen absorbieren lässt, indem man unter Mischbedingungen bei einer Temperatur von 60 -80 °C ungefähr eine Stunde lang arbeitet, und dann all die Bestandteile in einen Extruder gibt.
Die Erzeugnisse werden durch das Verarbeiten der Polymer-Materialien nach den bekannten Techniken wie Stranggießen, Gießen oder Walzen erhalten.
Vorzugsweise werden die Erzeugnisse in Form von Bahnen gefertigt.
Für die Belange der vorliegenden Erfindung soll der Ausdruck „Bahnen", der in der Beschreibung und in den Ansprüchen gebraucht wird, in seiner weitesten Bedeutung gelten und all jene Erzeugnisse einschließen, die eine große Oberfläche haben, entweder eben oder gewellt sind, regelmäßig oder unregelmäßig sind, d. h. die für den Schutz und/oder die Wasserabdichtung eines darunter oder darüber liegenden Bauwerks geeignet sind. Die Stärke der Bahn kann je nach den Einsatzbedingungen in einem weiten Bereich schwanken. Als Hinweis können die nach der Erfindung gefertigten Bahnen eine Stärke zwischen 0,5 und 5 mm, vorzugsweise jedoch 2 mm, aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Bahnen können ferner Maschenstrukturen aus verschiedenen Materialien wie beispielsweise Gewebe, Vliesstoff Glas oder Polyester-Gewebe oder anderen Materialien enthalten.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herabsetzung des Schmelzpunktes eines Polymer-Kompositmaterials, welches die bereits weiter oben erwähnten Bestandteile a und b enthält möglicherweise in Gegenwart von einem oder mehreren Füllstoffen, Oxidationshemmern, UV-Schutzstoffen und Stabilisatoren, so dass ein Material mit guter Schweißbarkeit erhalten wird, wobei sich dieses Verfahren dadurch auszeichnet, dass ein Öl (Bestandteil c), welches ein Lösungsmittel für die Bestandteile b ist, dem Gemisch (a + b) zugefügt wird.
Das erfindungsgemäße Polymer-Kompositmaterial findet in all den Bereichen Anwendung, wo der Einsatz von Polymer-Materialien, die bei niedriger Temperatur leicht schweißbar sind und eine gute und gleichförmige Festigkeit und Plastizität aufweisen, erforderlich ist.
Ein Merkmal der Erfindung besteht im Einsatz des Polymer-Materials, wie es weiter vorn beschrieben worden ist, in Form eines Erzeugnisses für die Isolation/Abdichtung von Bauwerken. Beispielsweise können die Bahnen für die Isolation/Abdichtung von Bedachungen, Gründungen, Brücken, Straßen mit Entwässerungsasphalt, Ablaufrinnen und Abflüssen, Wasserbehältern, Tunneln und Unterführungen, Terrassen, Dachgärten und Swimming-Pools eingesetzt werden.
In der Anwendungsphase werden diese Bahnen zusammengeschweißt oder an einem Substrat mittels Erhitzen, beispielsweise unter Verwendung heißer Luft oder einer heißen Klinge, befestigt. Der herabgesetzte Schmelzpunkt ermöglicht, dass das Schweißen in kurzer Zeit und/oder mit geringerem Erhitzen durchgeführt wird, woraus sich eine geringe thermische Veränderung des dem Schweißen unterzogenen Polymer-Materials und ein geringerer Aufwand an Energie ergeben.
Zum geringeren Erhitzen gehört auch die Herabsetzung der Rauchentwicklung, wodurch die Umwelthygiene verbessert und die Sicherheit der Personen, die diese Arbeit ausführen, erhöht werden.
Die so ausgeführten Schweißnähte sind mechanisch widerstandsfähig, d. h. sie haben eine Zugfestigkeit in der Größenordnung der Werte von denjenigen Materialien, die für die Herstellung der wasserabdichtenden Bahnen verwendet werden oder gar darüber. Die Erfindung soll nun an Hand der nachfolgenden Beispiele beschrieben werden.
EXPERIMENTELLER TEIL
Bei den experimentellen Arbeiten eingesetzte Erzeugnisse

PPi isotaktisches Polypropylen
PPr statistisches Polypropylen (statistisches Propylen-Copolymer mit Ethylen und/oder anderen Olefinen)
EPR durch Polymerisation von Ethylen mit Propylen erhaltener Kautschuk
COPO amorphes Propylen-Copolymer mit Ethylen und/oder anderen Alpha-Olefinen, die während der Herstellung von heterophasischen Propylen-Copolymeren erhalten werden (siehe Hydrocarbon Processing {Verarbeitung von Kohlenwasserstoffen}, Nov. 1984, S. 113).

HETEROPHASISCHE PROPYLEN-COPOLYMERE: Propylen-Copolymere, in denen die in Xylol lösliche (nichtkristalline) Phase aus COPO und der unlösliche (kristalline) Teil grundsätzlich aus isotaktischem oder statistischem Polypropylen bestehen,
ENGAGE amorphes Ethylen-Copolymer mit Okten-1.
Bei den experimentellen Arbeiten benutzte Erzeugnisse
Tabelle A

A) Adflex Q100F (Hersteller Montell) M.F.R. (ASTM 1238"L") = 0,6 g/10'; ein heterophasisches Propylen-Ethylen-Copolymer. Die in Xylol lösliche amorphe/elastomere Phase (COPO) stellt 65 % dar und hat eine Grundviskosität von 3 dl/g; die kristalline Phase (35 %) besteht vorwiegend aus statistischem Polypropylen (PPr).
B) Moplen S30S (Hersteller Montell) M.F.R. (ASTM 1238"L") = 1,8 g/10'; isotaktisches Polypropylen (PPi); Löslichkeit in Xylol 4,2 %.
C) Moplen EP2S12B (Hersteller Montell) M.F.R. (ASTM 1238"L") = 1,8 g/10'; statistisches Polypropylen mit Ethylen; Löslichkeit in Xylol 5 %.
D) Dutral CO-038 (Hersteller Enichem Elastomeri); Propylen-Ethylen-Kautschuk mit einer Moonex-ML-Viskosität (1 + 4) von 60 bei 125 °C; Propylengehalt 28 %; Löslichkeit in Xylol 100 %.
E) Moplen EPT 30R (Hersteller Montell) M.F.R. (ASTM 1238"L") = 3,5 dg/10'; heterophasisches Propylen-Copolymer mit Ethylen. Die in Xylol lösliche elastomere Phase (COPO) beläuft sich auf 15 %; die kristalline Phase (85 %) besteht aus isotaktischem Polypropylen (PPi).
H) Isorchem (Hersteller Condea Augusta); lineares Dodecylbenzol, d. h. alkylierte Benzole an einer Stelle des Kerns mit Vorherrschen der gesättigten Seitenketten des Kohlenstoff-12-Atoms
I) Alchisor PT (Hersteller Condea Augusta); ein Gemisch aus Dialkylbenzol und Diphenylalkanen mit Mischstruktur; Nebenprodukt bei der Herstellung von linearem Dodecylbenzol.
L) „Nappar 10" naphthenisches Öl (Hersteller Exxon Chemical); Dichte (ASTM D 4052) = 0,817 kg/dm³.
M) „Norpar 15" Paraffinöl (Hersteller Exxon Chemical); Dichte (ASTM D 4052)= 0,772 kg/dm³.
N) „CM3" Talkum (Hersteller Industria Mineraria Italiana Fabi, S.r.1).
O) ENGAGE 8150 (Hersteller Du Pont Dow Elastomers); amorphes Ethylen-Copolymer mit Okten-1; Gehalt an Okten-1 25 %; mit einer Mooney-ML-Viskosität (1 + 4) von 35 bei 121 °C, Löslichkeit in Xylol 100 %.

Der Schmelzpunkt von PPi und seinen Gemischen mit COPO (Probe 2) oder mit EPR-Kautschuk (Probe 3) wurde gemessen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben. Die Schmelzpunkte wurden mit einem METTLER DSC 30 – TA 3000 und mit einer Rate von 10 °C/min gemessen.
Tabelle I
Die erhaltenen Gemische zeigten eine begrenzte Herabsetzung des Schmelzpunktes. Dies trat auch im Fall von Probe 3 auf, wo bis zu 50 % PPi durch EPR-Kautschuk ersetzt wurden.
Im Fall von Gemischen aus statistischem Polypropylen mit COPO, EPR-Kautschuk (Tabelle II) oder ENGAGE blieb der Schmelzpunkt für alle Proben mit einem unterschiedlichen prozentualen Mischungsverhältnis fast unverändert selbst in dem Fall, wo 82,5 % des statistischen Polypropylens durch die amorphe Komponente ersetzt wurden (Probe 9).
Tabelle II
Wir wollen nun das Verhalten der Dreistoffgemische aus kristallinen Polymeren, amorphen Polymeren und Ölen betrachten.
Im Fall von PPi-EPR-Gemischen wird, wenn das Verhältnis zwischen PPi und EPR bei einem Wert von 0,92 konstant gehalten wird, während der Gehalt an Öl geändert wird, das folgende Muster gefunden:
Tabelle III
In gleicher Weise zeigt Tabelle N das Verhalten des Schmelzpunktes im Fall von Gemischen, die ein Verhältnis PPr:COPO von 0,54 aufweisen, während der Gehalt an Öl verändert wird.
Tabelle IV
Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, indem man Adflex (PPr + COPO), PPr und Öl mischte, wobei das Verhältnis PPr:COPO bei 1,06 konstant gehalten wurde (siehe Tabelle V).
Tabelle V
Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, indem man Adflex (PPr + COPO), PPr und Öl mischte, wobei das Verhältnis PPr:COPO bei 1,35 konstant gehalten wurde (siehe Tabelle VI).
Tabelle VI
Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, indem man PPr mit ENGAGE und Öl mischte.
Tabelle VII
Aus dem oben angeführten Satz von Daten kann festgestellt werden, dass bei derselben gegebenen nichtkristallinen Gesamtphase (in Xylol lösliche Phase) der Schmelzpunkt viel deutlicher sinkt, wenn diese Phase ein Öl gemäß der vorliegenden Erfindung enthält.
Diese stärkere Auswirkung auf den Schmelzpunkt ermöglicht es, Polymer-Kompositmaterialien mit einem niedrigen Schmelzpunkt zu erhalten und folglich solche, die bei einer niedrigen Temperatur schweißbar sind, aber signifikante Anteile der kristallinen Phase enthalten.
Die so erhaltenen Daten werden in Diagrammform in den 4 – 6 dargestellt. Es kann festgestellt werden, dass bei derselben gegebenen amorphen Phase (in Xylol lösliche Phase) der Schmelzpunkt viel schneller absinkt, wenn ein Teil des COPO-EPR-Gemisches durch Öl ersetzt wird.
Morphologische Untersuchung
Der Anmelder hat festgestellt, dass die morphologische Struktur der erfindungsgemäßen Dreistoffgemische anders ist als diejenige der Zweistoffgemische (PPi und/oder PPr + EPR und/oder COPO).
Genauer ausgedrückt, es ist bekannt, dass, wenn ein aus einem Gemisch von PPi (80 %) und EPR (20 %) erhaltenes Erzeugnis unter dem Elektronenmikroskop betrachtet wird, das daraus abgeleitete Erzeugnis grundsätzlich eine sehr feine Dispersion von einem Polymer in dem anderen darstellt. In der Tat können zwei Phasen festgestellt werden: eine diskontinuierliche Phase (EPR) aus kugelförmigen Teilchen, die in einer zweiten, kontinuierlichen Phase (PPi) dispergiert sind [1 und 2].
Wenn relativ bescheidene Mengen an PPi mit EPR-Kautschuk gemischt werden, dann erhält man eine elastomere kontinuierliche Phase und ein Phase von dispergiertem Polypropylen.
Andererseits zeigt ein Dreistoffgemisch gemäß der vorliegenden Erfindung, welches aus 50 % Adflex Q100F und 50 % Alchisor PT (17,5 % PPr, 32,5 % COPO und 50 % Öl) besteht, wenn es unter dem Lichtmikroskop untersucht wird, folgendes: im polarisierten Licht die typische sphärolythische Struktur des Propylens (7); im Interferenz-Kontrastverfahren eine dispergierte Phase mit Teilchen mit einem Durchmesser von 1 – 1,25 Mikrometer (8).
Eine Untersuchung (9 und 10) mit dem Durchstrahlungselektronenmikroskop (DEM) mit Kontrast durch Eintauchen der Probe, die als Schnittpräparat unter Anwendung der Gefrier-Ultramikrotomie hergestellt wurde, in eine wässerige RuO₄-Lösung, enthüllt eine gekreuzte Lamellenstruktur mit Lamellen der Stärke unter 100 Ångstrrøm und eine Phase aus Mikroteilchen mit Abmessungen, die mit denen der dispergierten Phase von 8 vergleichbar sind.
Diese Mikroteilchen haben undefinierte Grenzen, welche auch in die halbkristalline Struktur eindringen. Es ist ein Beispiel für gegenseitige Phasendurchdringung, d. h. für Stellen, wo es keine klare Abgrenzung zwischen der amorphen und der kristallinen Phase gibt, aber die eine Phase in die andere Phase eindringt.
Man ist der Ansicht, dass diese abweichende Struktur für das abweichende Verhalten hinsichtlich des Schmelzpunktes und folglich auch der Schweißbarkeit bei niedriger Temperatur der neuen Materialien, die beschrieben wurden, verantwortlich ist.
Die folgenden Beispiele zeigen Zusammensetzungen von Bahnen, die durch Extrusion erhalten wurden, sowie ihre wichtigsten Kenndaten.
Beispiel 1
Einer Menge von 5000 g Adflex Q200F wurden 2400 g Alchisor PT zugegeben. Das Gemisch wurde auf 70 °C erhitzt und unter Rühren bei dieser Temperatur für eine Stunde gehalten. Das Alchisor wurde vom Adflex Q100F vollständig absorbiert. Die so erhaltenen Körnchen wurden zusammen mit 2400 g Talkum und 100 g Grundgemisch, welches UV-Schutzstoffe und Oxidationshemmer enthielt, in einen Extruder gegeben, welcher bei einer Temperatur von 180 – 190 °C eine Bahn mit einer Stärke von 2 mm herstellte. Diese Bahn war flexibel, elastisch und ließ sich leicht schweißen. Der Schmelzpunkt des erhaltenen Materials, gemessen unter Verwendung eines METTLER DSC 30 – TA 3000 mit einer Rate von 10 °C/min, betrug 132 °C.
Das Schweißen wurde mit Heißluft unter Verwendung einer automatischen Schweißvorrichtung VARIANT PLUS mit automatischem Schlitten, hergestellt von der Firma LEISTER, bei einem Vorschub von 8 m/min und bei einer Temperatur von 350°C ausgeführt.
Beispiel 2
Folgendes wurde in die Eintrittsöffnung eines gegenläufigen Doppelschrauben-Extruders gegeben: Adflex Q100F (mit einer Dosierrate von 3100 g/min), Moplen EP2S12B (mit einer Dosierrate von 1800 g/min), Talkum (mit einer Dosierrate von 1900 g/min). Bei einer Arbeitstemperatur von 190 °C stellte der Extruder eine 2 mm starke Bahn her.
Die hergestellte Bahn war flexibel und elastisch und konnte unter denselben Bedingungen geschweißt werden wie denjenigen, die im Beispiel 1 beschrieben wurden. Der Schmelzpunkt wurde zu 134 °C ermittelt.
Beispiel 3
Folgendes wurde in einen Banbury-Mischer gegeben: 3700 g Moplen EP2S12B, 2500 g Dutral CO-038, 2000 g Talkum CM3 und 100 g Grundgemisch, welches Oxidationshemmer und UV-Schutzstoffe enthielt. Das Gemisch wurde auf eine Temperatur von 190 °C gebracht und, sobald das Material geschmolzen war, wurden 1700 g Alchisor PT zugegeben, und das Mischen wurde 10 Minuten lang fortgesetzt. Das so erhaltene Material wurde bei 190 °C zu einer 2 mm starken Bahn stranggepresst. Die Bahnen wurden bei einer Temperatur von 390 °C und mit einem Vorschub von 8 m/min geschweißt, wie das im Beispiel 1 beschrieben wurde. Es wurde festgestellt, dass der Schmelzpunkt 137 °C beträgt.
Beispiel 4
Unter Verwendung der im Beispiel 3 beschriebenen Technik wurden 2600 g Moplen S30S, 2600 g Dutral CO-038, 1400 g Talkum CM3, 100 g Grundgemisch, welches Stabilisatoren und Oxidationshemmer enthielt, und 3000 g Alchisor PT gemischt, um eine 1,5 mm starke Bahn herzustellen, die bei 420 °C und mit einem Vorschub von 7 m/min geschweißt werden konnte. Der Schmelzpunkt wurde zu 148 °C ermittelt.
Beispiel 5
Unter Verwendung der im Beispiel 3 beschriebenen Technik wurden in einem Banbury-Mischer gemischt: 2500 g Moplen EP2S12B, 3000 g ENGAGE 8150, 2300 g Talkum, 2200 g Alchisor PT und 100 g Grundgemisch, welches Oxidationshemmer und UV-Schutzstoffe enthielt. Anschließend wurde das Material stranggepresst, um 2 mm starke Bahnen zu formen. Diese Bahnen wurden mit einem Vorschub von 8 m/min und bei einer Temperatur von 380 °C geschweißt, wie das im Beispiel 1 beschrieben wurde. Der Schmelzpunkt wurde zu 136 °C ermittelt.
Die Werte für die Zugfestigkeit der zusammengeschweißten Bahnen, die nach einem beliebigen der Beispiele 1 bis 5 hergestellt worden waren, befand sich in Übereinstimmung mit den Standardanforderungen, die an wasserabdichtende Bahnen gestellt werden, und lagen in einigen Fällen höher als diejenigen von bekannten Erzeugnissen, die sich auf dem Fachgebiet bereits im Einsatz befinden.
Liste der Abbildungen
1. Morphologie eines mechanischen Gemisches aus PPi (80%) und EPR (20 %) unter dem Durchstrahlungselektronenmikroskop (3000x).
2. Morphologie eines Gemische, welches durch eine Reaktion von PPi (80 %) mit COPO (20 %) erhalten wurde, unter dem Durchstrahlungselektronenmikroskop (3000x).
3. Morphologie eines heterophasischen Polyproplen-Copolymers mit hohem extrahierbarem Wert (65 %) in Xylol unter dem Durchstrahlungselektronenmikroskop (18750x). Kontrast durch Eintauchen in eine wässerige Ru0O₄-Lösung.
4. Diagramm des Schmelzpunktes von Gemischen aus PPi oder PPr mit amorphen Propylenpolymeren oder -copolymeren als Funktion der in Xylol extrahierbaren prozentualen Menge.
5. Diagramm des Schmelzpunktes der Gemische aus PPi mit EPR und/oder COPO sowie aus PPi mit EPR und mit Öl als Funktion der in Xylol extrahierbaren prozentualen Menge.
6. Diagramm des Schmelzpunktes der Gemische aus PPr mit COPO und/oder EPR; aus PPr mit COPO und Öl: aus PPr mit ENGAGE und Öl als Funktion der in Xylol extrahierbaren prozentualen Menge.
7. Morphologie eines Gemischs aus Adflex Q100F (50 %) und Alchisor PT (50 %) unter dem Lichtmikroskop im polarisierten Licht.
8. Morphologie eines Gemischs aus Adflex Q100F (50 %) und Alchisor PT (50 %) unter dem Lichtmikroskop im Interferenz-Kontrast-Verfahren.
9. Morphologie eines Gemischs aus Adflex Q100F (50 %) und Alchisor PT (50 %) unter dem Durchstrahlungselektronenmikroskop (90000x). Kontrast durch Eintauchen in eine wässerige RuO₄-Lösung; Schnittpräparate durch Gefrier-Ultramikrotomie.
10. Morphologie eines Gemischs aus Adflex Q100F (50 %) und Alchisor PT (50 %) unter dem Durchstrahlungselektronenmikroskop (70000x). Kontrast durch Eintauchen in eine wässerige RuO₄-Lösung; Schnittpräparate durch Gefrier-Ultramikrotomie.

Claims

Polymer-Kompositmaterial mit Niedertemperatur-Schweißbarkeit, welches besteht aus: a) einem oder mehreren Polymeren kristalliner Natur, ausgewählt aus isotaktischem Polypropylen, statistischem Polypropylen und ihren Gemischen; b) einem oder mehreren amorphen Polymeren, ausgewählt aus einem Ethylen-Propylen-Copolymer (EPR-Kautschuk), einem Propylen-Copolymer mit Ethylen und/oder anderen Alpha-Olefinen (COPO), einem Ethylen-Copolymer mit Okten-1 (ENGAGE) und/oder anderen Alpha-Olefinen und ihren Gemischen; c) einem Öl, welches ein Lösungsmittel für die Bestandteile b) ist und einen Siedepunkt hat, der höher liegt als die Verfahrenstemperatur, und möglicherweise geeigneten Füllstoffen, Oxidationshemmern, UV-Schutzstoffen, Farbstoffen und Stabilisatoren.
Polymer-Kompositmaterial nach Anspruch 1, bestehend aus: – 15 – 60 Gew.-% Bestandteil a – 5 – 80 Gew.-% Bestandteil b – 5 – 60 Gew.-% Bestandteil c.
Polymer-Kompositmaterial nach Anspruch 1, bestehend aus: 15 – 40 Gew.-% Bestandteil a – 10 – 70 Gew.-% Bestandteil b – 15 – 45 Gew.-% Bestandteil c.
Polymer-Kompositmaterial nach Anspruch 1, bestehend aus: – 15 – 40 Gew.-% Bestandteil a – 20 – 50 Gew.-% Bestandteil b – 20 – 40 Gew.-% Bestandteil c.
Polymer-Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1 – 4, bei welchem das Öl (Bestandteil c) aus naphthenischem Öl, Paraffinöl, linearem Dodecylbenzol, Dialkylbenzolen, Diphenylalkanen oder ihren Gemischen gewählt wird.
Isolierendes und/oder wasserdichtes Produkt, welches bei niedriger Temperatur geschweißt werden kann und ein Polymer-Kompositmaterial enthält, welches besteht aus: a) einem oder mehreren Polymeren kristalliner Natur, ausgewählt aus isotaktischem Polypropylen, statistischem Polypropylen und ihren Gemischen; b) einem oder mehreren amorphen Polymeren, ausgewählt aus einem Ethylen-Propylen-Copolymer (EPR-Kautschuk), einem Propylen-Copolymer mit Ethylen und/oder anderen Alpha-Olefinen (COPO), einem Ethylen-Copolymer mit Okten-1 (ENGAGE) und/oder anderen Alpha-Olefinen und ihren Gemischen; c) einem Öl, welches ein Lösungsmittel für die Bestandteile b) ist und einen Siedepunkt hat, der höher liegt als die Verfahrenstemperatur, und möglicherweise geeigneten Füllstoffen, Oxidationshemmern, UV-Schutzstoffen, Farbstoffen und Stabilisatoren.
Produkt, nach Anspruch 6, bei denen das genannte Kompositmaterial wie folgt zusammengesetzt ist: – 15 – 60 Gew.-% Bestandteil a – 5 – 80 Gew.-% Bestandteil b – 5 – 60 Gew.-% Bestandteil c.
Produkt, nach Anspruch 6, bei denen das genannte Kompositmaterial wie folgt zusammengesetzt ist: – 15 – 40 Gew.-% Bestandteil a – 10 – 70 Gew.-% Bestandteil b – 15 – 45 Gew.-% Bestandteil c.
Produkt, nach Anspruch 6, bei denen das genannte Kompositmaterial wie folgt zusammengesetzt ist: – 15 – 40 Gew.-% Bestandteil a – 20 – 50 Gew.-% Bestandteil b – 20 – 40 Gew.-% Bestandteil c.
Produkt, nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei welchem das Öl (Bestandteil c) aus naphthenischem Öl, Paraffinöl, linearem Dodecylbenzol, Dialkylbenzolnen, Diphenylalkanen oder ihren Gemischen gewählt wird.
Produkt, nach einem der Ansprüche 6 bis 10, welches einen Füllstoff oder Füllstoffe in einem Verhältnis von 10 Gew.-% bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Erzeugnisses, enthält und welches ein Grundgemisch aus Oxidationshemmern, UV-Schutzstoffen und Farbstoffen in einem Anteil von annähernd 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Erzeugnisses, enthält.
Produkt, nach einem der Ansprüche 6 bis 11, welches die folgende Zusammensetzung aufweist: heterophasisches Propylen- und Ethylen-Copolymer (enthaltend 35 % PPr und 65 % COPO) zu 50 %, Öl zu 24 %, Talkum zu 25 %, Grundgemisch zu 1 %.
Produkt, nach einem der Ansprüche 6 – 11, welches die folgende Zusammensetzung aufweist: heterophasisches Propylen- und Ethylen-Copolymer (enthaltend 35 % PPr und 65 % COPO) zu 31 %, PPr zu 18 %, Öl zu 31 %, Talkum zu 19 %, Grundgemisch zu 1 %.
Produkt, nach einem der Ansprüche 6 bis 11, welches die folgende Zusammensetzung aufweist: PPr zu 37 %, EPR-Kautschuk zu 25 %, Öl zu 17 %, Talkum zu 20 %, Grundgemisch zu 1 %.
Produkt, nach einem der Ansprüche 6 bis 11, welches die folgende Zusammensetzung aufweist: PPi zu 26 %, EPR-Kautschuk zu 26 %, Öl zu 33 %, Talkum zu 14 %, Grundgemisch zu 1 %.
Produkt, nach einem der Ansprüche 6 bis 11, welches die folgende Zusammensetzung aufweist: PPr zu 25 %, ENGAGE zu 30 %, Talkum zu 23 %, Öl zu 22 %, Grundgemisch zu 1 %.
Produkt, nach einem der Ansprüche 6 bis 16, welches in Gestalt einer Isolier und/oder Wasserabdichtbahn ausgebildet ist.
Einsatz eines Produktes gemäß den Ansprüchen 6 bis 17, zum Isolieren und zur Wasserabdichtung von Bauwerken.