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Die
vorliegende Erfindung betrifft thermoplastische Formmassen auf Basis
von Thermoplasten mit einem elektrisch isolierenden, thermisch leitfähigen
Füllstoff und einem weiteren elektrisch und thermisch leitfähigen
Füllstoff, deren Herstellung und deren Verwendungen.
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Thermoplastische
Polymere werden wegen ihrer guten elektrisch isolierenden Eigenschaften
für zahlreiche Anwendungen in der Elektroindustrie eingesetzt.
Sie wirken aufgrund ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit aber
auch thermisch isolierend, was beim Einsatz für elektrische
Bauteile dann ein Problem darstellt, wenn relativ viel Wärme
entsteht, die abgeführt werden muss. Die elektrische und
thermische Leitfähigkeit von Thermoplasten lässt
sich durch Additive über einen weiten Bereich modifizieren.
So wird durch Zusatz von z. B. Graphit sowohl die elektrische als
auch die thermische Leitfähigkeit erhöht. Für
die Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit unter
Beibehaltung einer sehr geringen elektrischen Leitfähigkeit,
wie sie für Anwendungen in der Elektroindustrie erforderlich
ist, gibt es hingegen nur wenige Lösungen.
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Mögliche
Additive zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit
von Polymercompounds unter Beibehaltung der elektrisch isolierenden
Eigenschaften sind in der Dissertationsschrift von Wolfgang Übler
(Universität Erlangen 2002) zum Thema „Erhöhung
der thermischen Leitfähigkeit elektrisch isolierender Polymerwerkstoffe" beschrieben.
Darin werden Zusammensetzungen aus Polymeren, Aluminiumoxid und
weiteren organischen Zusätzen sowie ihre thermischen und
elektrischen Eigenschaften dargelegt.
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Die
Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit von thermoplastischen
Compounds durch Zusatz von Aluminiumoxid (α-Al2O3) ist bekannt und in einer Reihe von Anmeldungen
beschrieben.
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DE 102 60 098 A1 führt
aus, dass Polyester durch Zusatz von Aluminiumoxid elektrisch isolierend
und wärmeleitfähig sind. Als weitere Zusatzstoffe
werden niedermolekulare und polymere organische Verbindungen aufgeführt.
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In
WO 2003051971 A2 wird
ein Compound aus Polyamid 6 sowie Polyamid 66 und 72,3% Aluminiumoxid
mit einer thermischen Leitfähigkeit von < 0,5 W/mK zur Verwendung
in Elektrogeräten, Fußböden und Wärmetauschern
beschrieben.
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JP2004059638 A2 beschreibt
ebenfalls Formmassen zum Spritzgießen auf Basis von Polyamid
6 sowie Polyamid 66 mit Aluminiumoxid sowie die daraus resultierenden
Formteile mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit.
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JP 03 079663 A2 erweitert
die Gruppe von Aluminiumoxid-haltigen Compounds um Polyamid 46 und stellt
die Kombination des Füllstoffes mit bis zu 30% Glasfasern
zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften vor.
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JP 2005 112908 A2 lehrt
den Einsatz von Aluminiumoxid-gefülltem Polyamid als elektrischer
Isolator bei guter thermischer Leitfähigkeit. Die erhaltenen
Produkte werden insbesondere für die Verwendung von Kabelummantelungen
beschrieben, die über 50 Stunden unter 2000 Volt funktionstüchtig
bleiben.
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JP 06 108400 A beschreibt
die Herstellung von elektrisch isolierenden und thermisch leitenden
Polyamid-Aluminiumhydroxid-Compounds, die sich zum Pressen von Platten
eignen. Die hergestellten Teile zeichnen sich durch eine besondere
Corona-Beständigkeit aus.
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Der
Einsatz von Graphit in Polyamid-Compounds ist umfangreich beschrieben,
wobei die elektrische Leitfähigkeit der resultierenden
Formmassen im Vordergrund steht.
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JP 03 091556 A beschreibt
Zusammensetzungen aus Polyamid, die 1,0–20% Graphit enthalten
und einen Widerstand von 5,0–7,0 Ω/cm aufweisen.
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JP 62 227952 A stellt
ein Graphit und Glasfaser enthaltendes Material vor, dessen Oberflächenwiderstand
bei nur 2,2·10
4 Ω liegt.
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JP 60 108428 A lehrt
die in situ Herstellung eines Polyamides unter Zusatz von Graphit
zum Monomeren, das resultierende Produkt nach der Polymerisation
zeigt einen elektrischen Widerstand von 0,027 Ω/cm.
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Wie
JP 07 292245 A beschreibt,
führt der Zusatz von Graphit auch in Polyamid-Polyimid-Compounds zu
einer Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit.
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JP 2003165904 A behandelt
ein graphithaltiges, elektrisch leitfähiges Polyamid-Compound
mit besonders guter Schlagzähigkeit, die durch Zusatz von
Kautschuk erzielt wird.
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Mit
Glasfasern verstärkte, graphithaltige, elektrisch leitfähige
Formmassen werden in
SU
1643568 A1 vorgestellt.
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Die
in
US-A 6 228 288 beschriebenen,
auf Polyamid und Graphit basierenden Materialien sollen sich aufgrund
ihrer elektrischen Leitfähigkeiten zum Einsatz für
Sensoren eignen.
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Auch
nanoskaliger Graphit erzielt als Zusatz in Polyamidcompounds eine
elektrische Leitfähigkeit, wie in
CN 1900162 A beschreibt.
Die erhaltenen Materialien sollen sich besonders zur Herstellung
von Abschirmungen gegen elektrostatische Felder eignen.
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JP 57 193512 A beschreibt
die Herstellung elektrisch leitfähiger Polyamidfasern aus
einer Graphit enthaltenden Zusammensetzung.
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In
JP 2007 016093 A wird
eine Zusammensetzung aus thermoplastischen Polymeren und 1–50%
Graphit mit verbesserter thermischer Leitfähigkeit von
1,6 W/mK beschrieben.
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Aluminiumoxid
als thermisch gut leitendes und preiswertes Mineral eignet sich
wie oben beschrieben zur Herstellung von thermisch leitfähigen
thermoplastischen Compounds. Graphit hingegen findet als Additiv zur
Herstellung von elektrisch leitfähigen Formmassen Verwendung.
Graphit wird ebenfalls zur Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit
von Formmassen eingesetzt, bislang aber wegen der elektrischen Leitfähigkeit
nicht für thermisch leitfähige Compounds mit elektrisch
isolierenden Eigenschaften eingesetzt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung war aber die Bereitstellung thermoplastischer
Formmassen auf Basis von Polyamid und/oder Polyester, die eine hohe
thermische Leitfähigkeit aufweisen, jedoch gleichzeitig sich
durch elektrisch isolierende Eigenschaften auszeichnen.
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Überraschenderweise
wurde gefunden, dass ein Zusatz von Graphit zu einer Aluminiumoxid
enthaltenden thermoplastischen Formmasse nicht zu einer elektrisch
leitfähigen, sondern zu einer elektrisch isolierenden Formmasse
führt. Dadurch kann die Erhöhung der thermischen
Leitfähigkeit der erfindungsgemäßen Formmassen
durch Zusatz von Graphit genutzt werden unter Erhaltung der gewünschten
elektrisch isolierenden Eigenschaften.
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Gegenstand
der Erfindung sind deshalb thermoplastische Formmassen auf Basis
- A) 5 bis 95 Gew.-% eines thermoplastischen
Polymeren, bevorzugt Polyamid oder Polyester,
- B) 1 bis 95 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt
40 bis 70 Gew.-% eines elektrisch isolierenden, thermisch leitfähigen
Füllstoffes und
- C) 1 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt
10 bis 15 Gew.-% eines weiteren Füllstoffes, der thermisch
und elektrisch leitfähig ist.
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Die
erfindungsgemäße Formmasse ist trotz des Zusatzes
eines weiteren Füllstoffes, der thermisch und elektrisch
leitfähig ist, bevorzugt von Graphit, ein elektrischer
Isolator. Dieser Befund war nicht vorherzusehen, da elektrisch leitfähige
Füllstoffe als Zusatz zu thermoplastischen Formmassen üblicherweise
zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit der resultierenden
Formmasse eingesetzt werden. In der Kombination mit einem elektrisch
isolierenden, thermisch leitfähigen Füllstoff,
bevorzugt Aluminiumoxid im beschriebenen Konzentrationsbereich,
tritt diese bekannte Wirkung des thermisch und elektrisch leitfähigen
Füllstoffes, bevorzugt beim Einsatz von Graphit, jedoch überraschenderweise
nicht ein. Man erhält vielmehr eine elektrisch isolierende
Formmasse.
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Die
Erfindung betrifft deshalb bevorzugt thermoplastische Formmassen,
enthaltend
- A) 5 bis 95 Gew.-% eines thermoplastischen
Polymeren, bevorzugt Polyamid oder Polyester, besonders bevorzugt
Polyamid,
- B) 1 bis 95 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt
40 bis 70 Gew.-% an Verbindungen der Elemente der 3. Hauptgruppe
mit Elementen der 5. oder 6. Hauptgruppe des Periodensystems oder deren
Gemische, bevorzugt Borverbindungen oder Aluminiumverbindungen,
besonders bevorzugt Aluminiumoxid oder Bornitride.
- C) 1 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt
10 bis 15 Gew.-% eines thermisch und elektrisch leitfähigen
Füllstoffes, bevorzugt Erscheinungsformen des Kohlenstoffs,
insbesondere bevorzugt Graphit.
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Als
Komponente A) enthalten die thermoplastischen Formmassen erfindungsgemäß mindestens
ein thermoplastisches Polymer. Bevorzugt eignen sich Polyamid oder
Polyester. Besonders bevorzugt eignen sich sowohl Polyamid 6 (PA
6) Polyamid 66 (PA 66) mit relativen Lösungsviskositäten
in m-Kresol von 2,0 bis 4,0, insbesondere bevorzugt Polyamid 6 mit
einer relativen Lösungsviskosität in m-Kresol
von 2,3–2,6 aber auch Polybutylenterephthalat. Die erfindungsgemäßen
Polymere können nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden,
aus unterschiedlichen Bausteinen synthetisiert werden und im speziellen
Anwendungsfall allein oder in Kombination mit Verarbeitungshilfsmitteln,
Stabilisatoren, polymeren Legierungspartnern (z. B. Elastomeren)
oder auch Verstärkungsmaterialien (wie z. B. mineralischen
Füllstoffen oder Glasfasern), zu Werkstoffen mit speziell
eingestellten Eigenschaftskombinationen ausgerüstet werden.
Geeignet sind auch Elends mit Anteilen von anderen Polymeren z.
B. von Polyethylen, Polypropylen, ABS, wobei gegebenenfalls ein
oder mehrere Kompatibilisatoren eingesetzt werden können.
Die Eigenschaften der Polyamide können nach Bedarf durch
Zusatz von Elastomeren verbessert werden, beispielsweise im Hinblick
auf die Schlagzähigkeit der Polymercompounds.
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Zur
Herstellung von Polyamiden sind eine Vielzahl von Verfahrensweisen
bekannt geworden, wobei je nach gewünschtem Endprodukt
unterschiedliche Monomerbausteine, verschiedene Kettenregler zur
Einstellung eines angestrebten Molekulargewichtes oder auch Monomere
mit reaktiven Gruppen für später beabsichtigte
Nachbehandlungen eingesetzt werden.
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Die
technisch relevanten Verfahren zur Herstellung von Polyamiden verlaufen
meist über die Polykondensation in der Schmelze. In diesem
Rahmen wird auch die hydrolytische Polymerisation von Lactamen als Polykondensation
verstanden.
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Erfindungsgemäß bevorzugte
Polyamide sind teilkristalline Polyamide, die ausgehend von Diaminen und
Dicarbonsäuren und/oder Lactamen mit wenigstens 5 Ringgliedern
oder entsprechenden Aminosäuren hergestellt werden können.
Als Edukte kommen bevorzugt aliphatische und/oder aromatische Dicarbonsäuren,
besonders bevorzugt Adipinsäure, 2,2,4-Trimethyladipinsäure,
2,4,4-Trimethyladipinsäure, Azelainsäure, Sebazinsäure,
Isophthalsäure, Terephthalsäure, aliphatische
und/oder aromatische Diamine, besonders bevorzugt Tetramethylendiamin,
Hexamethylendiamin, 1,9-Nonandiamin, 2,2,4- und 2,4,4-Trimethylhexamethylendiamin,
die Isomeren Diamino-dicyclohexylmethane, Diaminodicyclohexylpropane,
Bis-aminomethyl-cyclohexan, Phenylendiamine, Xylylendiamine, Aminocarbonsäuren,
insbesondere Aminocapronsäure, oder die entsprechenden
Lactame in Betracht. Copolyamide aus mehreren der genannten Monomeren
sind eingeschlossen.
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Besonders
bevorzugt werden Caprolactame, ganz besonders bevorzugt wird ε-Caprolactam
eingesetzt.
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Insbesondere
besonders bevorzugt sind erfindungsgemäß weiterhin
die meisten auf PA6, PA66 und andere auf aliphatischen oder/und
aromatischen Polyamiden bzw. Copolyamiden basierende Compounds,
bei denen auf eine Polyamidgruppe in der Polymerkette 3 bis 11 Methylengruppen
kommen.
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Die
erfindungsgemäß in einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform als Komponente A) einzusetzenden thermoplastischen
Polymere sind ausgewählt aus der Gruppe der Polyester,
bevorzugt Polyalkylenterephthalate, besonders bevorzugt der Polybutylenterephthalate
und Polyethylenterephthalate, ganz besonders bevorzugt des Polybutylenterephthalats.
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Bevorzugte
Polyalkylenterephthalate lassen sich aus Terephthalsäure
(oder ihren reaktionsfähigen Derivaten) und aliphatischen
oder cycloaliphatischen Diolen mit 2 bis 10 C-Atomen nach bekannten
Methoden herstellen (Kunststoff-Handbuch, Bd. VIII, S. 695
ff, Karl Hanser Verlag, München 1973).
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Bevorzugte
Polyalkylenterephthalate enthalten mindestens 80 Mol-%, vorzugsweise
90 Mol-%, bezogen auf die Dicarbonsäure, Terephthalsäurereste
und mindestens 80 Mol-%, vorzugsweise mindestens 90 Mol-%, bezogen
auf die Diolkomponente, Ethylenglykol- und/oder Propandiol-1,3-
und/oder Butandiol-1,4-reste.
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Die
bevorzugten Polyalkylenterephthalate können neben Terephthalsäureresten
bis zu 20 Mol-% Reste anderer aromatischer Dicarbonsäuren
mit 8 bis 14 C-Atomen oder Reste aliphatischer Dicarbonsäuren
mit 4 bis 12 C-Atomen enthalten, wie Reste von Phthalsäure,
Isophthalsäure, Naphthalin-2,6-dicarbonsäure, 4,4'-Diphenyldicarbonsäure,
Bernsteinsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure,
Azelainsäure, Cyclohexandiessigsäure, Cyclohexandicarbonsäure.
-
Die
bevorzugten Polyalkylenterephthalate können neben Ethylen-
bzw. Propandiol-1,3- bzw. Butandiol-1,4-glykolresten bis zu 20 Mol-%
anderer aliphatischer Diole mit 3 bis 12 C-Atomen oder cycloaliphatischer Diole
mit 6 bis 21 C-Atomen enthalten, z. B. Reste von Propandiol-1,3,
2-Ethylpropandiol-1,3, Neopentylglykol, Pentan-diol-1,5, Hexandiol-1.6,
Cyclohexan-dimethanol-1,4, 3-Methylpentandiol-2,4, 2-Methylpentandiol-2,4, 2,2,4-Trimethylpentandiol-1,3
und -1,6,2-Ethylhexandiol-1,3 2,2-Diethylpropandiol-1,3, Hexandiol-2,5, 1,4-Di-(β-hydroxyethoxy)-benzol,
2,2-Bis-(4-hydroxycyclohexyl)-propan, 2,4-Dihydroxy-1,1,3,3-tetramethyl-cyclobutan,
2,2-bis-(3-β-hydroxyethoxyphenyl)-propan und 2,2-bis-(4-hydroxypropoxyphenyl)-propan.
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Besonders
bevorzugt sind Polyalkylenterephthalate, die allein aus Terephthalsäure
und deren reaktionsfähigen Derivaten (z. B. deren Dialkylestern)
und Ethylenglykol und/oder Propandiol-1,3 und/oder Butandiol-1,4
hergestellt werden, insbesondere bevorzugt Polyethylen- und Polybutylenterephthalat
und Mischungen dieser Polyalkylenterephthalate.
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Bevorzugte
Polyalkylenterephthalate sind auch Copolyester, die aus mindestens
zwei der obengenannten Säurekomponenten und/oder aus mindestens
zwei der obengenannten Alkoholkomponenten hergestellt werden, besonders
bevorzugte Copolyester sind Poly(ethylenglykol/butandiol-1,4)-terephthalate.
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Die
Polyalkylenterephthalate besitzen im allgemeinen eine intrinsische
Viskosität von ca. 0,3 cm3/g bis 1,5
cm3/g, vorzugsweise 0,4 cm3/g
bis 1,3 cm3/g, besonders bevorzugt 0,5 cm3/g bis 1,0 cm3/g
jeweils gemessen in Phenol/o-Dichlorbenzol (1:1 Gew.-Teile) bei
25°C.
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Die
erfindungsgemäß einzusetzenden thermoplastischen
Polyester können auch im Gemisch mit anderen Polyester
und/oder weiteren Polymeren eingesetzt werden.
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Die
Komponente B) wird in einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in Form feiner Nadeln, Plättchen,
Kugeln oder unregelmäßig geformter Partikel eingesetzt.
Bevorzugte Teilchengrößen der Komponente B) liegen
bei 0,1–100 μm, bevorzugt bei 1–8 μm.
Die thermische Leitfähigkeit dieser Komponente B) liegt
bei 10–400 W/mK, bevorzugt bei 30–250 W/mK. Als
Komponente B) wird insbesondere bevorzugt Aluminiumoxid eingesetzt.
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Die
Komponente C) wird bevorzugt in Form von Pulver, Flocken, Granulaten,
Pasten, Kompaktaten, Extrudaten oder Agglomeraten eingesetzt. Die
Teilchengrößen der Komponente C) liegt bevorzugt
bei 5–100 μm, besonders bevorzugt bei 10–30 μm.
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Als
Komponente C) wird insbesondere bevorzugt Graphit eingesetzt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform können die erfindungsgemäßen
Formmassen zusätzlich zu den Komponenten A), B) und C)
noch
- • D) 0,01 bis 10,0 Gew.-%, bevorzugt
0,1 bis 5,0 Gew.-% weitere Additive enthalten. Weitere Additive
der Komponente D) sind bevorzugt Stabilisatoren, besonders bevorzugt
UV-Stabilisatoren, Thermostabilisatoren, Gammastrahlenstabilisatoren,
Hydrolysestabilisatoren, sowie Antistatika, Emulgatoren, Nukleierungsmittel,
Weichmacher, Verarbeitungshilfsmittel, Schlagzähmodifikatoren,
Farbstoffe oder Pigmente. Die genannten und weitere geeignete Additive
sind zum Beispiel beschrieben im Plastics Additives Handbook,
5th Edition, Hanser-Verlag, München, 2001, Seiten 80–84,
546–547, 688, 872–874, 938, 966. Die
Additive können alleine oder in Mischung bzw. in Form von
Masterbatchen eingesetzt werden.
-
Erfindungsgemäß bevorzugte
Stabilisatoren sind sterisch gehinderte Phenole und/oder Phosphite, Hydrochinone,
aromatische sekundäre Amine wie Diphenylamine, substituierte
Resorcine, Salicylate, Benzotriazole und Benzophenone, sowie verschieden
substituierte Vertreter dieser Gruppen und/oder deren Mischungen.
-
Als
UV-Stabilisatoren werden bevorzugt verschiedene substituierte Resorcine,
Salicylate, Benzotriazole oder Benzophenone eingesetzt.
-
Im
Falle von Schlagzähmodifikatoren (Elastomermodifikatoren)
handelt es sich ganz allgemein um Copolymerisate, die bevorzugt
aus mindestens zwei der folgenden Monomeren aufgebaut sind: Ethylen,
Propylen, Butadien, Isobuten, Isopren, Chloropren, Vinylacetat,
Styrol, Acrylnitril und Acryl- bzw. Methacrylsaeureester mit 1 bis
18 C-Atomen in der Alkoholkomponente. Die Copolymerisate können
kompatibilisierende Gruppen wie z. B. Maleinsaeureanhydrid oder
Epoxid enthalten.
-
Bevorzugt
einzusetzende Farbstoffe oder Pigmente können anorganische
Pigmente, besonders bevorzugt Titandioxid, Ultramarinblau, Eisenoxid,
Zinksulfid oder Russ, sowie organische Pigmente, besonders bevorzugt
Phthalocyanine, Chinacridone, Perylene sowie Farbstoffe, wie Nigrosin
und Anthrachinone als Farbmittel sowie andere Farbmittel sein.
-
Als
Nukleierungsmittel werden bevorzugt Natrium- oder Calciumphenylphosphinat,
Aluminiumoxid oder Siliziumdioxid oder Talkum, insbesondere bevorzugt
Talkum eingesetzt.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können
die erfindungsgemäßen Formmassen zusätzlich
zu den Komponenten A), B), C) und D) oder anstelle der Komponente
D) noch
- E) 0,01 bis 5,0 Gew.-%, bevorzugt 0,05
bis 1,0 Gew.-% Gleit- und/oder Entformungsmittel enthalten. Bevorzugte
Gleit und/oder Entformungsmittel sind langkettige Fettsäuren
(z. B. Stearinsäure), deren Salze (z. B. Ca- oder Zn-Stearat)
sowie deren Esterderivate oder Amidderivate (z. B. Ethylen-bis-stearylamid),
Montanwachse (z. B. Ester von Montansäuren mit Ethylenglycol)
sowie niedermolekulare Polyethylen- bzw. Polypropylenwachse. Erfindungsgemäß besonders
bevorzugte Gleit- und/oder Entformungsmittel sind aus der Gruppe
der Ester oder Amide gesättigter oder ungesättigter
aliphatischer Carbonsäuren mit 8 bis 40 C-Atomen mit aliphatischen
gesättigten Alkoholen oder Aminen mit 2 bis 40 C-Atomen
enthalten.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können
die erfindungsgemäßen Formmassen zusätzlich
zu den Komponenten A), B), C) D) und E) oder anstelle von D) oder
anstelle von E) oder anstelle von D) und E) noch
- F)
1–60 Gew.-%, bevorzugt 5–40 Gew.-%, besonders
bevorzugt 10–30 Gew.-% Füll- bzw. Verstärkungsstoffe,
bevorzugt Glasfasern enthalten.
-
Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
enthält
- A) Polyamid oder Polyester
- B) Aluminiumoxid oder Bornitrid
- C) Graphit
Sowie gegebenenfalls F) Glasfasern.
-
Insbesondere
bevorzugt ist eine Kombination aus
- A) Polyamid
oder Polybutylenterephthalat
- B) Aluminiumoxid
- C) Graphit
sowie gegebenenfalls F) Glasfasern.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung elektrisch
isolierender Graphit enthaltender Formmassen mit gleichzeitig hoher
thermischer Leitfähigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass
diese
- A) 5 bis 95 Gew.-% eines thermoplastischen
Polymers, bevorzugt Polyamid oder Polyester,
- B) 1 bis 95 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt
40 bis 70 Gew.-% eines elektrisch isolierenden, thermisch leitfähigen
Füllstoffes und
- C) 1 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt
10 bis 15 Gew.-% Graphit enthalten.
-
Die
Erfindung betrifft ferner die Verwendung von Graphit in Kombination
mit einer Verbindung der Elemente der 3. Hauptgruppe mit Elementen
der 5. oder 6. Hauptgruppe des Periodensystems zur Herstellung thermisch
leitender und gleichzeitig elektrisch isolierender thermoplastischer
Formmassen, bevorzugt auf Basis von Polyamid oder Polyester, besonders
bevorzugt Polyamid. Bevorzugt werden Aluminiumoxid oder Bornitrid,
besonders bevorzugt Aluminiumoxid eingesetzt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft aber auch die Verwendung von Graphit
zur Steigerung der thermischen Wärmeleitfähigkeit
unter Beibehaltung der elektrisch isolierenden Eigenschaften von
thermoplastischen Formmassen die Verbindungen der Elemente der 3.
Hauptgruppen mit Elementen der 5. oder 6. Hauptgruppe des Periodensystems
enthalten, bevorzugt mit verringertem Anteil dieser Komponente in
den thermoplastischen Formmassen.
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Die
Herstellung der erfindungsgemäßen Formmassen erfolgt
nach bekannten Verfahren durch Mischen der Komponenten in der Polymerschmelze.
Das Mischen der Komponenten erfolgt in den entsprechenden Gewichtsanteilen.
Vorzugsweise geschieht das Mischen (Compoundieren) der Komponenten
bei Temperaturen von 220 bis 360°C durch gemeinsames Vermengen,
Vermischen, Kneten, Extrudieren oder Verwalzen der Komponenten,
besonders bevorzugt durch Compoundieren auf einem gegenläufigen
Zweiwellenextruder oder Buss-Kneter. Es kann vorteilhaft sein, einzelne
Komponenten vorzumischen. Es kann weiterhin vorteilhaft sein, Formteile
oder Halbzeuge aus einer bei Raumtemperatur (bevorzugt 0 bis 40°C)
hergestellten physikalischen Mischung (Dryblend) vorgemischter Komponenten
und/oder einzelner Komponenten direkt herzustellen. Die so hergestellten
Formmassen können durch Extrudieren oder Spritzgießen
verarbeitet werden.
-
Die
erfindungsgemäß aus den Formmassen herzustellenden
Formteile können beispielsweise in der Kraftfahrzeug-,
Elektro-, Elektronik-, Telekommunikations-, Informationstechnologie-,
Computerindustrie, im Haushalt, Sport, in der Medizin oder der Unterhaltungsindustrie
angewandt werden. Insbesondere können erfindungsgemäße
Formmassen für Anwendungen eingesetzt werden, für
die eine hohe Wärmeleitfähigkeit erforderlich
ist. Beispiele für derartige Anwendungen sind die Verwendung
für Bauteile in der Elektronik oder Displaytechnik (Leuchtdioden).
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Beispiele
-
Zum
Nachweis der erfindungemäß beschriebenen Verbesserungen
wurden zunächst durch Compoundierung entsprechende Kunststoff-Formmassen
angefertigt. Die einzelnen Komponenten wurden in einem Zweiwellenextruder
des Typs ZSK 32 Compounder der Firma Coperion Werner & Pfleiderer (Stuttgart, Deutschland)
bei Temperaturen zwischen 260 und 290°C gemischt, als Strang
in ein Wasserbad ausgetragen, bis zur Granulierfähigkeit
abgekühlt und granuliert. Nach dem Trocknen (in der Regel
zwei Tage bei 70°C im Vakuumtrockenschrank) erfolgte die
Verarbeitung des Granulates auf einer Spritzgieß-Maschine
vom Typ Arburg SG370-173732 bei Temperaturen zwischen 270 und 300°C
zu Prüfkörpern von 60 × 40 × 4
mm3 und 60 × 60 × 2 mm3.
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Die
Wärmeleitfähigkeiten und Temperaturleitfähigkeiten
wurden an Prüfkörpern der Maße 60 × 60 × 2 mm3 nach der Nanoflash-Methode senkrecht zur
Fließrichtung der Schmelze in Anlehnung an ASTM E 1461 mit
einem Instrument des Typs Laser Nanoflash LFA 447 von Netzsch Gerätebau
GmbH gemessen.
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Elektrische
Leitfähigkeiten wurden nach der Methode IEC 60093 an Prüfkörpern
von 60 × 40 × 4 mm Abmessung gemessen. Die Elektroden
aus Silber-Leitlack wurden in 50 mm Abstand aufgebracht.
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Die
folgenden Zusammensetzungen werden nach der oben beschriebenen Weise
verarbeitet. Tabelle 1: Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Formmassen
| Beispiel
1 | Beispiel
2 | Referenzbeispiel |
A)
Thermoplast, % | 34,9 | 34,9 | 34,9 |
B)
Aluminiumoxid, % | 50 | 35 | 65 |
C)
Graphit, % | 15 | 15 | 0 |
E)
Wachs, % | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
F)
Glasfasern, % | 0 | 15 | 0 |
| | | |
elektrische
Leitfähigkeit, S/m | < 10-6 | < 10-6 | < 10-6 |
Wärmeleitfähigkeit, W/mK | 1,67 | 1,21 | 1,17 |
Temperaturleitfähigkeit, m2/s | 7,9 × 10-7 | 6,1 × 10-7 | 5,2 × 10-7 |
-
Verwendete Materialien:
-
- Thermoplast, z. B. Polyamid 6, linear, mit einer relativen
Lösungsviskösität einer 1%igen Lösung
in m-Kresol von 2,4
- Aluminiumoxid, z. B. Hartoxid HPS2 von Martinswerk GmbH
- Graphit, z. B. EG31 von SGL Carbon GmbH
- Wachs, z. B. Licowax E Flakes von Clariant GmbH
- Glasfasern, z. B. CS7928 von Lanxess Deutschland GmbH.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10260098
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- - WO 2003051971 A2 [0006]
- - JP 2004059638 A2 [0007]
- - JP 03079663 A2 [0008]
- - JP 2005112908 A2 [0009]
- - JP 06108400 A [0010]
- - JP 03091556 A [0012]
- - JP 62227952 A [0013]
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- - CN 1900162 A [0019]
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- - JP 2007016093 A [0021]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Kunststoff-Handbuch,
Bd. VIII, S. 695 ff, Karl Hanser Verlag, München 1973 [0035]
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938, 966 [0046]