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Diese
Erfindung bezieht sich auf kompatibilisierte Harzblends aus normalerweise
inkompatiblen Polymeren und die Herstellung von solchen Blends.
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Kompatibilisierungsmittel
für Blends
aus bestimmten Polymeren sind in der Technik bekannt. Zum Beispiel
beschreibt
U.S.-Patent 5,959,032 (Evans
et al.) die Herstellung eines Kompatibilisierungsmittels (für Polypropylen
und ein thermoplastisches Polyolefin), welches das Reaktionsprodukt
eines anhydridfunktionalisierten Polypropylens und eines Polyetheramins
ist.
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JP-Patentanmeldung Nr. 3-231963 offenbart
einen Blend aus einem thermoplastischen Polyurethan und einem Polyolefin,
der mit einem Polyolefin kompatibilisiert wird, das mit Carboxylgruppen,
Anhydridgruppen und/oder Epoxygruppen modifiziert ist. Es wird berichtet,
dass der kompatibilisierte Blend eine hohe Wärmebeständigkeit, hohe mechanische
Festigkeit und hohe Abriebbeständigkeit
hat.
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Die
kompatibilisierten Blends des Standes der Technik leiden im Allgemeinen
daran, dass sie eine unerwünscht
niedrige Schweißlinienfestigkeit
aufweisen, die wichtig ist für
Anwendungen, wie etwa Automobilarmaturenbretter oder Stoßfängerträgern, deren
Herstellung im Allgemeinen Mehrfachanguss- oder komplexe Spritzgussgestaltungen
erfordern. Demgemäß wäre es wünschenswert,
ein Kompatibilisierungsmittel zur Verfügung zu haben, das diese Unzulänglichkeit
anspricht.
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EP 837,097 offenbart Blends
von TPU mit Polyolefinen, die mit isocyanatreaktiven Gruppen funktionalisiert
sind, die sich von dem funktionalisierten Imid der vorliegenden
Erfindung unterscheiden.
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Macromol.
Symp. (1996), 112 (Fünftes
Europäisches
Symposium über
Polymerblends, 1996) lehrt die Kompatibilisierung von Polyurethanen
mit funktionalisierten Polymeren, wie etwa maleinsäureanhydridfunktionalisiertem
Polypropylen.
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EP 347,794 und
US 4,423,185 offenbaren kompatibilisierte
Blends aus Polyolefinen und TPUs durch ein Polyolefin, das mit Carbonsäuren und
Säuresalzen,
Estern, Hydroxylgruppen, Epoxygruppen, Amiden und Acyloxygruppen
modifiziert ist.
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GB 1,440,030 offenbart Förderung
der Vermischung oder Haftung von inkompatiblen thermoplastischen
Polymeren mit einem Polyolefin oder Polystyrol, das mit Säure-, Ester-
oder Anhydridgruppen modifiziert ist.
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EP 353,673 offenbart Blends
aus Polyurethan und einem carbonylmodifizierten Olefin.
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US 5,668,217 und
WO 93/02113 offenbaren
aminofunktionalisierte Polypropylene, aber sie werden nicht verwendet,
um Blends mit TPU zu kompatibilisieren.
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Ein
erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Zusammensetzung,
enthaltend einen Blend oder ein reaktives Produkt aus a) einem thermoplastischen
Polyurethan und b) einem Kompatibilisierungsmittel, welches ein
erster polymerer Kohlenwasserstoff ist, der seitenständige mit
Isocyanat reaktive Gruppen oder Polyoxyalkylengruppen mit der folgenden
Struktur enthält:
worin X gleich NH oder O
ist; R
1 gleich H oder C
1-C
4-Alkyl ist; jedes R unabhängig voneinander
H, -CH
3 oder -CH
2CH
3 ist und x von 0 bis 50 reicht und wobei
der polymere Kohlenwasserstoff ausgewählt ist aus Polypropylen, Polyethylen
hoher Dichte, Polyethylen niedriger Dichte, linearem Polyethylen
niedriger Dichte und im Wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Copolymeren,
und optional c) einen zweiten polymeren Kohlenwasserstoff, ausgewählt aus
Polypropylen, Polyethylen hoher Dichte, Polyethylen niedriger Dichte,
linearem Polyethylen niedriger Dichte, im Wesentlichen linearen
Ethylen/α-Olefin-Copolymeren,
Polystyrol, Poly-α-methylstyrol, Polyvinyltoluol
und Ethylen/Styrol-Interpolymer.
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Vorzugsweise
ist der erste polymere Kohlenwasserstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus Polypropylen, Polyethylen hoher Dichte, Polyethylen niedriger
Dichte, linearem Polyethylen niedriger Dichte und im Wesentlichen
linearen Ethylen/α-Olefin-Copolymeren
und dabei beträgt
die Konzentration der seitenständigen
Gruppen nicht weniger als 0,1 Gew.-% und nicht mehr als 2 Gew.-%,
bezogen auf das Gewicht des Kompatibilisierungsmittels.
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Es
ist ferner bevorzugt, dass das thermoplastische Polyurethan ein
technisches thermoplastisches Polyurethan mit einer Tg von
mehr als 50°C
ist, der erste polymere Kohlenwasserstoff Polypropylen oder ein
Ethylen/1-Octen-Copolymer
ist, x gleich 0 ist und R1 und R jeweils
H sind. In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist das thermoplastische
Polyurethan ein weiches thermoplastisches Polyurethan mit einer
Tg von weniger als 25°C, R1 ist
gleich Methyl und R ist gleich H.
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Es
ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung einen zweiten polymeren
Kohlenwasserstoff enthält, ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Polypropylen, Polyethylen hoher Dichte,
Polyethylen niedriger Dichte, linearem Polyethylen niedriger Dichte,
im Wesentlichen linearen Ethlyen/α-Olefin-Copolymeren, Polystyrol,
Poly-α-methylstyrol,
Polyvinyltoluol und Ethy-len/Styrol-Interpolymer.
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In
einem zweiten Aspekt ist die vorliegende Erfindung eine Zusammensetzung,
enthaltend einen Blend oder eine reaktive Mischung aus a) einem
thermoplastischen Polyurethan und b) einem Kompatibilisierungsmittel,
welches ein erster polymerer Kohlenwasserstoff ist, der seitenständige mit
Isocyanat reaktive Gruppen oder Polyoxyalkylengruppen mit der folgenden
Struktur enthält:
worin X gleich NH oder O
ist; R
1 gleich H oder C
1-C
4-Alkyl ist; jedes R unabhängig voneinander
H, -CH
3 oder -CH
2CH
3 ist, und worin x von 0 bis 50 reicht, und
c) einen zweiten polymeren Kohlenwasserstoff, wobei der erste und
zweite polymere Kohlenwasserstoff unabhängig voneinander ausgewählt sind
aus der Gruppe bestehend aus Polypropylen, Polyethylen hoher Dichte,
Polyethylen niedriger Dichte, linearem Polyethylen niedriger Dichte,
im Wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Copolymeren,
Polystyrol, Poly-α-methylstyrol,
Polyvinyltoluol und Ethylen/Styrol-Interpolymer.
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Vorzugsweise
ist das thermoplastische Polyurethan ein technisches thermoplastisches
Polyurethan mit einer Tg von mehr als 50°C, der zweite
polymere Kohlenwasserstoff ist Polypropylen, Ethylen/1-Octen-Copolymer
oder Polyethylen hoher Dichte und das Kompatibilisierungsmittel
ist Polypropylen, Ethylen/1-Octen-Copolymer oder Polyethylen hoher
Dichte, das seitenständige
mit Isocyanat reaktive Gruppen in einer Konzentration von nicht
weniger als 0,1 Gew.-% und nicht mehr als 2 Gew.-%, bezogen auf
das Gewicht des Kompatibilisierungsmittels, enthält, unter der Voraussetzung,
dass, wenn der zweite polymere Kohlenwasserstoff Polypropylen ist,
das Kompatibilisierungsmittel Polypropylen enthält.
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Vorzugsweise
enthält
die Zusammensetzung ferner einen zweiten technischen Thermoplast,
ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Polyester, Polycarbonat, Polyamid,
Polyoxymethylen, Polysulfon, Polyarylat, Polyarylenoxid, Polyvinylalkohol,
Polyvinylacetat, Ethylen/Vinylacetat-Copolymer, Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer
und Polyetherlacton, und dabei ist das thermoplastische Polyurethan
ein technisches thermoplastisches Polyurethan mit einer Tg von mehr als 50°C.
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Ein
dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur
Herstellung einer kompatibilisierenden Zusammensetzung, umfassend
den Schritt des Vermischens unter reaktiven Bedingungen von a) einem thermoplastischen
Polyurethan und b) einem Kompatibilisierungsmittel, welches ein
erster polymerer Kohlenwasserstoff ist, der mit Isocyanat reaktive
Gruppen enthält,
wobei das Kompatibilisierungsmittel seitenständige mit Isocyanat reaktive
Gruppen mit der folgenden Struktur enthält:
worin X gleich NH oder O
ist; jedes R unabhängig
voneinander H, -CH
3 oder -CH
2CH
3 ist, und worin x von 0 bis 50 reicht, wobei
die Konzentration der seitenständigen
Gruppen nicht kleiner als 0,1 Gew.-% und nicht größer als
2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Kompatibilisierungsmittels,
ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
dieses Verfahrens ist das thermoplastische Polyurethan ein technisches
thermoplastisches Polyurethan mit einer Tg von
mehr als 50°C,
worin x gleich 0 ist und R gleich H ist, wobei das Verfahren ferner
den Schritt des Compundierens eines zweiten polymeren Kohlenwasserstoffs zusammen
mit dem thermoplastischen Polyurethan und dem Kompatibilisierungsmittel
umfasst, wobei die Konzentration des thermoplastischen Polyurethan,
das zu dem Blend gegeben wird, von 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf
das Gewicht des Kompatibilisierungsmittels, des thermoplastischen
Polyurethans, des zweiten polymeren Kohlenwasserstoffs und des zweiten
technischen Thermoplasts, reicht, und wobei die Konzentration des
Kompatibilisierungsmittels, das zu dem Blend gegeben wird, von 1
bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Kompatibilisierungsmittels,
des thermoplastischen Polyurethans, des zweiten polymeren Kohlenwasserstoffs
und des zweiten technischen Thermoplasts, reicht.
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Das
Kompatibilisierungsmittel wird vorteilhafterweise hergestellt, indem
a) ein erster polymerer Kohlenwasserstoff, der seitenständige oder
darin eingefügte
mit Amin reaktive Gruppen aufweist, mit entweder b) einer Verbindung,
die mindestens eine Amingruppe und mindestens eine mit Isocyanat
reaktive Gruppe enthält,
oder c) einer Verbindung, die eine Amingruppe und Polyoxyalkylengruppe
enthält,
unter reaktiven Bedingungen in Berührung gebracht wird.
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Wie
hierin verwendet, bezieht sich der Begriff polymerer Kohlenwasserstoff
auf ein Polyolefin, ein Polymer eines aromatischen Alkenylkohlenwasserstoffs
oder ein Polymer, das aus olefinischen und aromatischen Alkenylkohlenwassermonomeren
hergestellt wird. Der Begriff ”mit
Isocyanat reaktive Gruppe” bezieht sich
auf eine Gruppe, die mit einer Isocyanatgruppe reagiert, vorzugsweise
eine Amino- oder Hydroxylgruppe.
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Beispiele
für Polyolefine
umfassen Polypropylen, Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polyethylen
niedriger Dichte (LDPE), lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE)
oder im Wesentlichen lineare Ethylen/α-Olefin-Copolymere, wie etwa solche Copolymere,
die in
U.S.-Patenten 5,272,236 und
5,278,272 beschrieben sind. Beispiele für Polymere von aromatischen
Alkenylkohlenwasserstoffen umfassen Polymere von Styrol, α-Methylstyrol
und Vinyltoluol. Ein Beispiel eines Polymers, das aus olefinischen
und aromatischen Alkenylkohlenwasserstoffmonomeren hergestellt wird,
ist Ethylen/Styrol-Interpolymer.
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Mit
Amin reaktive Gruppen können
seitenständig
zum Grundgerüst
des ersten polymeren Kohlenwasserstoffs gemacht werden, indem eine
ethylenisch ungesättigte
mit Amin reaktive Verbindung auf das Grundgerüst des polymeren Kohlenwasserstoffs
aufgepfropft wird. Alternativ können
mit Amin reaktive Gruppen in das Grundgerüst des polymeren Kohlenwasserstoffs
durch Copolymerisation des Olefins oder aromatischen Alkenylkohlenwasserstoffmonomers
oder beider mit einer ethylenisch ungesättigten mit Amin reaktiven
Verbindung eingebracht werden. Pfropfen ist eine bevorzugte Maßnahme zur
Einfügung
der mit Amin reaktiven Gruppen in den polymeren Kohlenwasserstoff.
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Wie
hierin verwendet, bezieht sich der Begriff ”ethylenisch ungesättigte mit
Amin reaktive Verbindung” auf
eine Verbindung, die a) an dem polymeren Kohlenwasserstoff durch
Pfropfen oder Copolymerisation befestigt werden kann und b) chemisch
mit einem Amin reaktiv ist. Ähnlich
wird der Begriff ”mit
Amin reaktive Gruppe” hierin
verwendet, um den Rest zu bezeichnen, der durch Pfropfung oder Copolymerisation
gebildet wird. Beispiele für
ethylenisch ungesättigte
mit Amin reaktive Verbindungen, die auf das polymere Kohlenwasserstoffgrundgerüst aufgepfropft
werden können oder
mit dem Olefin oder aromatischen Alkenylkohlenwasserstoffmonomer
copolymerisiert werden können,
umfassen ethylenisch ungesättigte
Carbonsäuren,
wie etwa Maleinsäure,
Fumarsäure,
Itaconsäure,
Acrylsäure,
Methacrylsäure
und Crotonsäure;
Säureanhydride,
wie etwa Maleinsäureanhydrid
und Itaconsäureanhydrid;
Vinylbenzylhalogenide, wie etwa Vinylbenzylchlorid und Vinylbenzylbromid;
Alkylacrylate und Methacrylate, wie etwa Methylacrylat, Ethylacrylat,
Butylacrylat, Laurylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat,
Butylmethacrylat und Laurylmethacrylat, und ethylenisch ungesättigte Oxirane,
wie etwa Glycidylacrylat, Glycidylmethacrylat und Glycidylethacrylat.
Bevorzugte ethylenisch ungesättigte
mit Amin reaktive Verbindungen umfassen Maleinsäureanhydrid, Acrylsäure, Methacrylsäure, Glycidylacrylat,
Glycidylmethacrylat, wobei Maleinsäureanhydrid am meisten bevorzugt
ist. Polypropylen, das mit Maleinsäureanhydrid gepfropft ist,
ist ein bevorzugterer modifizierter polymerer Kohlenwasserstoff.
Ein Beispiel für
einen kommerziell erhältlichen
modifizierten polymeren Kohlenwasserstoff ist EPOLENETM PP
3003 Wachs (eine Marke von Eastman Chemical Co.), welches ein Propropylenwachs
ist, das etwa 0,5 bis 1 Gew.-% gepfropfte Maleinsäureanhydrideinheiten
enthält.
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Der
Grad der Einfügung
oder Pfropfung der mit Amin reaktiven Gruppe ist anwendungsabhängig, ist aber
vorzugsweise nicht größer als
10 Gew.-%, bevorzugter nicht größer als
5 Gew.-%, bevorzugter nicht größer als
2 Gew.-% und am meisten bevorzugt nicht größer als 1 Gew.-% und vorzugsweise
nicht kleiner als 0,01 Gew.-%, bevorzugter nicht kleiner als 0,1
Gew.-% und am meisten bevorzugt nicht kleiner als 0,2 Gew.-%, bezogen
auf das Gewicht des Kompatibilisierungsmittels.
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Das
Hydroxylamin ist eine Verbindung, die eine Amingruppe und eine Hydroxylgruppe
enthält.
Das Amin kann ein primäres
oder sekundäres
Amin sein und ist vorzugsweise ein primäres Amin. Das Polyamin ist eine
Verbindung, die zwei Amingruppen enthält. Das Hydroxylamin oder Polyamin
wird durch die folgende Formel dargestellt:
worin X gleich O oder NH
ist, worin jedes R unabhängig
voneinander H, -CH
3 oder -CH
2CH
3 ist und worin x von 0 bis 50 reicht. Die
Offenbarung und Herstellung von Hydroxylaminen ist in
U.S.-Patenten 3,231,619 ,
4,612,335 und
4,888,446 zu finden, deren Lehren
hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind. Beispiele für bevorzugte
Oxyalkanolamine umfassen 2-Aminoethanol,
1-Amino-2-propanol, 2-Amino-1-propanol, 3-Amino-1-propanol, 2-(2-Aminoethoxy)ethanol,
1-Amino-2-butanol, 2-Amino-3-butanol und Polyoxyalkylenglykolamine.
2-Aminoethanol ist ein bevorzugtes Alkanolamin.
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Das
Polyamin ist eine Verbindung mit zwei Amingruppen. Beispiele für geeignete
Polyamine umfassen α,ω-Alkylendiamine,
wie etwa Ethylendiamin, 1,3-Propylendiamin, 1,4-Butylendiamin und
1,6-Hexylendiamin, ebenso wie Polyoxyalkylendiamine, kommerziell
erhältlich
als JEFFAMINE
TM Polyoxyalkylendiamine (eine Marke
von Huntsman Petrochemical). Wo die mit Amin reaktiven Gruppen,
die seitenständig
zum Grundgerüst des
ersten polymeren Kohlenwasserstoffs sind, Maleinsäureanhydridgruppen
sind, enthält
das Kompatibilisierungsmittel, das unter Verwendung von Polyaminen
oder Alkanolaminen hergestellt wird, seitenständige Gruppen, die durch die
folgende Struktur gekennzeichnet sind:
worin X gleich NH oder O
ist, jedes R unabhängig
voneinander H, -CH
3 oder -CH
2CH
3 ist und worin x von 0 bis 50 reicht.
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Polyoxyalkylengruppen
können
in das Grundgerüst
des ersten polymeren Kohlenwasserstoffs eingefügt werden, indem die mit Amin
reaktiven Gruppen mit einem Polyethermonoamin, wie etwa von Evans
et al. in
U.S.-Patent 5,959,032 beschrieben
und kommerziell als JEFFAMINE
TM M-1000 und
JEFFAMINE
TM 2005 Harze erhältlich (eine
Marke von Huntsman Chemical), umgesetzt werden. Ein Kompatibilisierungsmittel,
das unter Verwendung von Polyethermonoaminen hergestellt wird, enthält seitenständige Gruppen,
die durch die folgende Struktur gekennzeichnet sind:
worin R
1 gleich
C
1-C
4-Alkyl ist,
jedes R unabhängig
voneinander H, -CH
3 oder -CH
2CH
3 ist und worin x von 0 bis 50 reicht.
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Ein
stöchiometrischer Überschuss
des Hydroxylamins, Polyamins oder Polyethermonoamins wird verwendet,
um vollständigen
oder im Wesentlichen vollständigen
Umsatz der mit Amin reaktiven Gruppen sicherzustellen.
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Das
thermoplastische Polyurethan (TPU) kann ein technisches thermoplastisches
Polyurethan oder ETPU (auch als starres TPU bekannt) oder ein weiches
TPU sein. ETPUs haben eine Glasübergangstemperatur
(Tg) von mehr als 50°C und enthalten weniger als
25 Gew.-% Einheiten eines hochmolekularen Diols (d. h. eines Diols
mit einem Molekulargewicht von nicht weniger als 500 amu). Vorzugsweise
machen die Einheiten des hochmolekularen Diols nicht mehr als 10
Gew.-% des ETPUs, bevorzugter nicht mehr als 5 Gew.-% des ETPUs
und bevorzugter nicht mehr als 1 Gew.-% des ETPUs aus. Ein am meisten
bevorzugtes ETPU enthält
0 Einheiten des hochmolekularen Diols.
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Beispiele
für kommerziell
erhältliche
ETPUs umfassen ISOPLAST
TM Harze (eine Marke
von The Dow Chemical Company), deren Herstellung zum Beispiel von
Goldwasser et al. in
U.S.-Patent
4,376,834 und von Oriani in
US-Patent
5,627,254 offenbart ist, deren Lehren hierin durch Bezugnahme
aufgenommen sind. Das ETPU enthält
Struktureinheiten eines Kettenverlängerungsmittels, wie etwa 1,6-Hexandiol
oder eine Mischung von 1,4-Butandiol
und einem Polyethylenglykol. Vorzugsweise ist das Kettenverlängerungsmittel
eine Mischung aus 1,4-Butandiol und einem Polyethylenglykol, bevorzugter
1,4-Butandiol und Diethylenglykol oder Triethylenglykol und am meisten
bevorzugt 1,4-Butandiol und Triethylenglykol.
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Das
TPU kann auch ein weiches TPU mit einer Tg von
weniger als 25°C
und einer Shore-A-Härte
von nicht mehr als 95 sein. Ein Beispiel für ein kommerziell erhältliches
weiches TPU ist PELLETHANETM thermoplastische
Polyurethanharz (PELLETHANE ist eine Marke von The Dow Chemical
Company).
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Das
TPU kann mit dem Kompatibilisierungsmittel vermischt oder damit
umgesetzt werden. Zum Beispiel kann der Blend, wenn das Kompatibilisierungsmittel
mit Isocyanat reaktive Gruppen enthält, unter Wärme und Scherung compoundiert
werden, um zu bewirken, dass das TPU, insbesondere das ETPU, depolymerisiert,
um Isocyanatgruppen und Hydroxylgruppen zu bilden. Nach Kühlung können die
Isocyanatgruppen mit den mit Isocyanat reaktiven Gruppen des Kompatibilisierungsmittels
reagieren, um neue Urethanverknüpfungen
zu bilden. Zum Beispiel wird angenommen, dass, wo das Kompatibilisierungsmittel
durch die Reaktion von Polypropylen, das mit Maleinsäureanhydrid
gepfropft ist, und 2-Aminoethanol oder Ethylendiamin hergestellt wird,
das Reaktionsprodukt des Kompatibilisierungsmittels und des TPUs
das folgende strukturelle Merkmal hat:
![Figure 00120001](https://patentimages.storage.***apis.com/7e/37/d3/11562ef74b70d2/00120001.png)
worin X gleich NH oder O
ist. Alternativ wird geglaubt, dass, wenn das Kompatibilisierungsmittel
Polyoxyalkylengruppen enthält,
die nicht mit Isocyanat reagieren, das TPU dann nicht mit dem Kompatibilisierungsmittel reagiert.
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In
dem zweiten Aspekt ist die vorliegende Erfindung eine Zusammensetzung,
die einen Blend oder eine reaktive Mischung aus a) dem TPU, b) dem
Kompatibilisierungsmittel und c) einem zweiten polymeren Kohlenwasserstoff
enthält.
Die Zusammensetzung ist vorzugsweise entweder eine kompatibilisierte
Dispersion des TPUs in der zweiten polymeren Kohlenwasserstoffmatrix
oder eine Dispersion des zweiten polymeren Kohlenwasserstoffs in
der Polyurethanmatrix. Bei einer kompatibilisierten Dispersion eines
TPUs in dem zweiten polymeren Kohlenwasserstoff beträgt die Konzentration
des TPUs, vorzugsweise des ETPUs, etwa 10 bis etwa 40 Gew.-%, bezogen
auf das Gewicht des TPUs, des zweiten polymeren Kohlenwasserstoffs
und des Kompatibilisierungsmittels. Bei einer kompatibilisierten
Dispersion des zweiten polymeren Kohlenwasserstoffs in dem TPU,
vorzugsweise dem ETPU, beträgt
die Konzentration des zweiten polymeren Kohlenwasserstoffs in dem
TPU vorzugsweise nicht weniger als 5 Gew.-% und nicht mehr als 40,
bevorzugter nicht mehr als 30, und am meisten bevorzugt nicht mehr
als 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des TPUs, des zweiten polymeren
Kohlenwasserstoffs und des Kompatibilisierungsmittels.
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Die
verwendete Menge an Kompatibilisierungsmittel ist anwendungsabhängig, es
wird aber im Allgemeinen in einer Menge verwendet, die ausreichend
ist, um die ungekerbte Izod-Schlagzähigkeit an der Schweißlinie oder
die Zugfestigkeit im Vergleich zu einem Blend aus einem zweiten
polymeren Kohlenwasserstoff und thermoplastischen Polyurethan, der
kein Kompatibilisierungsmittel enthält, zu erhöhen. Vorzugsweise beträgt die Menge
an Kompatibilisierungsmittel nicht weniger als 0,5 Gew.-%, bevorzugter
nicht weniger als 1 Gew.-% und am meisten bevorzugt nicht weniger
als 2 Gew.-% und vorzugsweise nicht mehr als 20 Gew.-%, bevorzugter
nicht mehr als 15 Gew.-% und am meisten bevorzugt nicht mehr als
10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des zweiten polymeren Kohlenwasserstoffs,
des TPUs und des Kompatibilisierungsmittels.
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Das
Kompatibilisierungsmittel der vorliegenden Erfindung kann auch verwendet
werden, um eine Dispersion des zweiten polymeren Kohlenwasserstoffs
und eines breiten Bereichs von technischen Thermoplasten, die nicht
TPU sind (im Folgenden der zweite technische Thermoplast), zu bilden,
vorausgesetzt, der Blend enthält
eine cokompatibilisierende Menge eines TPUs. Beispiele für andere
technische Thermoplaste umfassen Polyester, wie etwa Polyethylenterephthalat
(PET) und Polybutylenterephtalat (PBT), Polycarbonate, wie etwa
Bisphenol-A-polycarbonat, Polyamide, wie etwa Nylons, Polyoxymethylene,
wie etwa Polyacetale, Polysulfone, Polyarylate, Polyarylenoxide,
wie etwa Polyphenylenoxid (PPO), Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat
und Ethylen/Vinylacetat-Copolymer, Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer
und Polyetherlactone.
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Wie
hierin verwendet, bezieht sich eine ”cokompatibilisierende Menge” auf die
Menge von TPU, die benötigt
wird, um die Schweißlinienfestigkeit
oder Prozent Dehnung einer Zusammensetzung, die den zweiten polymeren
Kohlenwasserstoff, den zweiten technischen Thermoplast und das Kompatibilisierungsmittel
enthält,
im Vergleich zu einer Zusammensetzung, die nicht das TPU enthält, zu erhöhen. Vorzugsweise
ist das Gewicht-zu-Gewicht-Verhältnis des
Kompatibilisierungsmittels zu dem TPU nicht kleiner als 1:10, bevorzugter nicht
kleiner als 1:5 und am meisten bevorzugt nicht kleiner als 1:2 und
vorzugsweise nicht größer als
10:1, bevorzugter nicht größer als
5:1 und am meisten bevorzugt nicht größer als 2:1. Wenn TPU als ein
Cokompatibilisierungsmittel verwendet wird, wird es vorzugsweise
in einer Menge von nicht weniger als 0,1 Gew.-%, bevorzugter nicht
weniger als 1 Prozent und am meisten bevorzugt nicht weniger als
2 Gew.-% und vorzugsweise nicht mehr als 20 Gew.-% und bevorzugter
nicht mehr als 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des polymeren
Kohlenwasserstoffs, des zweiten technischen Thermoplasts, des TPUs
und des Kompatibilisierungsmittel, verwendet.
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Obwohl
das Kompatibilisierungsmittel vor In-Berührung-Bringen mit dem anderen
technischen Thermoplast und dem Polyolefin reaktiv mit dem TPU extrudiert
werden kann, ist es nicht notwendig, dies so zu tun. Das Kompatibilisierungsmittel,
der zweite technische Thermoplast, der polymere Kohlenwasserstoff
und das TPU können
bequem miteinander vermischt werden und bei Depolymerisationstemperaturen,
vorzugsweise nicht weniger als 180°C und bevorzugter nicht weniger
als 200°C
und vorzugsweise nicht mehr als 300°C und bevorzugter nicht mehr
als 250°C,
reaktiv extrudiert werden.
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Die
kompatibilisierten Blends der vorliegenden Erfindung zeigen im Allgemeinen
verbesserte Eigenschaften, wie Überstreichbarkeit,
Zugfestigkeit, Fallbolzenschlagzähigkeit
und Schweißlinienfestigkeit
im Vergleich zu Blends, die nicht kompatibilisiert wurden. Diese
Blends sind bei der Herstellung von Teilen für Motorfahrzeuge, wie etwa
Stoßstangen,
Spoiler, Kotflügel,
ebenso wie von Werkzeugen, Haushaltsgeräten, Sportartikeln und Rohrverbindern
nützlich.
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Die
folgenden Beispiele sind nur zur Illustrierung und sind nicht dazu
gedacht, den Umfang dieser Erfindung zu beschränken.
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Beispiel 1 – Kompatibilisierung von Polypropylen
und einem technischen thermoplastischen Polyurethanharz
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A. Herstellung des Kompatibilisierungsmittels
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Ein
Kompatibilisierungsmittel für
das Polypropylen und das technische thermoplastische Polyurethanharz
wurde hergestellt, indem EPOLENETM PP 3003
Wachs (Polypropylen, das mit etwa 0,5 bis 1 Gew.-% Maleinsäureanhydrid
gepfropft war) mit 2-Aminoethanol (1 Gew.-%) in einem Plastiksack
taumelvermischt wurden. Die Mischung wurde dann durch einen 34-mm-Doppelschneckenextruder,
der bei 200 U/min und 220°C gehalten
wurde, extrudiert. Die Verweilzeit betrug etwa 20 Sekunden. Umwandlung
von Maleinsäureanhydrid zu
dem entsprechenden Imidalkanol wurde mithilfe von IR-Spektroskopie
verifiziert.
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B. Herstellung der kompatibilisierten
PP-ISOPLAST-Mischung
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Ein
Teil des Kompatibilisierungsmittels, wie in Schritt A hergestellt
(5 Gew.-%), wurde mit HIDMONT
TM PD 701 Polypropylen
(eine Marke von Hidmont, 65 Gew.-%) und getrocknetem XUS 72301.001
technischem thermoplastischen Polyurethan (30 Gew.-%), das im Wesentlichen
wie in
US-Patent 5,627,257 beschrieben durch
reaktive Extrusion von 4,4'-Diisocyanatodiphenylmethan
(68 Gew.-%), Triethylenglykol (16,2 Gew.-%), 1,4-Butandiol (14,6
Gew.-%), Trisnonylphenylphosphit (0,13 Gew.-%), FOMREZ
TM UL-22
Katalysator (Marke von Witco Corporation, 0,06 Gew.-%), ADVAWAX
TM 280 (eine Marke von Morton Industries,
0,25 Gew.-%), IRGANOX
TM 1010 Stabilisator
(Marke von Ciba-Geigy, 0,25 Gew.-%) und UVTEX
TM OB
328 Stabilisator (eine Marke von Ciby Geigy, 0,002 Gew.-%) hergestellt
wurde, in einem Taumelmischer vermischt. Die Mischung wurde dann
in dem Doppelschneckenextruder bei 220°C compoundiert. Der resultierende
Blend wurde in einem Exsikkator 4 Stunden getrocknet, dann in Prüfkörper der
Größe 6'' × 0,5'' × 0,125'' (15 cm × 1,3 cm × 0,3 cm) geschnitten und bei
220°C eingeformt.
Die Schweißlinienfestigkeit
(Zugfestigkeit von der Stumpfschweißlinie) betrug 4.200 psi (29
MPa). Es wurde festgestellt, dass die Bruchdehnung 420% betrug.
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Beispiel 2 – Kompatibilisierung von Polyethylenterephthalat
und Ethylen/Octen-Copolymer
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Polyethylen
hoher Dichte, das mit etwa 0,8 bis etwa 1 Gew.-% Maleinsäureanhydrid
gepfropft war, wurde mit 2-Aminothanol (1 Gew.-%) in dem Doppelschneckenextruder
bei 220°C
compoundiert, um einen Kompatibilisierungsmittel-Vorläufer zu
bilden. Ein Teil dieses Vorläufers
(5 Gew.-%) wurde mit TRAYTUFTM 5900 PET
(eine Marke von Shell Chemical, 70 Gew.-%), AFFINITYTM 8180
Ethylen/Octen-Copolymer (eine Marke von The Dow Chemical Company,
20 Gew.-%) und XUS 72301.001 technischem thermoplastischen Polyurethan
(5 Gew.-%) in einem Taumelmischer vermischt. Der Blend wurde in
dem Doppelschneckenextruder wie zuvor compoundiert. Prüfkörper wurden
geschnitten und eingeformt, wie in Beispiel 1 beschrieben. Es wurde
festgestellt, dass die ungekerbte IZOD-Schlagzähigkeit an der Schweißlinie 6,5
ft-lb/in (344 J/mm) betrug.
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Beispiel 3 – Kompatibilisierung von Polyethylenterephthalat
und Polyethylen hoher Dichte
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Der
wie in Beispiel 2 hergestellte Kompatibilisierungsmittel-Vorläufer (5
Gew.-%) wurde mit TRAYTUFTM 5900 PET (70
Gew.-%), LUPOLENTM L426 1AQ 404 Polyethylen
hoher Dichte (eine Marke von The Dow Chemical Company, 20 Gew.-%)
und XUS 72301.001 technischem thermoplastischen Polyurethan (5 Gew.-%) in
einem Taumelmischer vermischt. Der Blend wurde in dem Doppelschneckenextruder
wie zuvor compoundiert. Es wurde festgestellt, dass die ungekerbte
IZOD-Schlagzähigkeit
an der Schweißlinie
10,8 ft-lb/in (576,7 J/mm) betrug.
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Beispiel 4 – Kompatibilisierung von Polypropylen
mit einem thermoplastischen Polyurethanelastomer
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Ein
Kompatibilisierungsmittel für
das Polypropylen und ein thermoplastisches Polyurethanelastomer wurden
hergestellt, indem EPOLENETM PP 3003 Wachs
mit JEFFAMINETM M-2005 Polyethermonoamin
(eine Marke von Huntsman Petrochemical Corp., 1 Gew.-%) in einem
Plastiksack taumelvermischt wurde. Die Mischung dann durch einen
34-mm-Doppelschneckenextruder, der bei 200 U/min und 220°C gehalten
wurde, extrudiert. Die Verweilzeit betrug etwa 20 Sekunden. Umsatz
von Maleinsäureanhydrid
zu dem entsprechenden Imidoxyalkylen wurde mithilfe von IR-Spektroskopie
verifiziert. Ein Teil dieses Kompatibilisierungsmittels wurde mit
HIDMONTTM PP 701 Polypropylen (eine Marke
von Hidmont Corp., 75 Gew.-%) und VORANOLTM-basiertem
TPU XU 63142 (eine Marke von The Dow Chemical Company, 20 Gew.-%)
vereinigt. Es wurde festgestellt, dass die Fallbolzenschlagzähigkeit
bei 25°C
445 in-lbs (27,4
J) betrug. Bei 15°C
betrug die Fallbolzenschlagzähigkeit
358 in-lbs (22,1 J). Bei 0°C
bewtrug die Fallbolzenschlagzähigkeit
338 in-lbs (20,8
J). Die Zugfestigkeit betrug 3.900 psi (26,9 MPa).
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Beispiel 5 – Kompatibilisierung von Ethylen/Octen-Copolymer
mit einem thermoplastischen Polyurethan
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Eine
50:50-Mischung (Gew.-%) von FUSABONDTM MN-493D
Harz (eine Marke von du Pont de Nemours, 0,5 Gew.-%, gepfropft mit
Ethylen/1-Octen-Copolymer) und AFFINITYTM Ethylen/1-Octen-Copolymer (eine
Marke von The Dow Chemical Company) wurde compoundiert und zusammen
mit Ethylendiamin (0,25 Gew.-%) in einen 34-mm-Doppelschneckenextruder,
der bei 200 U/min und 220°C
gehalten wurde, gegeben. Die Verweilzeit betrug 20 Sekunden. Das
Ethylendiamin wurde während
der Compoundierung als seitliche Einspritzung eingeführt. Umsatz
des Maleinsäureanhydrids
zu dem entsprechenden Imid wurde mithilfe von IR-Spektroskopie verifiziert.
Dieses verdünnte
Kompatibilisierungsmittel (4 Gew.-%) wurde mit ISOPLAST XUS 72301
technischem thermoplastischen Polyurethan (88 Gew.-%) und AFFINITY
8180 Ethylen/1-Octen-Copolymer
vereinigt. Der Wert der ungekerbten Izod-Schlagzähigkeit dieser Zusammensetzung
nach Formgebung betrug 41 ft-lb/in2 (2173
J/mm).