DE60004231T2 - Verfahren zur herstellung eines polypropylenschaumstoffs mit integraler haut - Google Patents
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Polyolefinschaums mit einer Außenhaut und das eine Haut aufweisende Schaumprodukt selbst sowie auch damit hergestellte oder daraus geformte Gegenstände.
- Bei vielen Anwendungszwecken, z. B. bei Kraftfahrzeugteilen, wie Armaturenbrettern, Türfüllungen, Kopfleisten, Bodenmatten usw., ist die Verwendung eines Polymermaterials bekannt, das ein Schaumsubstrat mit einer im wesentlichen nichtporösen äußeren "Haut" umfaßt. Das Material ist gewöhnlich ein Laminat aus einem geschäumten Polyurethansubstrat und einem Hautmaterial aus PVC oder PVC/ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol); solche Produkte wurden jedoch auch hergestellt, indem ein geschäumtes Polypropylensubstrat und ein ungeschäumtes Polypropylen-Hautmaterial miteinander laminiert wurden.
- Das stellt kein wirksames Verfahren dar, und bei den zum Laminieren erforderlichen Temperaturen muß ein vernetzter Polypropylenschaum verwendet werden, da der Schaum sonst zusammenfällt.
- US-Patent Nr. 5845588 beschreibt Kunststoffpaletten, die durch Kombinieren verschiedener einzelner Komponenten hergestellt werden. Die Erfindung betrifft primär die Herstellung der Palette, die einen Boden und obere und untere Schiebekomponenten umfaßt. Obwohl das Patent die Herstellung von Paletten nahelegt, die eine Hautschicht und eine geschäumte Schicht umfassen, gibt es keine Beschreibung der Anforderungen an das Verfahren, um eine geschäumte Polypropylenstruktur herzustellen.
- Wir haben nunmehr festgestellt, daß eine Haut aufweisende Polypropylenschäume hergestellt werden können, wenn ein im wesentlichen unvernetzter Polypropylenschaum und ein Hautmaterial aus Polypropylen coextrudiert werden. Solche eine Haut aufweisende Schäume haben in Bezug auf die einfache Wiederaufbereitung des Produktes besondere Vorteile gegenüber bekannten Polyurethanschäumen, die mit einer PVC- und PVC/ABS-Haut versehen sind, da die Produkte nur einen Grundtyp eines Polymers enthalten. Außerdem ist die Festigkeit des Laminats aus Schaum:Haut besser, als sie mit dem Laminieren von äquivalenten vorgefertigten Schichten aus Schaum und Haut erzielt wird.
- Nach einem Gesichtspunkt gibt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines eine Haut aufweisenden Polypropylenschaummaterials an, wobei das Verfahren das Coextrudieren einer ersten Polypropylenzusammensetzung, die ein Blähmittel enthält, und einer zweiten Polypropylenzusammensetzung umfaßt, wodurch eine ungeschäumte Haut aus der zweiten Polypropylenzusammensetzung auf der geschäumten Schicht aus der ersten Polypropylenzusammensetzung erzeugt wird, wobei die geschäumte Schicht geschlossene Schaumstoffzellen enthält, wobei die erste Zusammensetzung eine Schmelzfestigkeit von mindestens 0,5 g, vorzugsweise mindestens 1 g, insbesondere mindestens 2 g, z. B. mindestens 5 g, und eine Kaltverfestigung von mindestens 0,05 g/(m·min), vorzugsweise mindestens 0,1 g/(m·min), insbesondere mindestens 0,2 g/(m·min) aufweist und die zweite Zusammensetzung einen Shore-D-Wert von 15 bis 55, z. B. 20 bis 45 hat.
- In erfindungsgemäßen Verfahren wird das Blähmittel vorzugsweise mit einer solchen Konzentration verwendet, daß die entstehende Schaumschicht eine Dichte von 10 bis 350 kg/m3, vorzugsweise 15 bis 150 kg/m3 aufweist. Das Blähmittel kann ein anorganisches oder organisches, gaserzeugendes Mittel, z. B. eine Chemikalie mit einem Siedepunkt im Bereich von –50 bis 100°C, z. B. ein Alkan, wie Propan, Iso butan oder n-Butan usw., oder ein im wesentlichen inertes Gas, wie Stickstoff, Kohlendioxid oder Helium, sein. Das Blähmittel, das ehe die Zusammensetzung in den Extruder gegeben wird oder stärker bevorzugt danach, in die erste Polypropylenzusammensetzung eingeführt werden kann, wird typischerweise mit Konzentrationen von 0,5 bis 5 Gew.-%, stärker bevorzugt 1 bis 2,5 Gew.-%, bezogen auf die erste Zusammensetzung verwendet. Die Zellstruktur des Schaums kann durch die Zugabe eines schaumeinleitenden Mittels, z. B. eines chemischen Blähmittels, wie z. B. Citronensäure oder Natriumbicarbonat, oder eines partikelförmigen Füllstoffs, wie Talkum, geregelt werden. Die Schaumbildung erfolgt derart, daß eine geschlossene Zellstruktur und eine Dichte von 15 bis 350 kg/m3 erzeugt werden. Die Extrusion solcher Polypropylenschäume ist z. B. in EP-A-743337 beschrieben.
- Nach einem weiteren Gesichtspunkt stellt die Erfindung ein Polypropylenmaterial bereit, das ein Substrat aus einem geschäumten ersten Polypropylen mit einer Schmelzfestigkeit von mindestens 1 g, einer Kaltverfestigung von mindestens 0,1 g/(m·min), geschlossenen Schaumstoffzellen und einer Dichte von 10 bis 350 kg/m3 und auf diesem Substrat eine Haut aus einem zweiten ungeschäumten Polypropylen mit einem Shore-D-Wert von 15 bis 55, z. B. 20 bis 45, aufweist.
- Nach weiteren Gesichtspunkten gibt die Erfindung auch die Verwendung eines ungeschäumten Polypropylens mit einem Shore-D-Wert von 15 bis 55, z. B. 20 bis 45, für die Herstellung von Gegenständen aus einem coextrudierten mehrschichtigen Polypropylen, das eine geschäumte Schicht mit einer ungeschäumten Haut einschließt, und auch die Verwendung eines verschäumbaren Polypropylens mit einer Schmelzfestigkeit von mindestens 1 g und einer Kaltverfestigung von mindestens 0,1 g/(m·min) für die Herstellung von coextrudiertem, mehrschichtigem Polypropylen an, das eine geschäumte Schicht und eine ungeschäumte Haut aufweist.
- Das für die Herstellung des Schaums verwendete Polypropylen ist vorzugsweise Polypropylen mit einer hohen Schmelzfestigkeit und hohen Kaltverfestigung, z. B. Polypropylen mit folgenden Eigenschaften: Schmelzindex (230°C/2,16 kg) von 0,1 bis 200, vorzugsweise 0,2 bis 50, insbesondere 0,3 bis 25 g/10 min, ein Ethylengehalt von 0 (Polypropylen-Homopolymer) bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 25 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 15 Gew.-%. Diese Sorten können z. B. durch Bestrahlen mit einer γ-Strahlungsquelle hergestellt werden und sind z. B. als Montell Profax 814 von Montell erhältlich. Andere Beispiele für die Herstellung eines solchen Polypropylens mit hoher Schmelzfestigkeit beinhalten das Aufpfropfen von Silan und einer langkettigen Verzweigung, die Peroxidbehandlung (z. B. Daploy 130D von Borealis) und eine langkettige Verzweigung aus ungesättigtem Polypropylen. In einer anderen Ausführungsform können sie in einem Reaktorverfahren hergestellt werden, wobei ein Ziegler-Natta- und/oder ein Metallocen-Katalysator verwendet wird. Andere Dokumente, die die Herstellungen von Polypropylen mit hoher Schmelzfestigkeit beschreiben, schließen DE-A-19603438, DE-A-19603439, DE-A-19603600 und DE-A-19607430 ein.
- Die erste Polypropylenzusammensetzung kann ein einziges Polypropylen oder ein Gemisch von zwei oder mehreren Polypropylenen umfassen. Die erste Polypropylenzusammensetzung kann Propylen-Homopolymere oder -copolymere (z. B. mit C2- und/oder C4-10-α-Olefin-Copolymeren) enthalten und sollte bei 150°C zumindest teilweise in Xylol löslich sein.
- Das Polypropylen, das für die Herstellung der Haut verwendet wird, kann wiederum herkömmlich ein oder mehr als ein Polypropylen umfassen, und es können Propylen-Homo- und Copolymere (z. B. mit C2- und/oder C4-10-α-Olefin-Comonomeren) verwendet werden. Die Zusammensetzung ist bei 150°C wiederum vorzugsweise zumindest teilweise in Xylol löslich und ist vorzugsweise ein Polypropylen mit fol genden Eigenschaften: Schmelzindex (230°C/2,16 kg) von 0,2 bis 25 g/10 min, Ethylengehalt 0 (Polypropylen-Homopolymer) bis 25 Gew.%. Dieses Polypropylenmaterial kann auch Füllstoffe wie Talkum (mit modifizierter Oberfläche oder auch nicht), Wollastonit, Glimmer, ein modifiziertes Polypropylenmaterial, wie mit Maleinsäureanhydrid oder Glycidylmethacrylat funktionalisiertes Polypropylen, ein Elastomermaterial, wie Ethylen-Propylen-Kautschuk, und ein Säureamid, wie Erucamid, enthalten. Diese Polypropylensorten können mit einem kontinuierlichen Mischschritt in einem Extruder hergestellt werden und sind kommerziell z. B. als EA 040T von Borealis erhältlich. Andere Beispiele für die Herstellung geeigneter Materialien zur Verwendung als Haut sind in EP-A-673396 beschrieben.
- Es wird typischerweise eine Coextrusion vorgenommen, um eine Schaumdicke von 0,5 bis 10 mm, vorzugsweise 1 bis 7 mm, stärker bevorzugt 2 bis 5 mm, und eine Hautdicke von 0,1 bis 3 mm, vorzugsweise 0,3 bis 1,5 mm, stärker bevorzugt 0,4 bis 1,1 mm, herzustellen. Die Haut kann falls erwünscht geprägt oder vakuumgeformt werden, um die gewünschte Gestaltung oder Struktur zu schaffen.
- Beim Coextrusionsverfahren werden diese beiden Polypropylene vorzugsweise bei Temperaturen innerhalb von 330°C, stärker bevorzugt bei der gleichen Temperatur, z. B. bei Temperaturen im Bereich von 145 bis 255°C, extrudiert. Für diesen Zweck kann eine Extrusionsdüse mit mehreren Öffnungen oder eine Vielzahl von Extrusionsdüsen verwendet werden. Falls erwünscht kann eines dieser Polypropylene extrudiert werden, wodurch eine Oberfläche erzeugt wird, auf der, wenn sie sich noch oberhalb ihrer Schmelztemperatur befindet, das zweite Polypropylen extrudiert werden kann.
- Falls erwünscht, kann die Coextrusion das Anordnen einer Haut auf jeder Seite der Schaumschicht beinhalten. Somit können die erfin dungsgemäßen nicht laminierten, mehrschichtigen Produkte zwei, drei oder mehr Schichten aufweisen.
- In der vorliegenden Erfindung werden die Shore-D-Werte gemäß ISO 868 gemessen. Die Schmelzfestigkeit wird mit einer Vorrichtung gemessen, wie sie in der beigefügten
1 schematisch dargestellt ist. Die Vorrichtung besteht aus einem Kapillarrheometer mit der Handelsbezeichnung "Rosand RH-7", einer Abzugsvorrichtung und einem Kraftwandler, um die Festigkeit der Polymerschmelze zu messen. Der Innendurchmesser der Trommel beträgt 15 mm, und sie ist mit einem Paßkolben ausgestattet. Eine Polymerprobe wurde 10 Minuten bei 190°C im Rheometer konditioniert. Danach wurde die Probe bei einer Kolbengeschwindigkeit von 1 mm/min mit einem Kolben extrudiert, so daß die Schmelze senkrecht nach unten durch eine zylindrische Düse gepreßt wurde, die einen Einlaßwinkel der Öffnung von 190°, einen Durchmesser von 1 mm und eine Länge von 16 mm aufwies. Aus dieser Düse gelangte das Monofilament im wesentlichen senkrecht nach unten zur die Kraft messenden Vorrichtung, die an einer Stelle 25 cm unter dem Düsenauslaß angeordnet war. An dieser Stelle hat sich das Monofilament verfestigt. Die die Kraft messende Vorrichtung besteht aus einem sich frei drehenden Rad, unter dem das Monofilament hindurchgeht, wobei das sich frei drehende Rad an einer Wiegeeinrichtung angebracht ist. Dann läuft das Monofilament im wesentlichen senkrecht nach oben auf eine sich frei drehende Rolle und wird auf die letzte Rolle gewickelt. Die Abzugsgeschwindigkeit wird mit dieser letzten Rolle bestimmt und wird an dieser Stelle mit 1 m/min festgelegt. - Die aufwärts gerichtete Kraft, die vom Polymer nach oben auf das sich frei drehende Rad ausgeübt wird, wird in Gramm gemessen. Dieser Wert wird dann durch den Faktor zwei geteilt, um die Schmelzfestigkeit zu erhalten. Wenn die gesamte vom Polymermonofilament auf das Rad ausgeübte, aufwärts gerichtete Kraft 0,098 N beträgt, wird dies folglich als 10 g gemessen, und dies entspricht wiederum einer Schmelzfestigkeit von 5 g.
- Die Kaltverfestigung ist ein Merkmal der Neigung der Kurve, die erhalten wird, wenn die Schmelzfestigkeit gegenüber der Abzugsgeschwindigkeit graphisch aufgetragen wird.
- Die erfindungsgemäßen Produkte aus Haut:Schaum können z. B. in Kraftfahrzeugteilen, wie Armaturenbrettern, Türfüllungen, Kopfleisten, Bodenmatten usw., verwendet werden. Solche Gegenstände, z. B. Komponenten für Kraftfahrzeuge, bilden ebenfalls einen weiteren Gesichtspunkt der Erfindung.
- Die Erfindung wird nunmehr anhand der folgenden nicht begrenzenden Beispiele weiter beschrieben.
- Beispiele 1 bis 5
- Ungeschäumtes Polypropylen (Borealis EA040T von Borealis) und ein schäumbares Polypropylen (Daploy 130D und/oder Daplen DM55 von Borealis), das während der Schaumextrusion mit Isobutan imprägniert wurde, werden bei einer Temperatur von etwa 170°C durch einen Doppelschneckenextruder (Schaum) und einen Einzelschneckenextruder (Haut) mit einer Runddüse mit einem Umfang von 350 mm und einer millimetergenau bemessenen radialen Breite coextrudiert, der bei einem gesamten Massedurchsatz von 150 kg/Stunde arbeitet, so daß ein doppelschichtiger Schlauch mit einer geschäumten Schicht auf der Innenseite und einer ungeschäumten Hautschicht auf der Außenseite hergestellt wurde. Die verwendeten Polymere und die Dichte der gesamten entstandenen Struktur sind in der nachstehenden Tabelle 1 aufgeführt:
- Die Beispiele 4 und 5 sind Vergleichsbeispiele. Beispiel 4 verwendet kein Polypropylen mit hoher Schmelzfestigkeit sondern nur ein Polypropylen-Homopolymer. Beispiel 5 hat aufgrund der teilweisen Zerstörung der Schaumzellen beim Laminieren eine höhere Dichte als das äquivalente Beispiel 3.
- Das coextrudierte mehrschichtige Polypropylen der Beispiele 1 bis 3 weist eine wärme- und UV-beständige Haut auf einem schlagdämpfenden, fest angebrachten Schaumsubstrat auf.
Claims (12)
- Verfahren zur Herstellung von eine Haut aufweisendem Polypropylenschaummaterial, wobei das Verfahren das Coextrudieren einer ersten Polypropylenzusammensetzung, die ein Blähmittel enthält, und einer zweiten Polypropylenzusammensetzung umfaßt, wodurch eine ungeschäumte Haut aus der zweiten Polypropylenzusammensetzung auf der geschäumten Schicht aus der ersten Polypropylenzusammensetzung erzeugt wird, wobei die geschäumte Schicht geschlossene Schaumstoffzellen enthält, wobei die erste Zusammensetzung eine Schmelzfestigkeit von mindestens 1 g und eine Kaltverfestigung von mindestens 0,1 g/(m·min) aufweist und die zweite Zusammensetzung einen Shore-D-Wert von 15 bis 55 aufweist.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die geschäumte Schicht eine Dichte von 10 bis 350 kg/m3 aufweist.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Zusammensetzung einen Shore-D-Wert von 20 bis 45 aufweist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Polypropylenzusammensetzung im wesentlichen unvernetzt ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Blähmittel in die erste Polypropylenzusammensetzung eingeführt wird, nachdem die Zusammensetzung in einen Extruder eingeführt worden ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Blähmittel mit Konzentrationen von 1 bis 2,5 Gew.-%, bezogen auf die erste Polypropylenzusammensetzung, verwendet wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Polypropylenzusammensetzung einen Schmelzindex (230°C/2,16 kg) von 0,3 bis 25 g/10 min und einen Ethylengehalt von 0 bis 25 Gew.-% aufweist.
- Polypropylenmaterial, das ein Substrat aus einem geschäumten ersten Polypropylen mit einer Schmelzfestigkeit von mindestens 1 g, einer Kaltverfestigung von mindestens 0,1 g/(m·min), geschlossenen Schaumstoffzellen und einer Dichte von 10 bis 350 kg/m3 und auf dem Substrat eine Haut aus einem ungeschäumten zweiten Polypropylen mit einem Shore-D-Wert von 15 bis 55 aufweist.
- Verwendung eines ungeschäumten Polypropylens mit einem Shore-D-Wert von 15 bis 55 für die Herstellung von Gegenständen aus einem coextrudierten mehrschichtigen Polypropylen, das eine geschäumte Schicht mit einer ungeschäumten Haut einschließt.
- Verwendung eines verschäumbaren Polypropylens mit einer Schmelzfestigkeit von mindestens 1 g und eine Kaltverfestigung von mindestens 0,1 g/(m·min) für die Herstellung von Gegenständen aus einem coextrudierten mehrschichtigen Polypropylen, das eine geschäumte Schicht mit einer ungeschäumten Haut einschließt.
- Gegenstand, umfassend ein Polypropylenmaterial, das ein Substrat aus einem geschäumten ersten Polypropylen mit einer Schmelzfestigkeit von mindestens 1 g, einer Kaltverfestigung von mindestens 0,1 g/(m·min), geschlossenen Schaumstoffzellen und einer Dichte von 10 bis 350 kg/m3 und auf dem Substrat eine Haut aus einem ungeschäumten zweiten Polypropylen mit einem Shore-D-Wert von 15 bis 55 aufweist.
- Gegenstand nach Anspruch 11 in Form einer Komponente für ein Kraftfahrzeug.
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