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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf thermoplastische Zusammensetzungen
mit verbesserter Hydrophobie, worin ein interaktives Diorganopolysiloxan
zu einem thermoplastischen Harz gegeben wird.
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Wir
haben herausgefunden, dass, wenn eine kleine Menge eines interaktiven
Diorganopolysiloxans zu einem thermoplastischen Harz gegeben wird,
wesentlich verbesserte Eigenschaften erhalten werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist deshalb eine fertige Produktzusammensetzung,
enthaltend:
- (A) 100 Gewichtsteile eines thermoplastischen
Harzes, ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen hoher Dichte, Polypropylen,
Polybuten, Polyisopren, Ethylencopolymeren, Polyamiden, Polyaminen und
Polyestern, und
- (B) 1 bis 5 Gewichtsteile eines Diorganopolysiloxans, wobei
dieses Diorganopolysiloxan ein zahlenmittleres Molekulargewicht
von mindestens 10.000 und mindestens eine seitenständige oder
endständige
Gruppe, ausgewählt
aus einer Hydroxylgruppe oder einer Alkylenylgruppe, aufweist.
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Diese
Zusammensetzungen zeigen überraschende
Eigenschaften, wie etwa verbesserte Hydrophobie, bessere Verarbeitbarkeit,
bessere Gießbarkeit
und verbesserten Griff.
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Die
thermoplastischen Harze, die Komponente (A) dieser Erfindung ausmachen,
sind vorzugsweise Polyolefine hoher Dichte, können aber ebenso andere thermoplastische
Harze, wie etwa Nylons, Polyester, Polystyrole, Polyurethane und
Acrylharze sein. Wie hierin verwendet, umfasst "thermoplastisches Harz" solche Polymere,
die, wenn sie Wärme
ausgesetzt werden, erweichen und dann, wenn sie auf Raumtemperatur
abgekühlt
werden, wieder in ihren Originalzustand zurückkehren. Wenn das thermoplastische
Harz ein Polyolefin ist, ist es aus Homopolymeren von Olefinen,
Interpolymeren aus einem oder mehreren Olefinen und/oder bis zu
40 Molprozent eines oder mehrerer Monomere, die mit diesen Olefinen
copolymerisierbar sind, ausgewählt. Beispiele
für geeignete
Polyolefine sind Homopolymere von Propylen, Buten-1, Isobutylen,
Hexen, 1,4-Methylpenten-1, Penten-1, Octen-1, Nonen-1 und Decen-1.
Interpolymere aus zwei oder mehr von diesen Olefinen können auch
als Komponente (A) verwendet werden. Des Weiteren können sie
auch mit Vinylverbindungen, Dienverbindungen oder irgendeiner anderen
Verbindung, die mit Olefinen copolymerisiert werden kann, copolymerisiert
werden.
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Spezielle
Beispiele für
geeignete Interpolymere sind die Copolymere auf Ethylenbasis, wie
etwa Ethylen-Propylen-Copolymer, Ethylen-Butylen-1-Copolymere, Ethylen-Hexen-1-Copolymere,
Ethylen-Octen-1-Copolymere und Ethylen-Buten-1-Copolymere, oder die Interpolymere
von Ethylen mit zwei oder mehr der obigen Olefine.
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Komponente
(A) kann auch ein Blend aus zwei oder mehr der obigen Homopolymere
oder Interpolymere sein. Zum Beispiel kann der Blend eine einheitliche
Mischung aus einem der obigen Systeme mit einem oder mehreren der
folgenden sein: Polypropylen, Hochdruckpolyethylen niedriger Dichte,
Polyethylen hoher Dichte, Polybuten-1 und polares Monomer enthaltende
Olefincopolymer, wie etwa Ethylen/Acrylsäure-Copolymere, Ethylen/Acrylsäure-Copolymere,
Ethylen/Methacrylat-Copolymere, Ethylen/Ethylacrylat-Copolymere, Ethylen/Vinylacetat-Copolymere, Ethylen/Acrylsäure/Ethylacrylat-Terpolymere
und Ethylen/Acrylsäure/Vinylacetat-Terpolymere.
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Normalerweise
haben diese Systeme eine Dichte von 0,85 bis 0,97 g/cm3,
vorzugsweise 0,875 bis 0,93 g/cm3 und ein
gewichtsmittleres Molekulargewicht (Mw) von 60.000 bis 200.000.
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Die
obigen Polymere sind in der Technik wohl bekannt und weitere Beschreibung
derselben wird als unnötig
erachtet.
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Das
Diorganopolysiloxan (B) der vorliegenden Erfindung ist ein interaktives
Diorganopolysiloxan mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht (Mn)
von 10.000 bis 1.000.000. Vorzugsweise beträgt das Mn von Komponente (B)
40.000 bis 400.000 und bevorzugter 75.000 bis 400.000.
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Viele
der Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung sind in üblichen
Extrusionsapparaturen verarbeitbar. Wenn diese Zusammensetzungen
extrudiert werden, wird das Molekulargewicht der Komponente (B)
die Verarbeitungseigenschaften der Zusammensetzung beeinflussen.
Wenn das Mn-Gewicht unterhalb von 10.000 ist, neigen die Zusammensetzungen
dazu, übermäßigen Schraubenschlupf
zu zeigen, wie etwa niedrigerer Ausstoß in Umdrehungen pro Minute
(U/min) als für
einen gegebenen Extruder erwartet würde. Ferner liegt bei niedrigeren
Molekulargewichten eine deutliche Abnahme im Extruderausstoß vor, wenn
diese Zusammensetzungen ein zweites Mal extrudiert werden. Solch
eine zweite Extrusion wird oft bei industriellen Vorgängen benötigt. Zum
Beispiel bedingen Fehler in der Herstellung, wie etwa falsche Extrudereinstellungen oder
das Weglassen/unzureichende Mengen von Schlüsselbestandteilen, die erneute
Extrusion des Materials außerhalb
der Spezifikation. Ebenso werden bei Filmblasvorgängen die
Kantenabschnitte einer flachgelegten Blase abgeschnitten und wieder
in den Extruder zurückgeführt. Ferner
wird eine erneute Extrusion eingesetzt, wenn Abfall zurückgegeben
und recycelt wird, wobei diese Vorgehensweise in der Technik als "Post-Consumer-Recycling" bekannt ist. Andererseits
wird, wenn das Mn oberhalb von 1.000.000 liegt, das Einmischen von Diorganopolysiloxan
in den Thermoplast schwierig, obwohl solch ein Siloxan eingesetzt
werden könnte.
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Ebenso
entscheidend für
die Durchführung
dieser Erfindung ist die Art der Düse, die in dem Extrusionsverfahren
verwendet wird. Es ist oft notwendig, die Zusammensetzung durch
eine Metalldüse
zu extrudieren oder zu spritzen. Die bevorzugte Düse ist aus
Edelstahl gefertigt, obwohl auch Chrom-, Nickel- und Platindüsen verwendet
werden können.
Es ist nicht erforderlich, dass dieses Metall massives Chrom oder
Platin ist, da die Düse
plattiert sein kann. Die Metalldüse
zieht die interaktiven Gruppen des Polydiorganosiloxans an, was
bewirkt, dass das Polydiorganosiloxan in Richtung der Düse wandert.
Im Ergebnis sammelt und konzentriert sich das Polydiorganosiloxan
an der Oberfläche
des abgekühlten
Thermoplasts an, was dem Film verbesserte Eigenschaften, wie etwa
bessere Hydrophobie, bessere Gießbarkeit und besseren Griff
gibt.
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Es
ist bevorzugt, dass Komponente (B) ein Gum mit einem Mn im Bereich
von 100.000 bis 1.000.000 und am meisten bevorzugt von 75.000 bis
450.000 ist. Komponente (B) kann ein lineares oder verzweigtes Polymer
oder Copolymer sein, worin die organischen Gruppen unabhängig voneinander
aus Methyl- oder Phenylresten ausgewählt sind.
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Geeignete
Diorganopolysiloxane umfassen Polydimethylsiloxanhomopolymere, Copolymere,
die im Wesentlichen aus Dimethylsiloxaneinheiten und Methylphenylsiloxaneinheiten
bestehen, Copolymere, die im Wesentlichen aus Dimethylsiloxaneinheiten
und Diphenylsiloxaneinheiten bestehen, Copolymere, die im Wesentlichen
aus Diphenylsiloxaneinheiten und Methylphenylsiloxaneinheiten bestehen,
und Homopolymere aus Methylphenylsiloxaneinheiten. Mischungen aus
zwei oder mehreren solcher Polymere oder Copolymere können auch
als Komponente (B) eingesetzt werden.
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Für unsere
beanspruchte Erfindung muss das Diorganopolysiloxan (B) mindestens
1, vorzugsweise 2 oder mehr interaktive Gruppen in dem Molekül, wie etwa
Hydroxyl oder Alkylenyl, enthalten. Der Begriff "interaktiv" bezieht sich auf die Tendenz der Gruppe,
von einer Metalloberfläche,
wie etwa einer Extrusionsdüse, angezogen
zu werden. Am meisten bevorzugt sind Hydroxylgruppen. Die interaktiven
Gruppen können
an den Enden des Moleküls,
entlang der Kette oder an beiden Positionen angeordnet sein. Vorzugsweise
befinden sich die interaktiven Gruppen an den Enden der Molekülketten,
wie im Falle von Hydroxyl und in Form von Diorganohydroxysiloxygruppen,
wie etwa Dimethylhydroxysiloxy, Diphenylhydroxysiloxy und Methylphenylhydroxysiloxy.
Wenn die interaktiven Gruppen nur entlang der Kette angeordnet sind,
können
die endständigen Gruppen
des Diorganopolysiloxans irgendeine nichtreaktive Einheit, typischerweise
eine Di- oder Triorganosiloxyspezies, wie etwa Dimethylvinylsiloxy
oder Trimethylsiloxy, sein.
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Es
ist bevorzugt, dass das Diorganopolysiloxan (B) ein lineares Polydimethylsiloxan
mit bis zu 50 Molprozent Methylresten ist. Am meisten bevorzugt
ist es ein Polydimethylsiloxanhomopolymer mit Dimethylhydroxysiloxyendgruppen.
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Die
Zusammensetzungen dieser Erfindung werden hergestellt, indem mindestens
1 Gewichtsteil Diorganopolysiloxan (B) in 100 Gewichtsteilen Thermoplast
(A) verteilt wird. Größere Mengen
von Komponente (B) (bis zu 50 Teilen) können verwendet werden, um eine
Vorratsmischung der Zusammensetzung zur weiteren Verarbeitung zu
bilden. Für
fertige Produkte werden 1 bis 5 Gewichtsteile Komponente (B) pro
100 Gewichtsteile Komponente (A) verwendet. Vorzugsweise werden
1 bis 4 Gewichtsteile (B) und bevorzugter 1 bis 3 Teile (B) pro
100 Gewichtsteile (A) verwendet. Wenn das Diorganopolysiloxan in
Mengen unterhalb von 1 Teil pro 100 Gewichtsteile (A) zugegeben
wird, gibt es wenig wesentliche Verbesserung im Berührungswinkel
gegenüber
dem entsprechenden unmodifizierten Polyolefin, insbesondere bei
hohen Extrusions- oder Spritzraten. Ähnlich beginnt sich die Oberflächenqualität des abgekühlten Thermoplasts
bei Mengen von mehr als 10 Teilen (B) pro 100 Gewichtsteile (A)
zu verschlechtern. Ferner wird, wenn mehr als 10 Teile (B) pro 100
Teile (A) verwendet werden, eine überschüssige Menge von Siloxan an
der Oberfläche
des Extrudats beobachtet, das solche Eigenschaften wie Bedruckbarkeit
und Verschweißbarkeit
stark nachteilig beeinflusst. Zusätzlich werden die physikalischen
Eigenschaften des endgültigen
Extrudats herabgesetzt. Somit resultieren die bevorzugten Bereiche
der Zusammensetzung im gewünschten
Gleichgewicht aus gutem Berührungswinkel,
guter Hydrophobie und niedrigem Schraubenschlupf, der während der
Verarbeitung auftritt, insbesondere bei hohen Extruderausstoßraten.
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Die
Verteilung von Diorganopolysiloxan (B) in Polyolefin (A) wird üblicherweise
durch irgendeine der üblichen
Maßnahmen
zum Einmischen von Additiven in thermoplastische Harze bei erhöhter Temperatur
bewerkstelligt. Zum Beispiel können
die beiden Komponenten in einem Doppelschneckenextruder, einem BanburyTM-Mischer, einer Zweiwalzenmühle oder
einem Einfachschneckenextruder, entweder mit oder ohne Mischkopf,
vermischt werden. Die Apparatur, die verwendet wird, um diese Komponenten
zu vermischen, ist nicht entscheidend, solange eine einheitliche
Dispersion von (B) in (A) erreicht wird. Vorzugsweise ist die Größe der dispergierten
Teilchen nicht größer als
10 μm.
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Zusätzlich zu
den obigen Komponenten können
Zusammensetzungen unserer beanspruchten Erfindung auch bis zu 1
Gew.-% von jedem der folgenden enthal ten: Füllstoffe, Härtungsmittel, Schmiermittel, UV-Stabilisatoren,
Antioxidationsmittel, Katalysatorstabilisatoren und andere Prozesshilfen,
die üblicherweise bei
der Modifikation von Polyolefinen eingesetzt werden. Wenn mehr als
1 Gew.-% von einem dieser Additive verwendet wird, liegt eine Störung der
Ziele der vorliegenden Erfindung vor, so dass die Vorteile bei der
Verarbeitung und/oder der Charakter der resultierenden Extrusionen
nicht optimal sind. Dies ist besonders kritisch im Falle von Blasfolienherstellung,
wo gute Oberflächenqualität entscheidend
ist. Ferner können
bis zu 15 Gew.-% ihrer gesamten Zusammensetzung der vorliegenden
Erfindung ein Antiblockiermittel enthalten.
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Spezielle,
nicht beschränkende
Beispiele für
die obigen Zusätze
sind die folgenden Substanzen: Diatomeenerde, Octadecyl-3-(3,5-di-5-butyl-4-hydroxyphenyl)proprionat,
Bis(2-hydroxyethyl)talgamin, Calciumstearat, N,N-Bis(2,2,6,6-tetra-methyl-4-piperidinyl)-1,6-hexandiaminpolymer
mit 2,4,6-Trichlor-1,3,5-triazin und 2,4,6-Trichlor-1,3,5-triazin
und 2,4,4-Trimethyl-1,2-pentaamin, Dimethylsuccinatpolymer mit 2,2,6,6-Tetramethyl-1-piperridinethanol,
2,2-Thiobis[4-tert.-octylphenolato]n-butylaminnickel, Tris(2,4-di-tert.-butylphenyl)phosphit,
Bis(2,4-di-t-butylphenyl)pentaerythritdiphosphit,
Trisnonylphenylphosphit, Polyethylenglykol, Erucamid, Titandioxid,
Titandioxid, Aluminiumoxid, hydratisiertes Aluminiumoxid, Talk,
2-Hydroxy-4-n-octyloxybenzophenon, Siliciumdioxid, Zinkoxid, Zinksulfid
und Zinkstearat.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird das Diorganopolysiloxan (B) zu dem thermoplastischen
Harz (A) gegeben und dient als Prozesshilfe dafür, wenn das Harz bei erhöhten Temperaturen
extrudiert wird, um ein geformtes Produkt (z.B. einen zylindrischen
Querschnitt, wie etwa eine Folie, ein Band, einen Stab, ein Ringrohr,
eine Faser, ein Blatt, Flaschen, Schalen, Krüge oder ähnliches) zu bilden. Das resultierende
Extrudat besitzt eine verbesserte Hydrophobie relative zu einem
Extrudat, das kein Diorganopolysiloxan (B) enthält. Dieses Verfahren ist besonders
anwendbar bei der Herstellung von Gießfolien oder Blasfolien, findet
aber auch Verwendung beim Extrusionsblasformen, Spritzgießen, bei
der Rohr- oder Kabelextrusion,
Faserherstellung und jeder ähnlichen
Schmelzverarbeitung von Polyolefinharzen unter hoher Scherung. Kurz
gesagt wird Blasfolie typischerweise nach einer "Blasen"-Technik hergestellt, wobei die Polyolefinzusammen setzung
(d.h. die Schmelze), durch eine ringförmige Düse extrudiert wird, um eine
Folie in Form einer Blase zu bilden. Diese Blase wird von der Düse mit einer
Geschwindigkeit abgezogen, die größer als die Extrusionsgeschwindigkeit ist,
während
ein positiver Luftdruck innerhalb der Blase aufrechterhalten wird.
Folie, die in dieser Art und Weise hergestellt wird, ist als ein
Ergebnis der Streckung in radialer und axialer Richtung biaxial
orientiert und diese Orientierung verleiht der Folie im Allgemeinen
verbesserte mechanische Eigenschaften. Gießfolie wird im Allgemeinen
hergestellt, indem das Polyolefin durch eine Schlitzdüse extrudiert
wird, gefolgt von Abkühlung
auf einer oder mehreren Kühlwalzen.
Wenn unsere Zusammensetzung spritzgegossen wird, muss die Düse auch Metall
sein oder die Form, in welche der Thermoplast eingespritzt wird,
muss aus Metall, wie etwa Edelstahl, oder mit Chrom, Nickel oder
Platin plattiert sein.
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Obwohl
es möglich
ist, eine relativ einheitliche Verteilung zu erhalten, indem Komponente
(B) in den Schneckenbereich eines Extruders eingespritzt wird, während Polyolefinpellets
durch den Trichter desselben zugeführt werden, ist es bevorzugt,
zuerst Komponente (B) in einen Teil der Komponente (A) gründlich zu
verteilen, um eine Vorratsmischung zu bilden. Diese Vorratsmischung
(oder Konzentrat), die 1 bis 50, vorzugsweise 20 bis 50 Gew.-% des
Polydiorganosiloxans enthält,
kann gemahlen oder pelletiert sein, wobei die resultierenden Feststoffteilchen
mit zusätzlichem
Thermoplast (der Matrix) trocken vermischt werden und dieses Gemisch
dann extrudiert oder gespritzt wird, um eine geeignete Zusammensetzung
dieser Erfindung zu bilden. Die Verwendung dieser Vorratsmischungstechnik
resultiert in einer einheitlicheren Verteilung des Diorganopolysiloxans
innerhalb der thermoplastischen Matrix.
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Der
Thermoplast, der bei der Herstellung der Vorratsmischung verwendet
wird, kann der gleiche wie das thermoplastische Matrixharz sein
oder sich davon unterscheiden. Vorzugsweise sind die zwei vom selben allgemeinen
Typ, (z.B. Polypropylen in der Vorratsmischung und in der Matrix).
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Die
modifizierten thermoplastischen Harze dieser Erfindung haben eine
Vielzahl von verbesserten Eigenschaften. Zum Beispiel glauben wir,
dass die interaktiven Gruppen des Polysiloxans von entweder der
Metalldüse
des Extruders oder dem Metall des Spritzgussapparates angezogen
werden, was bewirkt, dass das Polysiloxan an die Oberfläche des
Thermoplasts wandert. Diese Wanderung wiederum gibt der Oberfläche des Thermoplasts
verbesserte Eigenschaften, wie etwa verbesserte Hydrophobie und
Gießbarkeit.
Somit haben Folien und geformte Gegenstände, wie etwa Flaschen oder
Behälter,
die aus unserer Erfindung hergestellt sind, bessere Hydrophobie
und/oder Gießbarkeit.
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Ferner
gibt die Ansammlung von Silicon an der Oberfläche des Thermoplasts dem Thermoplast
einen verbesserten "Griff". Diese Eigenschaft
ist wichtig, wo der Thermoplast Polypropylen ist und verwendet wird, um
eine nichtgewebte Faser herzustellen, wo die sensorischen und tastbaren
Eigenschaften der Fasern wichtig sind.
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Die
Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können auch ferner einem anderen
Verfahrensschritt unterworfen werden, der in der Technik wohl bekannt
ist, wie etwa Spritzgießen,
Spritzblasformen, Extrusionsblasformen, Blasfolienverfahren, Gießfolienverfahren,
Profilextrusion, Rotationsgießen,
Formpressen, Transferpressen, Warmformen und Kalandrieren.
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Zusätzlich verbessert
das Polyorganosiloxan der vorliegenden Erfindung auch die Verarbeitungseffizienz
des Thermoplasts, wie anhand der unten stehenden Beispiele illustriert
wird.
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Die
folgenden Beispiele werden dargestellt, um die Erfindung, die vollständiger in
den angefügten
Ansprüchen
definiert ist, zu veranschaulichen. Alle Teile und Prozentangaben
in diesen Beispielen sind auf einer Gewichtsbasis und alle Messungen
wurden bei 25°C
erhalten, wenn nicht das Gegenteil angegeben ist.
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Der
Berührungswinkel
zwischen einem Tropfen einer spezifizierten Flüssigkeit und einem spezifizierten
Substrat wird unter Verwendung eines Goniometers bestimmt, der den
Winkel der Tangente des Tropfenprofils mit der Oberfläche misst.
Das geprüfte
Material kann entweder die Flüssigkeit
oder das Substrat sein. In diesen Beispielen wurde destilliertes
Wasser verwendet und die Substrate wurden variiert. Der beobachtete Winkel
wird in Grad zusammen mit der Identität von sowohl der Flüssigkeit
als auch dem Substrat angegeben. Dieses Verfahren ist ähnlich zu
ASTM D 724.
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Um
die Messungen zu machen, wurde die optische Bank des Goniometers
nivelliert. Das spezifizierte Substrat wurde auf das Haltegestell
gesetzt und befestigt. Das Gestell wurde so eingestellt, dass das
Substrat oder die Folie klar durch das Mikroskop oder die Videokamera
betrachtet werden konnte. Ein Tropfen (2,5 mm im Durchmesser) wurde
dann auf das Substrat gegeben, indem direkter Kontakt der Flüssigkeit
zur Oberfläche hergestellt
wurde. Die Flüssigkeit
wurde nicht auf die Oberfläche
getropft oder in anderer Art und Weise während des Daraufsetzens deformiert.
Der Illuminator wurde auf ein optimales Niveau eingestellt und das
Mikroskop wurde an der dunklen Tropfensilhouette gegen einen helleren
Hintergrund fokussiert. Der Winkel der Tangente an sowohl der linksseitigen
als auch rechtsseitigen Feststoff/Flüssigkeit-Grenzfläche des
Tropfens wurde gemessen und aufgezeichnet. Die Vorgehensweise wurde
dreimal wiederholt und der Mittelwert dieser Messungen wurde auf
Grad gerundet aufgezeichnet.
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Die
folgenden Materialien wurden in den Beispielen verwendet.
HDPE
= ein Polyethylen hoher Dichte mit einer Dichte von 0,923 g/cm3 und als DMDHTM 6147
von Nova Chemical (Lemester, MA) vermarktet.
Nylon 6 = CapronTM 8202 von Allied Signal (Mt. Morris, MY).
Polyesterterephthalat
= 0,64 IV PET, Wellman, Inc. (Columbia, SC).
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Beispiel 1
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Ein
hydroxylterminiertes Polydimethylsiloxan mit einem Mn von 400.000
und einer Viskosität
bei 25°C von
2,5 × 107 mPa·s
wurde in HDPE, PET und Nylon 6 compoundiert und dann zu Tafeln spritzgegossen
und auf Hydrophobie getestet. Die folgenden Vorgehensweisen wurden
verwendet.
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Die
Mischungen wurden compoundiert, indem HDPE, PET oder Nylon 6 und
das Siloxan gründlich
bei erhöhter
Temperatur auf einem Haake RheocordTM 90
System-Doppelschneckenextruder (Haake Corporation, Paramus, New
Jersey), der mit einem LeistritzTM Micro
18 korotierenden Doppelschneckenextruder mit einem L/D (Länge/Durchmesser)
von 40/1 und einem Schneckendurchmesser von 18 mm ausgestattet war,
vermischt wurden. Temperaturen der Zonen jeder Kammer des Extruders
wurden gemäß dem thermoplastischen Harz,
wie in Tabelle 2 aufgeführt
ist, eingestellt.
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Für die HDPE-Probe
wurde ausreichend Siloxan zu dem LDPE gegeben, so dass die Gesamtkonzentration
des Silicons 25 Gew.-% des gesamten Zusammensetzungsgewichts betrug.
Für die
PET- und Nylon-6-Beispiele wurde ausreichend Siloxan zu diesen Polymeren
gegeben, so dass die Gesamtkonzentration von Silicon 10 Gew.-% betrug.
Diese "Vorratsmischungs"-Zusammensetzungen
wurden durch eine Strangdüse
extrudiert und nach Abkühlung
in einem Wasserbad in Pellets geschnitten.
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Die
Vorratsmischungspellets, die nach der obigen Vorgehensweise hergestellt
wurden, wurden dann auf dem HaakeTM Extruder
erneut compoundiert, dieses Mal unter Hinzufügen von thermoplastischem Harz, um
Zusammensetzungen mit 0,5 Gew.-%, 1,0 Gew.-% und 2,5 Gew.-% Silicon
herzustellen. Diese Vorgehensweise wurde für jedes der thermoplastischen
Harze, HDPE, PET und Nylon 6, wiederholt. Dies resultierte in Pellets
mit 0,5 Gew.-%, 1,0 Gew.-% und 2,5 Gew.-% Silicon für jedes
thermoplastische Harz PET und Nylon 6 und 1,0% Silicon für HDPE.
Diese Zusammensetzungen wurden dann verwendet, um die Tafeln, die
letztendlich auf Hydrophobie getestet wurden, spritzzugießen.
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Diese
Tafeln 101,6 × 101,6 × 3,2 mm
(4 × 4 × 0,125
inch) wurden in einer ArburgTM Spritzgussmaschine mit
einer Schließkraft
von (35 Tonnen) 31,8 Mg, die eine Vielzweck-Einfachschnecke mit
einem 15/1 L/D mit einem Schneckendurch messer von 30 mm und einem
Schneckenkompressionsverhältnis
von 2/1 aufwies, hergestellt. Es gab drei Heizzonen, eine beheizte
Düse (Spitzengröße = 2 mm)
und einen beheizten Formhohlraum, um die Tafeln herzustellen. Die
Düsentemperatur,
die Temperatur des Kunststoffmaterials, das geformt werde soll,
und die Temperatur jeder Zone sind unten angegeben.
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Diese
Pellets wurden in die Spritzgussmaschine gegeben und zu den gleichen
Tafeln für
jeden speziellen Gewichtsprozentsatz von Silicon und Thermoplast
spritzgegossen. Die Tafeln wurden für jeden Thermoplast und jeden
Gewichtsprozentsatz Silicon hergestellt. An jeder wurde als nächstes der
Wasserberührungswinkel
gemessen.
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Die
mittlere Wasserberührungswinkel
und die Standardabweichung der zehn Tafeln sind in Tabellen 4, 5
und 6 gezeigt.
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Tabelle
4 HDPE Wasserberührungswinkel
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Tabelle
5 PET Wasserberührungswinkel
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Tabelle
6 Nylon
6 Wasserberührungswinkel
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Bei
Polyethylen hoher Dichte (Tabelle 4) zeigte die Tafel ein 4%ige
Verbesserung in der Hydrophobie gegenüber dem Film, die ohne den
Zusatzstoff getestet wurde. Ebenso zeigte PET (Tabelle 5) eine Verbesserung
von bis zu 4% in der Hydrophobie, wiederum abhängig von der Menge des zugesetzten
Additivs. Im Falle der Nylon-6-Tafeln (Tabelle 6) zeigte das Additiv
eine Verbesserung in der Hydrophobie von 5% bis 13%, in Abhängigkeit
von der zugegebenen Menge an Silicon. Verbesserungen in der Hydrophobie
von weniger als 3% werden nicht als wesentlich betrachtet.
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Beispiel 2
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Die
folgenden Beispiele zeigen das Oberflächensegregationsphänomen der
vorliegenden Erfindung, d.h. die Wanderung des hydroxylterminierten
Siloxans zu der Oberfläche
der Folie.
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Eine
Vorratsmischung des hydroxylterminierten Dimethylsiloxans aus Beispiel
1 wurde hergestellt, indem das Siloxan und Polypropylen bei erhöhter Temperatur
gründlich
vermischt wurden. Die speziellen Vorratsmischungen wurden wiederum auf
einem Haake Extruder hergestellt. Temperaturen der acht Zonen jeder Kammer
des Extruders wurden auf jeweils 220°C eingestellt. In jedem Fall
wurde die Vorratsmischungszusammensetzung durch eine Strangdüse extrudiert
und nach Kühlen
in einem Wasserbad in Pellets geschnitten.
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Die
obige Vorratsmischung wurde gründlich
in einer Polypropylenmatrix dispergiert und Pellets wurden durch
Extrusion hergestellt. Die Menge an verwendeter Vorratsgrundmischung
wurde berechnet, um eine Gesamtsiliconkonzentration von 2,5 Gew.-%
des Polypropylens in der Mischung zu ergeben.
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Nach
Compoundieren in dem Extruder wurden die Pellets in einen Blasfolienextruder
von Davis StandardTM Model KL-075, ein 1,9-cm(3/4-inch)-Bodenmodellextruder,
L/D 24/1, mit 3 Heizzonen bei 220°C
gegeben. Eine Edelstahlringdüse
mit einem Durchmesser von 6,35 cm (2,5 inch), die bei 220°C gehalten
wurde, wurde verwendet, um die Blase zu erzeugen. Der Luftdruck
innerhalb der Blase wurde so eingestellt, dass das Aufblasverhältnis 2
betrug und somit eine "flachgelegte" 12,7-cm(5-inch)-Röhre der
Folie erzeugte. Der Luftring verwendete Raumluft, um diese um die
Blase zu blasen, um die Folie abzukühlen und zu kristallisieren. Das
Gleitbahnen- und Quetschwalzensystem erlaubte, dass die Folie gesammelt
wurde.
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Proben
wurden für
die Elektronenspektroskopie zur chemischen Analyse (ESCA) hergestellt,
indem Folienquadrate der Größe 1 × 1 cm geschnitten
wurden und sie auf einem Mehrprobengestell befestigt wurden.
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Die
Ergebnisse der Analyse sind unten in Atomprozent angegeben. Der
Prozentsatz der Oberflächenzusammensetzung
(ausschließlich
Wasserstoff) wurde bis zu einer Tiefe von 5 nm (50 Å) gemessen.
Der Bereich, der bei jeder Probe analysiert wurde, betrug 800 × 300 μm. Jede Probe
wurde an einer Stelle untersucht. Übersichtsspektren und Multiplexspektren
(Detailspektren) von Sauerstoff, Kohlenstoff und Silicium wurden
an jeder Probe genommen.
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Jungfräuliches
Polypropylen hatte Sauerstoff bei 0,03%, Kohlenstoff bei 99,97%
und Silicium bei 0,0%. Unsere Folie hatte Sauerstoff bei 0,4%, Kohlenstoff
bei 98,6% und Silicium bei 0,2%. Diese Messungen zeigen eine wesentliche
Menge von Silicon an der Oberfläche
der modifizierten Polypropylenfolie. Ferner hatte die Polypropylenfolie
einen exzellenten "Griff" mit sehr seidigen
tastbaren Eigenschaften.
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Beispiel 3
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Dieses
Beispiel zeigt, dass Verwendung des Additivs der vorliegenden Erfindung
die Verarbeitungseffizienz des Thermoplasts verbessern wird, indem
die Menge an Energie pro Zeiteinheit, die benötigt wird, um eine gegebene
Menge von Extrudat zu verarbeiten, reduziert wird.
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Eine
Vorratsmischung von hydroxylterminiertem Dimethylsiloxan aus Beispiel
1 in Polyethylen hoher Dichte (HDPE) wurde wiederum hergestellt,
indem das Siloxan und der Thermoplast bei erhöhter Temperatur gründlich vermischt
wurden. Diese Vorratsmischungen wurden wiederum auf dem HaakeTM Extruder hergestellt. Temperaturen der
acht Zonen jeder Kammer des Extruders wurden auf 170°C für Zone 1
und 185°C
für alle
anderen eingestellt. Die Vorratsmischungszusammensetzung wurde durch
eine Strangdüse
extrudiert und nach Kühlen
in einem Wasserbad in Pellets geschnitten.
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Die
obige Vorratsmischung wurde gründlich
in einer HDPE-Matrix dispergiert. Die verwendete Menge an Vorratsgrundmischung
wurde berechnet, um eine Gesamtsiliconkonzentration von 2%, 6% und
10% in dem HDPE zu ergeben. Nichtmodifiziertes, jungfräuliches
HDPE wurde auch als Kontrolle geprüft.
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Der
verwendete Produktextruder war ein Battenfeld FischerTM VK
1,1 Flaschenblasformer mit einem RecoTM Coextrusionssystem.
Die Apparatur hatte zwei Extruder, 25 mm Kern, 35 mm Haut, fähig zu einem Ausstoß von 40
kg/h bei maximalen U/min von 120 und 150. Jeder Extruder hatte Mischdorne,
einen MaddoxTM Mischer und eine Spiraldüse.
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Während der
Extrusion wurden Extruderstromstärke
(d.h. Stromverbrauch), Druck nahe der Düse (in bar) und Extrudatausstoß (in Fuß/Minute)
als eine Funktion der Extrudergeschwindigkeit (Umdrehungen pro Minute
= U/min) aufgezeichnet. Die Ergebnisse der Stromstärke- und
Druckversuche sind in Tabelle 7 enthalten.
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Die
obigen Ergebnisse zeigen, dass die Zugabe unseres Additivs ohne
eine Reduktion oder wesentliche Änderungen
im Extrusionsdruck die Effizienz der Extrusion um grob 50% verbessert.