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Dokumentenidentifikation DE102004029011A1 12.01.2006
Titel Polymermischung aus aliphatischen Polyamiden und teilaromatischen Polyamiden und deren Verwendung
Anmelder EMS-Chemie AG, Domat, CH
Erfinder Liedloff, Hanns-Jörg, Dr.rer.nat., Domat, CH;
Schmid, Eduard, Dr.sc.nat., Bonaduz, CH;
Hagen, Reinhard Hans, Domat, CH
Vertreter PFENNING MEINIG & PARTNER GbR, 80336 München
DE-Anmeldedatum 16.06.2004
DE-Aktenzeichen 102004029011
Offenlegungstag 12.01.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.01.2006
IPC-Hauptklasse C08L 77/00(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse F16L 47/00(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      B32B 27/34(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      B32B 1/08(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Polymermischung aus teilkristallinen aliphatischen Polyamiden und teilaromatischen Polyamiden, wobei der Anteil der aliphatischen Polyamide mehr als 50 Gew.-% beträgt und das zahlenmäßige Verhältnis der aliphatischen Kohlenstoffatome zu den Amidbindungen in den aliphatischen Polyamiden im Bereich von 8 : 1 bis 12 : 1 liegt und die im Unterschuss vorliegenden teilaromatischen Polyamide neben Hexamethylenterephthalamid (6T)-Einheiten weitere teilaromatische und/oder aliphatische Amideinheiten aufweisen und überwiegend teilkristallin sind. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung derartiger Polymermischungen für verschiedene Anwendungsbereiche, insbesondere für Schnellkupplungen bzw. Konnektoren für Kraftstoffleitungen.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft Mischungen aus teilkristallinen aliphatischen Polyamiden und teilaromatischen Polyamiden, wobei der Anteil der der aliphatischen Polyamide mehr als 50 Gew.-% beträgt, das zahlenmäßige Verhältnis der aliphatischen Kohlenstoffatome zu den Amidbindungen in den aliphatischen Polyamiden im Bereich von 8:1 bis 12:1 liegt und die im Unterschuss vorliegenden teilaromatischen Polyamide neben Hexamethylenterephthalamid (6T)-Einheiten weitere teilaromatische und/oder aliphatische Amideinheiten aufweisen und überwiegend teilkristallin sind.

Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung dieser Mischungen zur Herstellung von Schnellkupplungen bzw. Konnektoren für Kraftstoffleitungen, für Kraftstofffiltergehäuse, Tankeinfüllstutzen und Entlüftungsleitungen, sowie als Schichtmaterial für ein- und mehrschichtige Kraftstoffleitungen.

Zur Herstellung von Kraftstoffleitungen für Kraftfahrzeuge werden seit Jahrzehnten praktisch ausschließlich Polyamid 11 oder 12 verwendet. Dabei wurden diese Polyamide zunächst zu einfachen Monorohren verarbeitet, die allerdings den Anforderungen wegen ihrer hohen Kraftstoffpermeabilität bald nicht mehr genügten und durch Mehrschicht-Kraftfahrzeug-Rohrleitungen ersetzt wurden. Derartige Leitungen weisen eine hohe thermische Belastbarkeit, eine hohe Längenstabilität sowie eine niedrige Permeabilität nicht nur für die Hauptkomponenten der transportierten Kraftstoffe auf, sondern auch für darin vorhandene Additive und sonstige Komponenten.

Solche Leitungen sind beispielsweise in der DE 40 06 870 C1, der DE 101 10 964 A1, der EP 1 077 341 A2, im deutschen Gebrauchsmuster G 92 03 865.4 U1, in der US 5,469,892 oder in der japanische Offenlegungsschrift JP 07-308996 beschrieben. Die Gemeinsamkeit allen dort und in weiteren Patenten vorgeschlagenen technischen Lösungen besteht darin, dass die Rohre gewöhnlich mindestens aus drei Schichten aufgebaut sind, welche verschiedene Funktionen übernehmen. Eine dieser Schichten fungiert als Barriereschicht und besteht in einigen Fällen aus anderen Polymeren als Polyamid, zum Beispiel Ethylen/Vinylalkohol-Copolymeren oder elektrisch leitfähig gemachten Fluorpolymeren. Des weiteren können Haftschichten vorhanden sein, wenn z.B. die Innenschicht mit der Barriereschicht nicht verträglich ist. Von der Innenschicht wird Sour-Gas-Beständigkeit gefordert, d.h. eine hohe Resistenz gegen peroxidhaltigen Benzin. Die Außenschicht schließlich muss mechanisch stabil, verschleißfest und gegen Zinkchlorid beständig sein.

Die Möglichkeiten, welche sich zur Verbesserung der Eigenschaften von Kraftstoffleitungen durch die Kombination verschiedener Polymermaterialien in einem Materialverbund bieten, sind bei der werkstoffseitigen Optimierung der Schnellverbindungen oder Konnektoren, welche Schlauch- oder Rohrleitungen verbinden, im Allgemeinen nicht gegeben. Derartige Schnellverbindungen, wie sie sich seit langem im praktischen Einsatz ausgezeichnet bewährt haben, sind zum Beispiel in der DE 37 27 858 C2 und in der DE 38 43 995 C2 beschrieben. Bedingt durch die ansonsten sehr zweckdienliche Konstruktion dieser Schnellverbindungen ist es schlichtweg unmöglich, diese aus mehr als einem Material zu fertigen. Da für deren Herstellung wieder nur Polyamid 11 oder –12 Frage kommt, muss die im Vergleich zu den Mehrschicht-Rohrleitungen deutlich höhere Kraftstoffpermeation durch diese Schnellverbindungen in Kauf genommen werden. Es hat nun nicht an Versuchen gefehlt, diesen Mangel zu beheben. Eines dieser Konzepte bei der Neugestaltung von Schnellverbindungen ist allgemein als Monosandwich-Technologie bekannt, ein Verfahren, bei dem ein zweites Material im Kernbereich des Konnektors angebracht wird. Diese Methode ist allerdings vergleichsweise aufwändig, die Prozesskontrolle ist schwierig und nur von gut geschultem Bedienungspersonal zu beherrschen, und zudem ist auch die Verarbeitungsmaschine teurer als eine herkömmliche Spritzgießmaschine.

Mischungen aus teilaromatischen Polyamiden und aliphatischen Polyamiden sind aus der Patentliteratur bekannt. So beansprucht die EP 0 849 746 B1, die sich auf die Bereitstellung thermoplastisch umformbarer Magnetwerkstoffe bezieht, "Verfahren zur Herstellung einer thermoplastisch verarbeitbaren Formmasse aus

  • a) 70 bis 99 Gew.% eines teilaromatischen Copolyamids mit einem Anteil an aliphatischen Dicarbonsäuren von unter 50 Mol-% an den gesamten Säure-Monomeren und einen Schmelzpunkt von mehr als 280°C, und
  • b) 1 bis 30 Gew.% eines aliphatischen Polyamids oder Copolyamids mit, im statistischen Mittel, mindestens 10 CH2-Gruppen pro -NHCO-Gruppe." Das aliphatische Polyamid ist somit im Unterschuss vorhanden.

Eine ähnliche Polyamidmischung, bei der das aliphatische Polyamid im Unterschuss enthalten ist, ist aus der EP 1 245 640 A1 bekannt.

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Materialien mit im Vergleich zu Polyamid 11 oder –12 reduzierter Kraftstoffpermeation für die Herstellung einfach zu fertigender Schnellverbindungen aber auch anderer Kraftstoffe führender Teile in Kraftfahrzeugen bereitzustellen.

Gelöst wird diese Aufgabe mit Mischungen aus teilkristallinen aliphatischen Polyamiden und teilaromatischen Polyamiden, wobei der Anteil der aliphatischen Polyamide mehr als 50 Gew.-% beträgt, das zahlenmäßige Verhältnis der aliphatischen Kohlenstoffatome zu den Amidbindungen in den aliphatischen Polyamiden im Bereich von 8:1 und 12:1 liegt und die im Unterschuss vorliegenden teilaromatischen Polyamide neben Hexamethylenterephthalamid (6T)-Einheiten weitere teilaromatische und/oder aliphatische Amideinheiten aufweisen und überwiegend teilkristallin sind.

Bei den teilkristallinen aliphatischen Polyamiden sind bevorzugt Polyamid 12, oder Polyamid 11 oder Polyamid 1212 oder Polyamid 1012 oder Polyamid 1210 Polyamid 13X oder Polyamid 9X, worin X eine ganze Zahl von 9-13 bedeutet, oder eine beliebige Mischung dieser Polyamide. Hergestellt werden diese Polyamide nach bekannten Verfahren durch Polykondensation der betreffenden Diamin/Dicarbonsäure-Paare oder der T-Aminocarbonsäuren im Falle von Polyamid 11 und –12. Letzteres wird überwiegend durch ringöffnende Polymerisation von Laurinlactam hergestellt.

Das Molekulargewicht der aliphatischen Polyamide kann selbstverständlich durch mono- oder difunktionelle Kettenregler wie Benzoesäure, Adipinsäure oder Hexamethylendiamin geregelt sein. Darüber können sie kleine Mengen weiterer Monomereinheiten enthalten, solange von diesen keine Beeinträchtigung ihrer Eigenschaften ausgeht.

Die teilaromatischen, überwiegend teilkristallinen Polyamide können neben den Hexamethylenterephthalamid (6T)-Einheiten weitere teilaromatische und/oder aliphatische Einheiten enthalten.

Nach den Ansprüchen 2 bis 8 sind die folgenden teilaromatischen Polyamide besonders bevorzugt:

  • – Teilkristallines Polyamid 6T/6I mit mindestens 52 Mol-% Hexamethylenterephthalamid-Einheiten und bis zu 48 Mol-% Hexamethylenisophthalamid-Einheiten
  • – Mischungen aus amorphem Polyamid 6T/6I mit höchstens 40 Mol-% Hexamethylenterephthalamid-Einheiten und mindestens 60 Mol-% Hexamethylenisophthalamid-Einheiten und einem Überschuss von teilkristallinem Polyamids 6T/6I mit mindestens 52 Mol-% Hexamethylenterephthalamid-Einheiten.
  • – Teilkristallines Polyamid 6T/66 mit höchstens 90 Mol-% Hexamethylenadipamid (66)-Einheiten.
  • – Teilkristallines ternäres Polyamid 6T/6I/66 mit mindestens 30 Mol-% Hexamethylenterephthalamid- und höchstens 65 Mol-% Hexamethylenadipamid (66)-Einheiten.
  • – Teilkristallines ternäres PA 6T/6I/X mit mindestens 50 Mol-% Hexamethylenterephthalamid- und höchstens 28 Mol-% aliphatische Einheiten der Formel -NH-(CH2)X-1-CO-, worin X gleich 11 oder 12 ist.
  • – Teilkristallines ternäres PA 6T/66/12 mit mindestens 15 Mol-% Hexamethylenterephthalamid-(6T)- und höchstens 80 Mol-% Hexamethylenadipamid (66)-Einheiten
  • – Teilaromatische und teilkristalline Polyamid das bis zu 26 Mol-% aliphatischer Einheiten enthält, die durch Kondensation von dimerisierten Fettsäuren mit bis zu 44 Kohlenstoffatomen und Hexamethylendiamin herstellbar sind.

Die Herstellung derartiger teilkristalliner, teilaromatischer Polyamide, deren DSC-Schmelztemperaturen von 270 bis 330°C reichen, läuft über zwei Stufen: Die Vorkondensatherstellung kann z.B. nach dem in der US-PS 5,708,125 beschriebenen Verfahren durchgeführt werden, die Nachkondensation der Schmelze in einem Doppelschneckenextruder, das entspricht unter anderem dem in der US-PS 4,831,108 beschriebenen Verfahren. Da für die Nachkondensation im Extruder nur eine Verweilzeit von weniger als 5 Minuten zur Verfügung steht, müssen die Vorkondensate einen Katalysator enthalten, der die Amidbildung beschleunigt. Gewöhnlich werden zu diesem Zweck Phosphorverbindungen wie zum Beispiel Natriumhypophosphitmonohydrat verwendet, die der Einfachheit halber bereits der wässrigen Lösung der Monomeren zugesetzt werden. Zudem muss bei der Herstellung teilaromatischer Polyamide mit -NH-(CH2)X-1-CO- – Einheiten beachtet werden, dass dabei entweder die entsprechenden T-Aminocarbonsäuren, d.h. T-Aminolaurin- oder T-Aminoundecansäure oder die entsprechenden Lactame wie Laurinlactam eingesetzt werden können. Im Fall der Aminosäuren können bei der Herstellung der entsprechenden Vorkondensate die bekannten Verfahren angewendet werden, wird aber vom Lactam ausgegangen, so müssen die Bedingungen so gewählt werden, dass die Ringöffnung schon vor oder in der Anfangsphase der Vorkondensatstufe weitgehend abgeschlossen ist. Man kann das z.B. dadurch erreichen, dass eine wässrige Lösung der Monomeren mit einem Unterschuss an Hexamethylendiamin in einem Autoklaven für 2-6 Stunden bei etwa 200°C unter Druck gehalten wird. Durch den Säureüberschuss in Verbindung mit der großen Wassermenge wird die Ringöffnung des Lactams ausreichend beschleunigt. Am Ende dieser Phase wird das fehlende Diamin gegen den im Behälter herrschenden Druck zudosiert. Danach wird wie üblich die Vorkondensatherstellung zu Ende geführt. Eine vom Prinzip her vergleichbare Möglichkeit der Ringöffnung besteht darin, dass das Lactam mit einer großen Menge einer Carbonsäure wie zum Beispiel Terephthalsäure vorreagiert wird und das insgesamt benötigte Diamin und die restliche(n) Dicarbonsäure(n) zusammen mit dem Wasser nach Beendigung der Acidolyse zugegeben wird und die Reaktionsmischung durch Umamidierung in das Gleichgewicht gebracht wird.

Die hier verwendeten dimerisierten Fettsäuren werden aus monomeren ungesättigten Fettsäuren mit gewöhnlich 18 Kohlenstoffatomen durch eine spezifische Oligomerisationsreaktion erhalten. Bedingt durch diese Reaktion entstehen neben einer ungesättigten dimerisierten auch kleinere Mengen der trimerisierten Fettsäure. Durch anschließende katalytische Hydrierung können die C-C-Doppelbindungen entfernt werden. Der Begriff "dimerisierte Fettsäure" bezieht sich auf beide Typen dieser Dicarbonsäuren, die gesättigten und die ungesättigten. Einzelheiten zur Struktur und den Eigenschaften der dimerisierten Fettsäuren finden sich im entsprechenden Merkblatt "Pripol C36-Dimersäure" der Firma UNICHEMA (Emmerich, D) oder in der Broschüre der Firma COGNIS (Düsseldorf, D) "Empol Dimer and Polybasic Acids; Technical Bulletin 1140 (1997)". Für die Herstellung von Polyamiden werden dimerisierte Fettsäuren mit einem Gehalt an trimerisierter Fettsäure von höchstens 3 Gew.-% verwendet. Ausgehend von ungesättigten Fettsäuren mit 22 Kohlenstoffatomen sind entsprechende Dimersäuren mit 44 Kohlenstoffatomen zugänglich.

Mit Ausnahmen der mit dimerisierten Fettsäuren modifizierten Produkte sind alle zur Herstellung der erfindungsgemäßen Mischungen verwendeten teilaromatischen Polyamide bekannt. Eingehend beschrieben sind diese Produkte, für die sich inzwischen die allgemein akzeptierte Bezeichnung "Polyterephthalamide" eingebürgert hat, – zum Teil aber auch die Verfahren zu ihrer Herstellung – in zahlreichen Patentschriften, zum Beispiel in der US-PS-4,603,166, US-PS 4,831,108, US-PS 5,098,940, US-PS 5,302,691, WO 90/02017, WO 92/10525, WO 95/01389, EP-PS 0 360 611, EP-PS 0 449 466, EP-PS 0 550 314, EP-PS 0 550 315, EP-PS 0 693 515 und DE-PS 43 29 676.

Bei der erfindungsgemäßen Polymermischung ist nun wesentlich, dass im Unterschied zur EP 1 245 640 A1 und EP 0 849 746 B1 die teilaromatischen Polyamide in den erfindungsgemäßen Mischungen im Unterschuss vorliegen. Die aliphatischen Polyamide überwiegen in ihrer Masse und – wegen ihrer geringeren Dichte – noch mehr in ihrem Volumen. In der Regel kann von solchen Polymermischungen erwartet werden, dass die Überschusskomponente die Matrix bildet und das zweite Polymer darin dispergiert ist. Darüber hinaus bestimmt bei solchen Mischungen normalerweise die Überschusskomponente die mechanischen und thermischen Eigenschaften. Beide Effekte sind bei den erfindungsgemäßen Mischungen erwünscht und sind durch die Wahl des Mischungsverhältnisses der Komponenten bewusst herbeigeführt.

Überraschend und von vorneherein nicht zu erwarten ist ferner die im Vergleich mit den reinen aliphatischen Matrixpolyamiden signifikant verringerte Kraftstoffpermeabilität der erfindungsgemäßen Mischung, was sie zur Herstellung von Schnellkupplungen bzw. Konnektoren für Kraftstoffleitungen, für Kraftstofffiltergehäuse, Tankeinfüllstutzen, Entlüftungsleitungen, sowie als Schichtmaterial für ein- und mehrschichtige Kraftstoffleitungen, und andere mit Kraftstoffen in Berührung kommende Teile besonders geeignet macht.

Die erfindungsgemäßen Mischungen können weitere Zusätze enthalten. Sie können faser- oder teilchenförmige Füllstoffe enthalten. Als Füllstoffe werden insbesondere Glasfasern in Form von Rovings oder Kurzglasfasern eingesetzt. Es können aber auch Carbonfasern, Metallfasern, Polymerfasern, Glaskugeln, Glaspulver oder Mineralstoffe wie Talkum, Kreide, Kaolin und Glimmer, Wollastonit und andere Silikate eingesetzt werden. Ferner können die erfindungsgemäßen Mischungen Russ enthalten, der besonders gut zur Erhöhung der Witterungsstabilität geeignet ist. Selbstverständlich können als weitere Komponenten übliche Stabilisatoren wie Antioxidantien und UV-Schutzmittel, Gleitmittel, Farbstoffe etc. zugesetzt werden.

Die oben genannten Anwendungen der erfindungsgemäßen Mischungen in Kraftfahrzeugen erfordern eine möglichst geringe elektrostatische Aufladung der betreffenden Teile. Dies wird erreicht durch den Zusatz von Mitteln, welche die elektrische Leitfähigkeit erhöhen, wie z.B. Russ und/oder Graphitfibrillen. Bestimmte Nanotubes – Hohlfasern aus Kohlenstoff mit geringsten Durchmessern und extrem großer Länge – haben sich neuerdings dafür als besonders geeignet erwiesen. Die zu wählenden Mengen an Verstärkungsmitteln, Füllstoffen, Verarbeitungshilfsmitteln, Stabilisatoren und sonstigen Additiven sind dem Fachmann bekannt.

Den erfindungsgemäßen Mischungen können zur Erhöhung ihrer Schlag- und Kerbschlagzähigkeit Polyolefine, die mit polaren Gruppen, wie z.B. Carboxylgruppen oder Anhydridresten versehen sind, z.B. entsprechend funktionalisierte Polyethylene (LDPE, LLDPE), Ethylen/Propylen(EPM)-, Ethylen/1-Buten-Copolymere, EPDM und andere zugesetzt werden. Auch Ionomere, bei denen es sich um Ethylencopolymere mit Carboxyl- und Carboxylatgruppen handelt, erfüllen diesen Zweck. Die Menge solcher Polyolefine und Copolyolefine sollte gering gehalten werden – etwa zwischen 3 und 15 Gew.-% – wenn die Kraftstoffpermeabilität nicht allzu sehr beeinträchtigt werden soll.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Formmassen können Ein- und vorzugsweise Doppelschneckenextruder, die eine geeignete Anordnung von Förder- und Knetelementen aufweisen, eingesetzt werden. Füllstoffe wie z.B. Glasfasern werden mittels einer separaten Dosiervorrichtung der Schmelzemischung der Polymeren zugeführt. Die Schmelzetemperatur beim Vermischen (=Compoundieren) der Komponenten im Extruder muss über dem Schmelzpunkt des teilaromatischen Polyamids liegen. Alle Mischungen besitzen eine zwei- oder mehrphasige Morphologie, was eindeutig aus Messungen mittels DSC (Differential Scanning Calorimetry) hervorgeht.

Die erfindungsgemäßen Mischungen werden zur Herstellung von Formteilen verwendet. Die Formteile werden daraus nach bekannten Verfahren zur Umformung von Polymerschmelzen durch Spritzguss, Extrusion, und andere Verformungstechniken hergestellt. Bei diesen Umformprozessen kann die Schmelzetemperatur im Unterschied zum Compoundiervorgang auch unter dem Schmelzpunkt des teilaromatischen Polyamids liegen. Beim Spritzgießen der Platten lag die Schmelzetemperatur in allen Fällen bei 260°C. An drei Beispielen wurde der Einfluss der Verarbeitungstemperatur (=Massetemperatur) auf die Kraftstoffpermeation untersucht, indem zusätzliche Prüfkörper bei 285°C Massetemperatur hergestellt wurden.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie jedoch einzuschränken.

a) Bestimmung der Physikalischen und Chemischen Eigenschaften:

Die Lösungsviskosität des verwendeten Polyamid 12, von Vorkondensat und fertigem Copolyamid wurde in 0,5 Gew.-%iger Lösung in m-Kresol bei 20°C bestimmt. Die Bestimmung der Endgruppen-Konzentrationen erfolgte mittels acidimetrischer Titration. Die Aminoendgruppen wurden in m-Kresol/iso-Propanol-2:1 (Gew.-Teile) als Lösungsmittel mit 0,1-normaler ethanolischer Perchlorsäure titriert. Die Titration der Carboxylendgruppen erfolgte in einem ortho-Kresol/Benzylalkohol-Gemisch als Lösungsmittel mit 0,1-normalem tert-Butylammoniumhydroxid.

Die DSC-Messungen wurden mit dem Gerät der Firma TA-Instruments, Typ Universal V2.3C durchgeführt.

Zur Messung der Kraftstoffpermeation wird die Permeationsrate eines Referenz-Benzins durch eine Platte mit 1 mm Dicke und Bandanguss bei 60 °C nach folgender Methode gemessen: Eine Aluminiumschale (8 cm Durchmesser, 2 cm Tiefe) wird ungefähr zur Hälfte mit dem Referenz-Benzin gefüllt. Die Schale wird mit der Probeplatte abgedeckt und diese wird dicht festgeschraubt. Das Gesamtgewicht (Schale, Benzin, Probeplatte) wird gewogen und die Probe wird in einen Umluftofen bei 60 °C (+– 2 °C) gestellt. Je nach Geschwindigkeit der Permeation wird das Gesamtgewicht von Zeit zu Zeit nachgemessen bis festgestellt wird, dass sich dieses regelmäßig erniedrigt und somit eine konstante Permeationsrate erreicht ist. Aus dem Gewichtsverlust pro Zeit sowie der Fläche der Probe wird die Permationsrate in g/m2·24h berechnet. Es wird immer eine Doppelbestimmung durchgeführt.

Als Referenz-Benzins wurde CEC Legislative Fuel RF-08-A-85 verwendet, das von der Firma Haltermann GmbH in Hamburg (D) hergestellt und vertrieben wird.

b) Codes für die verwendeten Polymere und Additive
A:
Polyamid 12: Hitzestabilisiertes Polyamid 12, das durch Einarbeitung eines Hitzestabilisators in Grilamid® L22A, ein amingeregeltes, hochviskoses Polyamid 12 mit einer relativen Viskosität von 2,1 und einer NH2- bzw. COOH-Endgruppenkonzentration von 56 bzw. 10 meq/kg. (Herstellung und Vertrieb von Grilamid® L22A EMS-Chemie AG; Domat/Ems (CH))
B:
Grivory® HT XE 3733 NK: Polyamid 6T/6I mit 70 Mol-% Hexamethylen-terephthalamid- und 30 Mol-% Hexamethylenisophthalamid-Einheiten, einer relativen Viskosität von 1,55 und einem DSC-Schmelzpunkt von ca. 325°C (Herstellung und Vertrieb durch die EMS-Chemie AG (CH) )
C:
Grivory® HT XE 3774 NK: Polyamid 6T/66 mit 55 Mol-Hexamethylen-terephthalamid- und 45 Mol-% Hexamethylenadipamid-Einheiten, einer relativen Viskosität von 1,76 und einem DSC-Schmelzpunkt von 310°C. (Herstellung und Vertrieb durch die EMS-Chemie AG (CH))
D:
Grivory® G21: Amorphes Polyamid 6I/6T mit 67 Mol-% Hexamethylen-isophthalamid- und 33 Mol-% Hexamethylenterephthalamid-Einheiten und einer relativen Viskosität von 1,53. (Herstellung und Vertrieb durch die EMS-Chemie AG (CH))
E:
Polyamid 6T/6I/12:Mit 62 Mol-% Hexamethylenterephthalamid-, 15 Mol-% Hexamethylenisophthalamid-Einheiten und 23 Mol-% Einheiten der Formel -NH-(CH2)11-CO-; einer relativen Viskosität von 1,660 und einem DSC-Schmelzpunkt von 306°C.
F:
Polyamid 6T/66/12: Mit 46 Mol-% Hexamethylenterephthalamid-, 46 Mol-% Hexamethylenadipamid-Einheiten und 8 Mol-% Einheiten der Formel -NH-(CH2)11-CO-; einer relativen Viskosität von 1,678 und einem DSC-Schmelzpunkt von 289°C.
G:
Surlyn 9020: Ionomer (Zink-Typ) (Herstellung und Vertrieb durch die Du Pont)
H:
Antioxidant auf Basis von CuJ und KJ
J:
Haftmittel Tween20
c) Herstellung der teilaromatischen Polyamide E und F

Beide Produkte wurden nach einem mehrstufigen Verfahren hergestellt. Die Vorkondensatherstellung wurde nach dem in der US-PS 5,708,125 beschriebenen Verfahren durchgeführt, die Nachkondensation in der Schmelze entsprach unter anderem dem in der US-PS 4,831,108 beschriebenen Verfahren.

In der ersten Stufe wird zunächst bei 190°C eine wässrige Lösung der Komponenten mit 29 Gew.-% Wasser in einem mit Stickstoff inertisierbaren, gerührten Druckgefäß (V = 20 ltr) hergestellt. Bei dieser Temperatur wird zwei Stunden gerührt, bis sich ein Druck von etwa 1,0 MPa eingestellt hat. Nach Beendigung dieser Stufe wird die Lösung aus dem Vorlagegefäß unter Druck in einen 20 ltr-Rührautoklaven abgelassen und dort auf 260°C aufgeheizt, wobei durch wiederholtes Öffnen eines Abgasventils der Druck bei 3,3 MPa gehalten wird. Sobald nach etwa 2 Stunden – auch ohne weitere Betätigung des Ventils – der Druck konstant bleibt, wird das Bodenventil geöffnet und die Vorkondensat-Lösung abgelassen und in einen Zyklon versprüht. Dabei verdampft ein Grossteil des Wassers und es bleiben unregelmäßig geformte Partikel des betreffenden Vorkondensats zurück, die bei 80°C im Vakuum getrocknet und anschließend zu einem Pulver vermahlen werden.

Zur Erzeugung der hochmolekularen Copolyamide werden die Vorkondensate in der Schmelze in einem gleichläufigen Doppelschneckenextruder vom Typ ZSK 25 (Fabrikat der Fa. Werner & Pfleiderer; Stuttgart, D) unter folgenden Bedingungen nachkondensiert. Die hochviskose Polymerschmelze wird als Strang abgezogen, abgekühlt und granuliert.

  • – Vorkondensatdosierung und -durchsatz: 4 kg/h
  • – Schneckendrehzahl: 100 UPM
  • – Temperaturen (Zone 1-12): 0/40/100/300/350/370/370/ 370/370/370/360/330 und 330°C
  • – Entgasung: Zone 10 und Zone 11 unter N2
  • – Trocknung des Granulats: 24 Stunden bei 100°C im Vakuum

Für die Herstellung von jedem der zwei Polyamide wurden 3 Vorkondensat-Chargen von jeweils etwa 7 kg hergestellt und diese vor der Nachkondensation vermischt. Die Ergebnisse der Analysen an den Vorkondensatchargen und den fertigen Polymeren finden sich in Tabelle 3. Die benutzten Abkürzungen zeigt Tabelle 1.

Tabelle 1: Abkürzungen
Tabelle 2: Rezepturen

In Tabelle 4 sind die Ergebnisse der Permeationsmessungen an den erfindungsgemäßen Mischungen und an den Vergleichsprodukten aufgeführt. Die Mischungen wurden mit einem Doppelschneckenextruder vom Typ ZSK 30 (Fabrikat der Fa. Werner & Pfleiderer; Stuttgart, D) hergestellt. Alle Produkte wurden mit einer Spritzgießmaschine vom Typ NETSTAL Neomat 235/90 Sycap (Fabrikat der Firma NETSTAL in Näfels (CH)) zu 1 mm dicken Platten mit 100 mm Kantenlänge und Bandanguss verarbeitet. Die Massetemperatur betrug durchgängig 260°C, in einigen Fällen wurden die Platten auch bei 285°C hergestellt.

Tabelle 3: Relative Viskositäten, Endgruppen und DSC-Schmelzpunkte

In Tabelle 5 sind die Permeationswerte der bei 260 und 285°C verarbeiteten Produkte zusammengestellt. Ein signifikanter Einfluss der Massetemperatur auf die Kraftstoffpermeabilität zeigt sich vor allem bei den Produkten, die neben dem hochschmelzenden teilaromatischen Polyamid noch ein amorphes Polyamid in der dispergierten Phase enthalten. Die Permeation nimmt dort mit steigender Verarbeitungstemperatur stark zu, während sie bei dem Produkt, das nur ein hochschmelzendes teilaromatisches Polyamid enthält, durch die Verarbeitungstemperatur kaum beeinflusst wird. Wahrscheinlich ist dieser Effekt darauf zurückzuführen, dass mit einer Erhöhung der Massetemperatur die Dispersion der amorphen, schmelzbaren Komponente in der Polyamid 12-Matrix in der Weise verändert wird, dass kleinere Partikel der dispergierten Komponente zusammenfließen und so größere Polymertröpfchen bilden, die in Bezug auf die Barriereeigenschaften der Mischungen eine verringerte Wirkung aufweisen. Es kann nicht entschieden werden, ob diese Partikel überwiegend aus dem amorphen teilaromatischen Polyamid bestehen oder aus einer Mischung des amorphen und des teilkristallinen teilaromatischen Polyamids im vorgegebenen Mischungsverhältnis.

Tabelle 4: Kraftstoffpermeabilität der Mischungen bei 60°C [g/m2·24 Std] (Haltermann Referenz-Benzin CEC Legislative Fuel RF-08-A-85)

Die Beispiele 4-7 repräsentieren schlagzähmodifierte Mischungen. Schlagzähmodifikator ist ein Ionomer. Diese Mischungen demonstrieren gleichzeitig den negativen Effekt des Copolyolefins auf die Kraftstoffpermeabilität.

Tabelle 5: Einfluss der Verarbeitungstemperatur auf die Kraftstoffpermeabilität bei 60°C [g/m2·24 Std]

Anspruch[de]
  1. Polymermischung aus teilkristallinen aliphatischen Polyamiden und teilaromatischen Polyamiden, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der aliphatischen Polyamide mehr als 50 Gew.-% beträgt, wobei das zahlenmäßige Verhältnis der aliphatischen Kohlenstoffatome zu den Amidbindungen in den aliphatischen Polyamiden im Bereich von 8:1 bis 12:1 liegt und die im Unterschuss vorliegenden teilaromatischen Polyamide neben Hexamethylenterephthalamid (6T)-Einheiten weitere teilaromatische und/oder aliphatische Amideinheiten aufweisen und überwiegend teilkristallin sind.
  2. Polymermischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das teilaromatische Polyamid ein teilkristallines Polyamid 6T/6I ist, das mindestens 52 Mol-% Hexamethylenterephthalamid-Einheiten und bis zu 48 Mol-% Hexamethylenisophthalamid-(6I)-Einheiten enthält.
  3. Polymermischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das teilaromatische Polyamid ein amorphes Polyamid 6T/6I ist, das höchstens 40 Mol-% Hexamethylenterephthalamid-Einheiten und mindestens 60 Mol-% Hexamethylenisophthalamid-Einheiten enthält und als Mischung mit einem Überschuss des teilkristallinen Polyamids nach Anspruch 2 vorliegt.
  4. Polymermischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das teilaromatische Polyamid ein teilkristallines Polyamid 6T/66 mit höchstens 90 Mol-% Hexamethylenadipamid (66)-Einheiten ist.
  5. Polymermischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das teilaromatische Polyamid ein ternäres teilkristallines Polyamid 6T/6I/66 mit mindestens 30 Mol-% Hexamethylenterephthalamid-(6T) und höchstens 65 Mol-% Hexamethylenadipamid (66)-Einheiten ist.
  6. Polymermischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das teilaromatische Polyamid ein ternäres teilkristallines Polyamid 6T/6I/X mit mindestens 50 Mol-% Hexamethylenterephthalamid- und höchstens 28 Mol% aliphatischer Einheiten der Formel -NH-(CH2)X-1-CO- ist, worin X gleich 11 oder 12 ist.
  7. Polymermischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das teilaromatische Polyamid ein ternäres teilkristallines Polyamid 6T/66/12 mit mindestens 15 Mol-% Hexamethylenterephthalamid- und höchstens 80 Mol-% Hexamethylenadipamid (66)-Einheiten ist.
  8. Polymermischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das teilaromatische Polyamid bis zu 26 Mol-% aliphatischer Einheiten enthält, die durch Kondensation von dimerisierten Fettsäuren mit bis zu 44 Kohlenstoffatomen mit Hexamethylendiamin herstellbar sind.
  9. Polymermischung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das aliphatische Polyamid ausgewählt ist aus Polyamid 12, oder Polyamid 11 oder Polyamid 1212 oder Polyamid 1012 oder Polyamid 1210 oder Polyamid 13X oder Polyamid 9X, worin X eine ganze Zahl von 9-13 bedeutet, oder Mischungen hiervon.
  10. Verwendung der Polymermischung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung von Schnellkupplungen bzw. Konnektoren für Kraftstoffleitungen, für Kraftstofffiltergehäuse, Tankeinfüllstutzen und Entlüftungsleitungen, sowie als Schichtmaterial für ein- und mehrschichtige Kraftstoffleitungen.
Es folgt kein Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
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