EP1560879B1

Method for producing nanocomposite additives with improved delamination in polymers

Abstract

A process for modification, in particular for surface modification of an organophilic clay material, encompassing the following steps: a) provision of a dry, pulverulent, organophilic clay material (component a); b) provision of at least one additive (component b) for modification of component a); c) intensive mixing of components a) and b) in a high-shear mixing assembly, where no water or solvent is added or used for addition of component b).

EP1560879B1, drawing sheet 1
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Expired 14 June 2024, 2.3 years ago.

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38 claims: 32 independent, 6 dependent

  1. 1
    Verfahren zur Modifikation, insbesondere zur Oberflächenmodifikation eines organophilen Tonmaterials, umfassend die folgenden Schritte:a) Bereitstellen eines trockenen, pulverförmigen, organophilen Tonmaterials (Komponente a);b) Bereitstellen von mindestens einem Additiv (Komponente b) zur Modifikation der Komponente a);c) Intensives Vermischen der Komponenten a) und b) in einem hochscherenden Mischaggregat, wobei kein Wasser oder Lösungsmittel zugesetzt wird oder für die Zugabe der Komponente b) verwendet wird, und wobei das mindestens eine Additiv (Komponente b) ausgewählt ist aus: Fettsäuren, Fettsäurederivaten, nichtanionischen organischen Komponenten mit mindestens einem aliphatischen oder cyclischen Rest mit 6 bis 32 Kohlenstoffatomen, und/oder Siloxankomponenten.
  2. 2
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Additiv ein Fettsäurederivat, ausgewählt aus den hydrogenierten Derivaten, Alkoholderivaten, Aminderivaten oder deren Mischungen, den polymeren Fettsäuren, den Ketofettsäuren, den Fettsäurealkyloxazolinen und Fettsäurealkylbisoxazolinen oder deren Mischungen, den ungesättigten Fettsäuren, wie mono- oder poly-ungesättigten Hydroxyfettsäuren, umfasst.
  3. 3
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Additiv eine nicht an ionische organische Komponente mit mindestens einem aliphatischen oder cyclischen Rest mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen, insbesondere 10 bis 18 Kohlenstoffatomen, umfasst.
  4. 4
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Additiv ein Fettsäurederivat, ausgewählt aus den Gruppen der:Fettalkohole, gesättigt oder ungesättigt, einschließlich primärer als auch sekundärer Alkohole, insbesondere mit C 6 - C 22 -Resten;Fettaldehyde, Fettketone;Fettalkoholpolyglykolether;Fettamine;Mono-, Di- und Triglyzeridester;Fettsäurealkanolamide;Fettsäureamide;Fettsäurealkylester;Fettsäureglukamide;Dicarbonsäureester;Wachse;wasserunlösliche fettsaure Seifen;Montanwachse;Paraffine und PE-Wachse, umfasst.
  5. 5
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Additiv ein Fettalkohol, ein Fettamid, ein Triglyceridester, ein Fettsäurealkylester oder ein Wachs umfasst.
  6. 6
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Additiv eine Siloxankomponente, ausgewählt aus den oligomeren oder polymeren Siloxanen oder Siloxanderivaten, insbesondere Oligoalkylsiloxan, Polydialkylsiloxane, Polydiarylsiloxane, oder eine Mischung daraus enthält, wobei die vorstehenden Siloxanderivate vorzugsweise mit zumindest einer reaktiven Gruppe funktionalisiert worden sind.
  7. 7
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das intensive Vermischen bei erhöhter Temperatur durchgeführt wird.
  8. 8
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erhöhte Temperatur während des Mischens oberhalb des Schmelzpunktes des mindestens einen Additivs liegt, und, sofern mehr als ein Additiv vorhanden ist, die Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des höchstschmelzenden Additivs liegt.
  9. 9
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur während des intensiven Vermischens gesteigert wird.
  10. 10
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur während des intensiven Vermischens durch den Energieeintrag über das hochscherende Mischaggregat ansteigt.
  11. 11
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur durch Aufheizen der Mischung während des intensiven Vermischens erhöht wird.
  12. 12
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das intensive Mischen in einem Temperaturbereich von 20 bis 200°C, insbesondere von 40 bis 150°C durchgeführt wird.
  13. 13
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim intensiven Vermischen eine Erhöhung des Schüttgewichts von mindestens 20 %, vorzugsweise mindestens 40 %, insbesondere 60 %, besonders bevorzugt 80 %, weiter bevorzugt mindestens 100 % bezogen auf das Schüttgewicht des eingesetzten pulverförmigen, organophilen Tonmaterials erzielt wird.
  14. 14
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des intensiven Vermischens ein Energieeintrag von mindestens 300 kW/m 3 erfolgt.
  15. 15
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das intensive Vermischen so lange durchgeführt wird, bis eine Zunahme des Energieeintrags, gemessen anhand der Stromaufnahme des hochscherenden Mischaggregats, von mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 20 % erzielt wird.
  16. 16
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zunahme des Energieeintrags am Ende des intensiven Mischens gemäß Anspruch 1 c), gemessen anhand der Stromaufnahme des hochscherenden Rühraggregats, im Bereich zwischen 10 und 50 %, insbesondere zwischen 20 und 30 %, ausgehend von der Stromaufnahme des hochscherenden Rühraggregats zu Beginn des intensiven Vermischens, liegt.
  17. 17
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das intensive Vermischen durchgeführt wird, bis die Stromaufnahme innerhalb einer Minute um mindestens 20 % zunimmt.
  18. 18
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass , sofern die vorstehende Zunahme der Stromaufnahme nicht nach einer Gesamtzeitdauer des intensiven Vermischens von etwa 5 Min. erreicht wird, das verwendete hochscherende Mischaggregat zusätzlich beheizt wird.
  19. 19
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelgröße, gemessen als D 50 , um nicht mehr als 10 % während des intensiven Vermischens zunimmt, insbesondere nicht zunimmt oder sogar fällt, jeweils bezogen auf die ursprüngliche Partikelgröße, gemessen als D 50 , der zum intensiven Vermischen eingesetzten Komponente a).
  20. 20
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das intensive Vermischen abgebrochen wird, wenn das Schüttgewicht sich gegenüber dem anfänglichen Schüttgewicht der Komponente a) um höchstens 200 % erhöht hat.
  21. 21
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Komponente a) als auch die Komponente b) in Pulverform eingesetzt wird.
  22. 22
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass kein getrennter Kompaktierungsschritt oder Verdichtungsschritt durchgeführt wird.
  23. 23
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach dem intensiven Vermischen ein Abkühlen der Mischung erfolgt.
  24. 24
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung auf eine Temperatur von weniger als etwa 40°C, insbesondere weniger als etwa 30°C erfolgt.
  25. 25
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlen über einen Zeitraum erfolgt, welcher dem 1- bis 3-fachen der Zeitdauer des vorangegangenen intensiven Vermischens gemäß Anspruch 1 c) entspricht.
  26. 26
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlen aktiv über eine Kühlung der Mischung bzw. des zur intensiven Vermischung verwendeten hochscherenden Mischaggregats erfolgt.
  27. 27
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Abkühlens die Mischung weiter agitiert, insbesondere weiter intensiv vermischt wird.
  28. 28
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlen in einem getrennten, kühlbaren Mischer erfolgt.
  29. 29
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als hochscherendes Mischaggregat ein Heiz-Kühl-Mischer oder eine Kombination aus einem Heizmischer und einem Kühlmischer verwendet wird.
  30. 30
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hochscherende Mischaggregat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:a) Schaufelmischer;b) Schneckenmischer;c) Fluidmischer.
  31. 31
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als hochscherendes Mischaggregat ein mechanischer Fluidmischer verwendet wird, der nach dem Fließbettprinzip arbeitet.
  32. 32
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hochscherende Mischaggregat Rührwerkzeuge und vorzugsweise mindestens ein Ableitblech aufweist.
  33. 33
    Modifiziertes organophiles Tonmaterial, insbesondere oberflächenmodifiziertes teilchenförmiges, organophiles Tonmaterial, erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.
  34. 34
    Polymerzusammensetzung, enthaltend ein modifiziertes organophiles Tonmaterial nach dem vorstehenden Anspruch.
  35. 35
    Polymerzusammensetzung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Polymer enthalten ist, ausgewählt aus der Gruppe, die gebildet ist aus Polyethylen und Copolymeren des Ethylens, wie HDPE (high density polyethylene), MDPE (medium density polyethylene), LLDPE, VLDPE, LDPE (low density polyethylene), ULDP, Ethylen-Hexen-Copolymere, Ethylen-Octen-Copolymere, Polyisobutylen, Ethylen-Propylen-Copolymere (EPM), Terpolymere des Ethylen-Propylen-Dien (EPDM), EBM (Ethylen-Butylkautschuk), EPDM, Ethylen-Vinylsilan-Copolymere, Ter- oder Copolymere der Acrylsäure (EA), oder Ethylen mit Ethylenacrylat und Acrylsäure (EAA) oder Methacrylsäure (EMA), EEA (Ethylen-Ethylacrylat), EBA (Ethylen-Butylacrylat), EVA (Ethylen-Vinylacetat), gepfropfte Copolymere des Ethylens mit Maleinsäureanhydrid (MAH), Polyvinylchlorid (PVC), Polyamid-6, Polyamid-66, Polyamid-12, Polyamid-4, Polypropylen und Polypropylencopolymere, Polyacrylate und Polymethacrylate (PMMA), Polycarbonat (PC), Polybutylenterephthalate (PBT), Polyethylenterephthalat (PET), fluorierte polymere Kohlenwasserstoffe, Rubber, TPE's, Blockcopolymere, TPU und Polyurethane, TPO, Siliconpolymere..
  36. 36
    Verwendung eines modifizierten organophilen Tonmaterials nach Anspruch 33 als Additiv für eine Polymerzusammensetzung, insbesondere als Nanocomponsit-Additiv für eine Polymerzusammensetzung.
  37. 37
    Präexfolierte Nanocomposit-Additive, erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 32.
  38. 38
    Nanocomposit-Zusammensetzung, erhältlich durch Einarbeiten des Nanocomposit-Additivs gemäß Anspruch 37 in eine Polymerzusammensetzung.
Independent claims38