DE69321407T2 - Polyolefin-Massivplatte - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf massive Platten auf Polyolefinbasis.
• Diese Platten werden insbesondere als Zwischenlagen zur Palettierung oder für Verpackungen verwendet, die zum Transport oder zur Lagerung von Behältern bestimmt sind. Sie dienen beispielsweise zum Trennen mehrerer Schichten von Behältern oder Flaschen aus Glas oder Metall.
• Die Anmelderin hat bereits eine Zwischenplatte entwickelt, die Rutschfestigkeits- Eigenschaften besitzt. Diese rutschfeste Platte ist eine auf Polyolefinbasis und wird von einer Kernschicht sowie von einer äußeren, rutschfesten Schicht auf wenigstens einer der Flächen derselben gebildet. Eine derartige Platte ist in der französischen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 91 13978 (EP-A 548 553) beschrieben.
• Wenn diese Platten auch gute Rutschfestigkeits-Eigenschaften besitzen, so vermitteln sie jedoch nicht die ausreichenden mechanischen Eigenschaften, die für den Transport und die Lagerung von Behältern erforderlich sind. Wenn Paletten mit Flaschen über mehrere Höhen gestapelt werden, sind die Platten, die Zwischenschichten bilden, bei Umgebungstemperatur und insbesondere bei höheren Temperaturen, tatsächlich nicht mehr steif genug. Eine gute Stabilität der zwischen diesen Platten angeordneten Behältern ist dann nicht mehr gewährleistet. Ferner verformen sich die Platten durch Wärme, wenn die Verpackungen oder Paletten, die diese Platten umfassen, bei erhöhten Temperaturen, wie z.B. in auf bis zu 70ºC überhitzten Lagerschuppen, gelagert werden. Schließlich ist die Stoßfestigkeit bei der Lagerung im Winter bei niedrigen Temperaturen schlecht. Ein Beispiel für den Stand der Technik ist die JP-A-60-58339.
• Ziel der Erfindung sind massive Platten, welche alle der oben erwähnten Nachteile überwinden. Insbesondere besteht die Erfindung in einer massiven Platte auf Polyolefinbasis für Zwischenlagen oder Verpackungen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus einer Kernschicht, die mindestens ein Polyolefin und Talk aufweist, und einer mit dieser Kernschicht coextrudierten, rutschfesten, äußeren Schicht auf mindestens einer der Flächen der Kernschicht gebildet ist.
• Gemäß einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist das obenerwähnte Polyolefin ein homopolymeres oder copolymeres Polypropylen oder ein Gemisch davon.
• Gemäß einem anderen vorteilhaften Merkmal der Erfindung beträgt der Talkgehalt der Platte mindestens 5 Gew.-%.
• Man hat in der Tat festgestellt, daß die Einführung von Talk als Füllstoff für das Polyolefin der Platte überraschenderweise verbesserte mechanische Eigenschaften, wie z.B. Steifigkeit und Wärmebeständigkeit, insbesondere Kriechdehnung, verleiht.
• Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus dem Studium der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung ersichtlich.
• Die erfindungsgemäße Platte ist eine massive, kalandrierte Platte.
• Diese Platte wird aus einer Schicht gebildet, die ein mit Talk durchsetztes Polyolefin umfaßt.
• Talk wurde unter verschiedenen mineralischen Substanzen, wie Kreide, Mika, Glasfaser oder anderen, ausgewählt, da er sehr vorteilhafte Ergebnisse bei den mechanischen Eigenschaften ergab.
• Der Talkgehalt der Platte muß mindestens 5 Gew.-% betragen. Es gibt keine obere Gewichtsgrenze, aber dieser Gehalt bleibt aus dem einfachen Grund der Kosten des Rohstoffs häufig unter 25%.
• Der bevorzugte Talkgehalt, der gleichzeitig den erforderlichen mechanischen Eigenschaften und den Kostenerfordernissen entspricht, liegt zwischen ungefähr 5 und ungefähr 20 Gew.-%. Bevorzugter liegt der Talkgehalt zwischen ungefähr 9 und ungefähr 15% Talk. Ferner wird eine zu sehr mit Talk durchsetzte Platte spröde und, insbesondere in bezug auf das Zuschneiden der Platten, schwierig umformbar.
• Der Fachmann kann den Talkgehalt sowie die Gesamtdicke der Platte in Abhängigkeit von den gewünschten mechanischen Eigenschaften der Steifigkeit und der Wärmebeständigkeit einstellen und gleichzeitig eine gute Stoßfestigkeit bewahren. Tatsächlich muß die Platte eine Mindestdicke von ungefähr 3 mm aufweisen, um eine gute Stoßfestigkeit beizubehalten und einen Bruch zu vermeiden.
• Das Polyolefin kann ein Polypropylen in Form eines Homopolymers oder eines Copolymers auf Ethylenbasis, oder ein Gemisch davon, sein.
• Bevorzugt wird homopolymeres Polypropylen verwendet, wie z.B. das von SHELL Chimie vertriebene HOMOPOLYMER HY 6100, dessen Eigenschaften in der nachfolgenden Tabelle I angegeben sind. TABELLE I
• Dieses Produkt weist jedoch ein unzureichendes Biegesteifigkeitsmodul und eine unzureichende Stoßfestigkeit für eine Verwendung in den Platten als Zwischenlagen oder Verpackungen auf. Ebenso ist die Wärmeverformungstemperatur bei zwei verschiedenen Beanspruchungen, nämlich einer von 1,80 MN/m² (A) und der anderen von 0,45 MN/m² (B), kaum erhöht.
• Das Gemisch von homopolymerem Polypropylen und Talk ermöglicht es, der Platte eine Steifigkeit, einen Vicat-Erweichungspunkt und eine Wärmeverformungstemperatur unter Belastung zu verleihen, die im Vergleich zu anderen, üblicherweise verwendeten Arten von homopolymerem oder copolymerem Polypropylen deutlich verbessert sind, wie dies ferner in den nachfolgenden Beispielen veranschaulicht ist.
• Man kann auch ein Polypropylen in copolymerer Form verwenden, vorzugsweise ein sequenziertes Copolymer, wie z.B. das von Himont vertriebene Moplen EPYS 3ORE, dessen Eigenschaften in der nachfolgenden Tabelle II dargelegt sind. TABELLE II
• Auch bei diesem Copolymer Moplen sind das Biegeelastizitätsmodul und die Stoßfestigkeit unzureichend. Ferner sind der Vicat-Erweichungspunkt und die Wärmeverformungstemperatur sehr geringfügig erhöht.
• Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Platte einerseits eine wie oben beschriebene Schicht, d.h. auf Polyolefin- und Talkbasis, die der Kernschicht entspricht, welche den Kern der Platte bildet, und andererseits auf wenigstens einer ihrer Flächen eine rutschfeste äußere Schicht.
• Die rutschfeste äußere Schicht ist auf wenigstens einer der Flächen der Kernschicht angeordnet und besteht ihrerseits aus einem Produkt, das der Platte die Rutschfestigkeitseigenschaft verleiht. Bei diesem handelt es sich z.B. um einen sehr weichen Thermoplasten auf Polyolefinbasis mit einem sehr niedrigen Elastizitätsmodul. Die Konzentration an rutschfestem, thermoplastischem Produkt in der äußeren Schicht ist wenigstens gleich ungefähr 5 Gew.-% und liegt bevorzugt zwischen ungefähr 20 und ungefähr 100 Gew.-%.
• Die Dicke der rutschfesten äußeren Schicht kann zwischen ungefähr S und ungefähr 150 um und bevorzugt zwischen ungefähr 30 und ungefähr 70 um liegen.
• Man kann einen thermoplastischen Kautschuk verwenden, wie z.B. das von Advanced Elastomer Systems vertriebene Santopren 201 - 55 oder das von Himont vertriebene HIFAX FX7036XCP, deren Eigenschaften in der nachfolgenden Tabelle III angegeben sind. TABELLE III
• Das Verfahren zur Herstellung der massiven Platten ist an sich bekannt und besteht, z.B. bei rutschfesten, massiven Platten, in einem Verfahren zur Coextrusion eines Fließmittels in zwei Schichten, bei dem die äußere Schicht auf der Kernschicht mittels eines Coextrusionsblocks oder unter Verwendung einer Mehrfachspritzdüse aufgebracht wird. Die aus den obenerwähnten Schichten gebildete Platte wird anschließend kalandriert.
• Ein Verfahrensbeispiel ist in Kunststoff Extrusionstechnik, Band II: Extrusionsanlagen, Seite 200 von Hanser-Knappe-Potente, Hanser Verlag, beschrieben.
• Es sind verschiedene Ausführungsformen der Platten, je nach deren Verwendung, möglich. Bei der in den nachfolgenden Beispielen verwendeten Ausführungsform wird die Platte ohne Aufnahme hergestellt.
• Bei einer anderen Ausführungsform kann man eine mit Aufnahmen versehene, steife Platte herstellen, deren Kontur der Projektion der Artikel oder Behälter, die zwischen den Platten angeordnet werden sollen, in einer horizontalen Ebene entspricht.
• Die mechanischen Eigenschaften der hergestellten Platten in den Versuchen, welche die Erfindung veranschaulichen, wurden durch zwei Versuche bestimmt: durch den ersten, der ein 3 Punkte-Biegeversuch bezüglich der Steifigkeit ist, und durch den zweiten, bei dem es sich um einen Versuch zur Bestimmung der Kriechdehnung der massiven Platten handelt.
Bestimmung der Steifigkeit
• Der 3-Punkte-Biegesteifigkeitstest besteht darin, die Steigung der Verformungskurve einer rechteckigen Platte zu bestimmen, die auf zwei Stützen ruht.
• Man verformt die Platte mittels einer Finne, die in gleichem Abstand zu den Stützen angelegt wird und sich mit konstanter Geschwindigkeit verschiebt.
• Der Durchmesser der Stützen beträgt 10 mm. Die zwei Stützen sind 10 cm voneinander entfernt, und die Finne ist 5 cm von der Projektion jeder der Stützen auf der Oberseite der Platte entfernt.
• Man verwendet eine Zugmaschine vom Typ INSTRON 4301, die mit einem 100 kgf- Kraftsensor ausgestattet ist.
• Das Meßverfahren ist folgendes:
• Es werden zwei Messungen durchgeführt: die eine in Fortbewegungsrichtung (SM) und die andere in Querrichtung (ST) an Versuchsstäben mit vorbestimmten Abmessungen.
• Man nimmt von jeder zu testenden Platte 5 Proben mit 4·20 cm² zur SM-Bestimmung und 5 Proben mit 4·20 cm² zur ST-Bestimmung. Die Messung führt man wie folgt durch:
• Über einen ersten Zeitraum verringert man die Querbewegung mit einer konstanten Geschwindigkeit von 5 mm/Min., und bestimmt die optimalen Bedingungen zur Berechnung der Steigung (Papiergeschwindigkeit und Wahl der Kräfteskala des Meßschreibers). Man notiert die für jede Probe gewählten Bedingungen und bestimmt dann die Steigung (in kgf/mm), die für jede Kurve gezeichnet wird.
• Die Steigung wird wie folgt berechnet:
• F (in kgf) und X (in mm) werden an der Kurve gemessen.
• Vp ist die Geschwindigkeit des Papiers (in mm/Min.) und Vt ist die Geschwindigkeit der Querbewegung (in mm/Min.).
• Die Ergebnisse werden als Mittelwert der 5 SM- und ST-Bestimmungen der Versuchsproben berechnet.
• Man führt diese Messungen einerseits bei 20ºC und andererseits bei 60ºC durch.
Messung der Kriechdehnung
• Dieser Test besteht darin, die Verformung der Platte unter der Wirkung einer Kraft zu messen, die dem durch eine Last von etwa 50 kg ausgeübten Gewicht entspricht, und so eine Lagerung von Paletten zu simulieren.
• Für diese Messungen verwendet man einen INSTRON 4301-Dynamometer, auf dem man einen Ofen anbringt, dessen Temperatur auf 70ºC festgelegt ist
• Man stellt 15·15 cm große Plattenproben her und behandelt diese Proben 2 bis 3 Stunden vor dem Versuch bei 75ºC.
• Man stellt eine Probe in den Ofen und wartet die Stabilisierung der Ofentemperatur bei 70ºC ab. Dann übt man mit einem Aluminiumstück, das die Form eines Flaschenbodens aufweist, eine Kraft von 50 kgf±0,1 aus.
• Um diese Kraft zu erzielen, arbeitet die Vorrichtung zyklisch zwischen 49,9 und 50,1 kg, und die Verschiebegeschwindigkeit der Traverse, auf der das zuvor erwähnte Stück angeordnet ist, beträgt 1 mm/Min..
• Sobald man eine Last von 50 kg auf die Probe (beim Ablesen) ausübt, startet man die Stoppuhr und erfaßt die Werte der Verformung der Probe nach 1 Minute, nach 3 Minuten und dann nach 15 Minuten.
• So erhält man Kriechdehnungswerte bei 70ºC in mm nach 1, 3 und 15 Minuten.
Beispiel 1
• Zum einen stellt man eine Vergleichsplatte her, die nur eine Schicht auf der Basis von homopolymerem Polypropylen, insbesondere auf der Basis des zuvor beschriebenen Homopolymers HY 6100, umfaßt. Dieser Artikel enthält also keinen Talk.
• Zum anderen stellt man zwei Platten her, deren jede aus einer Schicht gebildet wird, die homopolymeres Polypropylen und Talk umfaßt.
• Zur Vereinfachung der Herstellung dieser Schicht verwendet man als Ausgangskomponente ein Produkt, das eine Mischung von Polypropylen und Talk ist, wobei dieses Gemisch auf dem Markt erhältlich ist.
• Insbesondere handelt es sich bei diesem Gemisch um Stamylan P 13T1040, das von DSM hergestellt wird. Es enthält 60% homopolymeres Polypropylen und 40% Talk. Seine Eigenschaften sind in der nachfolgenden Tabelle IV angegeben. TABELLE IV
• Beim Vergleich des Homopolymers HY 6100 (Tabelle I) mit Stamylan P, das Talk enthält (Tabelle IV), stellt man ein deutlich höheres Biegesteifigkeitsmodul für das Gemisch, das Talk enthält, und eine im Fall des Gemisches ebenfalls höhere Wärmeverformungstemperatur unter zwei verschiedenen Beanspruchungen (A) und (B) fest.
• Die Auswirkung von Talk auf die Steifigkeit und die Wärmebeständigkeit des gemischten Produktes läßt sich also am Gemisch als solches deutlich beobachten.
• Die Schicht wird durch Vermischen von 25 bis 30% Stamylan P mit 70 bis 75 Gew.-% homopolymerem Polypropylen HY 6100 erhalten.
• Ausgehend von diesen Produkten, werden zwei Platten hergestellt.
• Bei allen Platten, d.h. Vergleichsplatten und erfindungsgemäßen Platten, mißt man die Steifigkeit bei 20ºC, dann bei 60ºC, und die Kriechdehnung bei 70ºC gemäß den zuvor beschriebenen Versuchen.
• Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle V zusammengefaßt. TABELLE V
• Die gewünschte Steifigkeit beträgt wenigstens 1 kgf/Min. bei 20ºC und wenigstens 0,5 kgf/Min. bei 60ºC, und die Verformung durch Kriechdehnung bei 70ºC darf 3 mm nach 1 Minute, 3,2 mm nach 3 Minuten und 3,4 mm nach 15 Minuten nicht überschreiten.
• Aus Tabelle V geht klar hervor, daß die Talk enthaltenden Platten mechanische Eigenschaften aufweisen, die denen der Vergleichsplatten weit überlegen sowie ganz und gar zufriedenstellend sind. Der Wert der Steifigkeit hat sich deutlich erhöht. Es ist anzumerken, daß die Steifigkeit der Vergleichsplatte bei 60ºC aufgrund ihres geringen Wertes bei 20ºC nicht gemessen wurde, der bereits niedriger ist als der gewünschte Wert bei 60ºC.
• Die Verformung durch Kriechdehnung bei 70ºC hat bei den Talk enthaltenden Platten um mindestens 40% abgenommen.
Beispiel 2
• Man stellt 7 Platten her, die aus einer Schicht gebildet werden, die ausgehend von homopolymerem Polypropylen und von Talk hergestellt wurde. Der Einfachheit halber verwendet man hier als Ausgangsmaterial ebenfalls ein Gemisch von 60% homopolymerem Polypropylen und 40% Talk: Vestolen P, das von HÜLS hergestellt wird.
• Die Eigenschaften dieses Produktes sind in der nachfolgenden Tabelle VI angegeben. TABELLE VI
• Wenn man das Homopolymer HY 6100 (Tabelle I) mit Vestolen P vergleicht, das Talk enthält (Tabelle VI), so stellt man fest, daß das Biegesteifigkeitsmodul des talkhaltigen Gemisches (Vestolen P) dreimal höher ist, als das des homopolymeren Polypropylens alleine, und die Wärmeverformungstemperatur unter zwei verschiedenen Beanspruchungen (A) und (B) ist im Fall des talkhaltigen Gemisches (Vestolen P) deutlich höher als beim homopolymeren Polypropylen alleine.
• Talk verleiht dem Gemisch somit verbesserte Eigenschaften.
• Die Schicht wird durch Vermischen von Vestolen P mit homopolymerem Polypropylen in Mengen von 25-30 bzw. 70-75 Gew.-% erhalten.
• Von diesen Produkten ausgehend, werden 7 Platten hergestellt.
• Man mißt die Steifigkeit bei 20ºC, dann bei 60ºC, und die Kriechdehnung bei 70ºC gemäß denselben Versuchen wie in Beispiel 1.
• Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle VII angegeben. TABELLE VII TABELLE VII (Fortsetzung)
• Allgemein ist aus den Ergebnissen der Tabelle VII zu schließen, daß die erforderliche Steifigkeit bei 20ºC noch immer höher als 1 und die bei 60ºC noch immer höher als 0,5 ist. Ebenso sind die Kriechdehnungseigenschaften ganz und gar zufriedenstellend, wobei die Verformung nach 1, 3 bzw. 15 Minuten deutlich unter 3, 3,2 bzw. 3,4 mm bleibt.
• Im Vergleich mit der Vergleichsplatte, die keinen Talk enthält, ist die Steifigkeit der erfindungsgemäßen Platten bei 20ºC und 60ºC mindestens zweimal so hoch, wie die der Vergleichsplatte, und die Wärmeverformung der erfindungsgemäßen Platten bei 70ºC hat im Vergleich zur Vergleichsplatte um etwa 40% und bis zu etwa 60% abgenommen.
• Es läßt sich feststellen, daß die Steifigkeit proportional zum Talkgehalt zunimmt (siehe Platten Nr. 4, 5, 8 und 9). Ebenso verringert sich die Kriechdehnungsverformung bei 70ºC insgesamt, wenn der Talkgehalt zunimmt (siehe Platten Nr. 4, 6, 8 und 9).
• Ebenso ist festzustellen, daß der Parameter der Dicke der Platte die mechanischen Eigenschaften beeinflußt.
• Bei den Platten Nr. 7 bis 9 nimmt die Dicke der Platte zu, um den spröden Charakter auszugleichen, den man bei höheren Talkgehalten vorfinden kann.
• Bei der Ausführung der Erfindung ist es interessanter, Talkgehalte zu wählen, die zwischen 9 und 12 Gew.-% liegen, die ganz und gar zufriedenstellende mechanische Eigenschaften verleihen und die beim Kauf von Ausgangsmaterial keine übermäßigen Kosten mit sich bringen. Schließlich ist festzustellen, daß die mechanische Eigenschaft der Steifigkeit klar verbessert wird, wenn man die Dicke der Platte deutlich auf 3,7 mm bei einem Talkgehalt von 9 Gew.-% (Platte Nr. 3) erhöht.

Claims (8)

1. Massive Platte auf Polyolefinbasis für Zwischenlagen oder Verpackungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Kernschicht, die mindestens ein Polyolefin und Talk aufweist, und einer mit dieser Kernschicht coextrudierten, rutschfesten, äußeren Schicht auf mindestens einer der Flächen der Kernschicht gebildet ist.

2. Platte gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das obenerwähnte Polyolefin ein homopolymeres oder copolymeres Polypropylen, oder ein Gemisch davon ist.

3. Platte gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin vorzugsweise homopolymeres Polypropylen ist.

4. Platte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Talk mindestens 5 Gewichtsprozent beträgt.

5. Platte gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Talk vorzugsweise zwischen ungefähr 5 und ungefähr 20 Gewichtsprozent liegt.

6. Platte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die obenerwähnte rutschfeste, äußere Schicht ein thermoplastisches Produkt aufweist, das mit den Polyolefinen kompatibel ist und Rutschfestigkeits- Eigenschaften besitzt.

7. Platte gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das obenerwähnte Produkt ein Thermoplast auf Polyolefinbasis ist.

8. Platte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obenerwähnte äußere Schicht eine Dicke hat, die zwischen ungefähr 5 und ungefähr 150 um, und vorzugsweise zwischen ungefähr und ungefähr 70 um variiert.