DE959327C

DE959327C - Plastische Masse aus Polyaethylen

Info

Publication number: DE959327C
Application number: DEI3058D
Authority: DE
Inventors: Edmond George Williams
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1938-05-03
Filing date: 1939-04-30
Publication date: 1957-03-07
Also published as: GB514687A; FR853754A

Description

Die Erfindung betrifft eine plastische Masse aus festen Polymerisaten des Äthylens (die einen geringen Gehalt an Sauerstoff aufweisen können), wie sie beispielsweise dadurch erhalten werden können, daß Äthylen mit oder ohne einen geringen Gehalt an Sauerstoff einem sehr hohen Druck und etwas erhöhter Temperatur unterworfen wird. Ein Herstellungsverfahren dieser Stoffe ist in dem Patent 836 711 angegeben.

Polyäthylene besitzen gewöhnlich ein Molekulargewicht von etwa 4000 und darüber, beispielsweise von 10 000 bis 30 000 und mehr. Es handelt sich

dabei um zähe und hornartige Stoffe in zusammenhängender Form. Diese Stoffe können ausgepreßt, gegossen, geformt oder in anderer Weise gestaltet werden, beispielsweise zu Platten, Röhren, Blöcken, Filmen, Blättern, Fasern; außerdem können sie auch als Drahtbelag Verwendung finden. Diese Polyäthylene besitzen gute elektrische Isolations- und dielektrische Eigenschaften.

Die Erfindung bezieht sich nunmehr auf die Abänderung und Verbesserung gewisser Eigenschaften von Polyäthylenen, und zwar insbesondere auf die Verbesserung der Biegsamkeit und der Kerb-

biegewiderstandsfähigkeit, wobei gleichzeitig der Bereich des plastischen Zustandes vergrößert wird, ohne daß eine ernsthafte Schädigung der anderen wertvollen Eigenschaften des Materials, insbesondere der elektrischen Isolationseigenschaft, zu verzeichnen ist. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß hierdurch polyäthylenhaltige Verbindungen mit wertvollen technischen Eigenschaften geliefert werden. Es sind Mischungen aus ίο Polyäthylen und Polystyrol bekannt, jedoch sind diese weniger wirksam und weniger elastisch als Polyäthylen selbst und demgemäß weniger brauchbar als dieser Stoff.

Es wurde gefunden, daß es möglich ist, gummiartige Stoffe mit Polyäthylen zu vereinigen, um Produkte zu liefern, die im wesentlichen homogen sind und die biegsamer sind, einen vergrößerten Plastizitätsbereich und einen größeren Kerbbiegewiderstand besitzen als das Ausgangspolyäthylen. Unter gummiartigen Stoffen werden kautschukartige biegeelastische hochmolekulare Polymerisate niedrigmolekularer aliphatischer Kohlenwasserstoffe, also vulkanisierter Naturkautschuk, wie beispielsweise Kreppgummi, Hydrokautschuk, als auch synthetischer Kautschuk der polymerisierten Butadientype, Guttapercha und geradkettige, im wesentlichen gesättigte Kohlenwasserstoffpolymere verstanden, auch die gewöhnlich festen, ein hohes Molekulargewicht aufweisenden Isoolefmpolymerisate (insbesondere Polyisobutylen).

Unter einem vergrößerten Plastizitätsbereich wird die Eigenschaft verstanden, daß die Stoffzusammensetzung innerhalb eines größeren Temperaturbereiches erweicht als das Ausgangspolyäthylen.

Unter dem Ausdruck Kerbbiegewiderstand wird der Widerstand des Materials verstanden, den es bietet, wenn eine Kerbe in das unter Spannung stehende Material eingeschnitten wird. Ein Stück des zu' prüfenden Materials, beispielsweise eine flache rechteckige Platte, wird durch Biegen unter Spannung gebracht, und eine Kerbe wird auf diese Oberfläche eingeschnitten, und zwar mehr oder weniger parallel zur Biegungsachse. Bei gewissen Materialien wird sich die Kerbe vergrößern, bis es schließlich zum vollkommenen Bruch des Materials kommt, und bei anderen Materialien wird sich die Größe der Kerbe überhaupt nicht ändern. Die letzteren Stoffe besitzen einen höheren Kerbbiegewiderstand als die ersteren.

Die Erfindung bezieht sich in erster Linie auf Massen, die aus Polyäthylenen und gummiartigen Stoffen allein bestehen. Es können jedoch erforderlichenfalls ein oder mehrere weitere Stoffe, beispielsweise Füllmittel, Zusatzstoffe, z. B. Asbest und Bitumen, Farbstoffe tt. dgl., mitverwendet werden.

Die Erfindung ist nicht hinsichtlich der Menge der Mischungsstoffe beschränkt, vielmehr können sich diese innerhalb weiterer Grenzen ändern, was von der Art der Anwendung abhängt, für die die plastische Masse in Frage kommt. Die optimalen Mengen der für einen bestimmten Zweck in Frage kommenden Mischungsbestandteile können durch Vorversuche festgestellt werden; sie sind selbstverständlich unterschiedlich für verschiedene gummiartige Stoffe.

Die Abänderung der Eigenschaften von Polyäthylen tritt schon deutlich in Erscheinung, wenn eine geringe Menge, etwa io°/o, Polyisobutylen der Mischung einverleibt wird. Hierdurch wird die Biegsamkeit des Produktes und der sogenannte Kerbbiegewiderstand verbessert. Es können andererseits auch ziemlich große Mengen von Polyisobutylen, beispielsweise 70% und mehr, der Mischung einverleibt werden, wodurch ein Produkt mit ganz bestimmten Eigenschaften entsteht, das in seinem Aussehen, in seinem Gefüge und in der Festigkeit ganz anders ist als die Polyisobutylene, die weich und gummiartig sind und eine sehr geringe Festigkeit aufweisen.

Die elektrischen Isolationseigenschaften der Polyisobutylen-Polyäthylen-Massen sind ähnlich denjenigen des Ausgangspolyäthylens, und genau wie dieses kann die erhaltene Masse in der Hitze in die verschiedenen Formen gebracht werden, wie sie handelsüblich Anwendung finden, und zwar beispielsweise durch Auspressen, Formen oder Gießen. Im besonderen können diese Massen mittels der üblichen, in der Hitze arbeitenden Auspreßmaschinen, wie sie für Gummi Anwendung finden, leichter verarbeitet werden als die Ausgangsstoffe selbst, wobei auf diese Weise biegsame Röhren, Stangen, isolierte Drähte u. dgl. hergestellt werden können.

Die gemäß der Erfindung hergestellten Produkte sind besonders brauchbar als Isolations- oder dielektrische Medien, wie sie bei Überseetelefon- und -telegrafenkabel!!, Hochfrequenzkabeln und Kraftkabeln Anwendung finden. Sie sind auch brauchbar für Golfballbeläge.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der plastischen Masse besteht darin, daß die Ausgangsstoffe, nämlich Polyäthylen und beispielsweise Polyisobutylen, mit Hilfe erhitzten Mischwalzen, wie sie in der Gummitechnik Anwendung finden, behandelt werden. Die Mischtemperatur, d. h. die Temperatur, auf die die Mischwalzen erhitzt werden und auf die gewünschtenfalls auch die Ausgangsstoffe gebracht werden, beträgt zweckmäßig 110 bis 150⁰. An Stelle von Mischwalzen können auch andere Mischmaschinen, wie beispielsweise solche der Firmen Werner-Pfleiderer oder Banbury, Anwendung finden, und in dem Fall, wo mit solchen Mischmaschinen gearbeitet wird, können gewünschtenfalls Lösungsmittel hinzugefügt werden, die bei der Mischtemperatur flüssig bleiben, um die Durchführung der Mischung zu erleichtern. Das Lösungsmittel wird dann durch Erhitzen der Masse entfernt.

Eine weitere Arbeitsweise zur Mischung des 12c Polyäthylens und des gummiartigen Stoffes zwecks Herstellung eines gleichmäßigen Produktes besteht darin, daß diese zusammen aus geeigneten Lösungsmitteln gefällt werden, beispielsweise aus Kohlenwasserstofflösungsmitteln, etwa durch Entfernung der flüchtigen Kohlenwasserstofflösungsmittel, bei-

spielsweise durch Verdampfung oder durch Zugabe einer Fällflüssigkeit, die ein Nichtlösungsmittel für Polyäthylen und den gummiartigen Stoff darstellt und die mit dem Kohlenwasserstofflösungsmittel mischbar ist. So kann beispielsweise eine Benzollösung von Polyäthylen und Polyisobutylen verdampft werden, oder es kann Äthylalkohol oder Aceton einer Benzol- oder Tetrachlorkohlenstofflösung oder einer solchen der beiden Bestandteile

to in einem hochsiedenden Petroleumäther hinzugefügt werden.

Die Erfindung ist in den folgenden Beispielen erläutert, jedoch auf diese nicht beschränkt. Die Teile sind Gewichtsteile.

Beispiel ι

Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von ungefähr 20 000 und Polyisobutylen mit einem Molekulargewicht von ungefähr 100 000 werden in gleichen Gewichtsverhältnissen mit Hilfe von Mischwalzen gemischt, die auf ungefähr 120⁰ erhitzt sind. Das hierbei entstehende Produkt besteht aus einem gleichmäßigen festen Körper. Die Zugfestigkeit dieses Produktes beträgt ungefähr 0,6 kg/mm². Dieser Wert kann durch Kaltbearbeiten noch etwas erhöht werden. Die Dehnung beträgt beim Bruch etwa 500%, und die bleibende Dehnung beträgt etwa 250 °/o. Das Ausgangspolyäthylen besi+zt eine Zugfestigkeit von ungefähr 0,7 kg/mm², eine Bruchdehnung von 300% und eine bleibende Dehnung von ebenfalls 300%. Das Ausgangspolyisobutylen besitzt nur eine sehr geringe Zugfestigkeit von etwa 0,1 kg/mm², eine Bruchdehnung von ungefähr 1000 %> und fast gar keine bleibende Dehnung.

Da das neue Produkt biegsamer und plastischer ist und eine höhere Kerbbiegewiderstandsfähigkeit aufweist als das Ausgangspolyäthylen und sich auch leichter als das Ausgangspolyisobutylen auspressen läßt, ist es für viele industrielle Zwecke sehr brauchbar. Es läßt sich bei Temperaturen von etwa 100 bis 200⁰ durch Auspressen oder in anderer Weise zu Filmen, Röhren, Blättern und Fasern verarbeiten und kann auch als Belag auf einen Draht aufgebracht werden. Dieser Stoff ist in hohem Maße widerstandsfähig gegenüber Wasser und vielen Chemikalien, so daß er in geeigneter Form zum Einwickeln und überhaupt als Schutzmaterial Verwendung finden kann. Die ausgezeichneten dielektrischen Eigenschaften dieses Stoffes, die ähnlich denjenigen des Ausgangspolyäthylens sind, machen den Stoff besonders geeignet für elektrische Isolationszwecke, und zwar insbesondere für solche, wo eine Isolation bei hohen Frequenzen und hohen Spannungen erforderlich ist.

Wenn in ähnlicher Weise eine Mischung aus 30 %> Polyäthylen und 70% Polyisobutylen hergestellt wird, so ähnelt das erhaltene Produkt dem oben beschriebenen im Aussehen und besitzt eine Zugfestigkeit von ungefähr 0,45 kg/mm² und eine Bruchdehnung von 550%.

Beispiel 2

80% Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von ungefähr 15 000 und 20% Polyisobutylen mit einem Molekulargewicht von ungefähr 200 000 werden auf 120⁰ erhitzten Walzen miteinander vermischt. Das Produkt wird von den Walzen entfernt und in eine Gummiauspreßmaschine eingebracht, die bei 120⁰ arbeitet. Auf dieser Maschine wird das Produkt zur Form einer biegsamen Röhre verarbeitet.

Beispiel 3

50 Teile Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von 20 000 werden mit 35 Teilen festen Polyisobutylene und 15 Teilen Paraffinwachs auf Gummimischwalzen gemischt. Die entstehende Mischung besitzt oberhalb etwa 50⁰ einen großen Bereich der Plastizität und weist ausgezeichnete dielektrische Eigenschaften auf. Die spezifische induktive Kapazität dieses Stoffes beträgt ungefähr 2,25.

Beispiel 4

70 Teile Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von 30 000 werden mit 30 Teilen reinen nicht vulkanisierten Kreppgummis auf Mischwalzen bei einer Temperatur von 140⁰ gemischt. Es entsteht ein zähes thermoplastisches Material, das bei einer Temperatur von ungefähr 120⁰ ausgepreßt werden kann.

Beispiel 5

60 Teile Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von 15000 werden mit 40 Teilen Guttapercha bei no⁰ gemischt. Es entsteht so ein thermoplastischer Stoff, der als Dielektrikum Verwendung finden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:·

1. Plastische Masse aus Polyäthylen, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einer homogenen Mischung von Polyäthylen und einem oder mehreren kautschukartig biegeelastischen hochmolekularen Polymerisaten niedrigmolekularer aliphatischer Kohlenwasserstoffe besteht.

2. Plastische Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einer homogenen Mischung von Polyäthylen und Polyisobutylen von hohem Molekulargewicht besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 601253;
britische Patentschrift Nr. 474 426;
französische Patentschrift Nr. 817 374;
Broschüre der I. G. Farbenindustrie »Oppanol B«,

609 832 2.57