Anwendungsinformation TP-A 3. Modifikatoren zur Haftungsverbesserung in TPE-S Overmolding Compounds

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1 Modifikatoren zur Haftungsverbesserung in TPE-S Overmolding Compounds

2 Grundlagen Thermoplastische Elastomere Thermoplastische Elastomere (TPE) sind eine interessante Werkstoffklasse die, wie es ihr Name bereits andeutet, Eigenschaften von Thermoplasten und Elastomeren verbindet. Zum einen lassen sich diese wie Thermoplaste kostengünstig verarbeiten und zum anderen zeigen sie ähnliche Werkstoffeigenschaften, wie die Elastomere. Bei dem strukturellen Aufbau der TPE unterscheidet man zwischen zwei wesentlichen Gruppen. Bei der ersten Gruppe handelt es sich um Blockcopolymere, die aus Blöcken von Elastomeren und Thermoplasten bestehen. Die thermoplastischen Segmente können kristallin oder amorphen vorliegen und schmelzen beim Überschreiten der Glasübergangstemperatur reversibel auf. Dies ermöglicht dann die thermoplastische Verarbeitung. Im festen Die Mengenanteile in einer solchen Mischung können je nach gewünschten Eigenschaften sehr stark variieren. Eine weite Verbreitung haben TPE auf Basis von yrol-blockcopolymeren (TPE-S oder auch TPS) gefunden. Ein Grund hierfür sind die im Vergleich zu anderen thermoplastischen Elastomeren günstigen Herstellkosten und ihr breites Anwendungsspektrum. Klassischerweise wird diese Werkstoffgruppe als Ersatz für vulkanisiertes Gummi in verschiedensten Anwendungen wie Schuhsohlen, medizinischen Artikeln, Kabelisolierungen, Kfz- Teilen u. a. eingesetzt. Overmolding Mit dem Begriff Overmolding (Umspritzen) bezeichnet man eine Technik, bei der harte Kunststoffe komplett oder teilweise mit einem elastomeren Kunststoff überspritzt medizinischen Geräten und vielen Artikeln des täglichen Gebrauchs die Griffigkeit verbessern und eine Oberfläche mit Soft-Touch-Effekt erzielen. Wenn es sich bei der harten Komponente ebenfalls um einen Thermoplasten handelt, kann die Verarbeitung im Mehrkomponentenspritzguss ( Multishot ) erfolgen, d. h. die harte und die weiche Komponente werden aufeinanderfolgend in einer Spritzgussanlage verarbeitet. Im Gegensatz dazu wird bei der Insert-Technik zunächst das harte Substrat hergestellt und dann in einem zweiten Prozessschritt mit der weichen Komponente in einer andard- Spritzgussanlage ( Single-shot ) umspritzt. Entscheidend für die Qualität solcher Hart-Weich -Kombinationen ist die gute Haftung der weichen auf der Zustand, unterhalb der Glasübergangstemperatur, bestimmen die elastomeren Segmente die Werkstoffeigenschaften. Bei der zweiten Gruppen handelt es sich um Polymerblends aus einer thermoplastischen Polymermatrix und einer oder mehreren hierin eingebetteten elastomeren Komponente(n). werden. Als harte Komponente kommen außer Kunststoffen auch andere harte Materialien wie etwa Glas oder Metall in Frage. Als elastomere Komponente werden bei diesem Verfahren unter anderem TPE-S eingesetzt. Durch die Kombination von harten und weichen Materialien lässt sich beispielsweise bei Werkzeugen, harten Komponente. Bei Kombinationen aus TPE-S mit Polycarbonat (PC), Polyamid (PA) und Acrylnitril-Butadien-yrol (ABS) kommt es hier zu Haftungsproblemen, die dann entweder konstruktiv oder mit Hilfe von Haftvermittlern (Haftungsmodifikatoren) gelöst werden müssen. 2

3 SCONA-Haftungsmodifikatoren in TPE-S Overmolding Compounds yrol-blockcopolymere für TPE-S Overmolding Compounds SEP SEPS CH CH CH CH CH l m l m n SEEPS CH CH CH k l m n SEBS CH CH CH k CH 2 l m n Abbildung 1 Typische yrol-blockcopolymere zum Einsatz in Overmolding Compounds zeigt die Abbildung 1. Die SCONA- Haftungsmodifikatoren basieren auf den gleichen Blockcopolymeren, sind aber mit Maleinsäureanhydrid () funktionalisiert, um dadurch eine bessere Haftung zu erreichen. Der Einsatz eines solchen Haftungsmodifikators bedeutet also, dass ein Teil des TPE-S durch ein funktionalisiertes TPE-S ersetzt wird. In der Praxis wird in einem Overmolding Compound das TPE-S nicht als alleinige Komponente verwendet, sondern die Formulierungen enthalten meist noch ein Weißöl als reckmittel, das eine Art Weichmacherfunktion hat und zusätzlich noch Polypropylen zur Härteeinstellung. Abbildung 2 zeigt eine derartige Schemarezeptur auf Basis SEBS. In einem solchen Fall muss nicht nur ein Teil des SEBS durch -gepfropftes SEBS ersetzt werden, sondern auch ein Teil des PP durch -gepfropftes PP. Es kommt dann also ein Kombination von zwei Modifikatoren zum Einsatz. Schema-Rezeptur eines TPE-S Overmolding Compounds Basis-Rezeptur ohne Haftungsmodifikator: 100 Teile SEBS (thermoplastisches Elastomer) 100 Teile Weißöl (reckmittel mit weichmachendem Effekt) 30 Teile PP (zur Härteeinstellung) Mit Haftungsmodifikatoren zur Verbesserung der Haftung: 50 Teile SEBS 50 Teile SCONA TSKD Teile Weißöl 20 Teile PP 10 Teile SCONA TPPP 2112 GA Abbildung 2 3

4 Chemie der Modifikatoren Bei den SCONA-Modifikatoren handelt es sich immer um Basispolymere (häufig unpolar), die mit unterschiedlichen Monomeren in einem Grafting-Prozess (Pfropfung) funktionalisiert werden. Bei den Produkten zum Einsatz als Haftungsmodifikator in TPE-S Overmolding Compounds sind die Basispolymere SEBS und PP, die beide hauptsächlich mit Maleinsäureanhydrid () funktionalisiert sind (Abbildung 3). Ebenfalls ist es möglich, hochmolekulare SEBS und SEEPS Blockcopolymere zu pfropfen, was beim üblichen Schmelze- Grafting nicht möglich wäre. Alle SCONA Produkte werden nach einem patentierten Verfahren in der Festphase gepfropft, während sonst üblicherweise die Umsetzung der Polymere mit den Pfropfmonomeren in der Schmelze durchgeführt wird. Durch das Festphasen-Grafting lassen sich höhere Funktionalisierungsgrade erreichen, was zu niedrigeren Einsatzmengen des Modifikators im Compound führt. Der Gehalt an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) ist bei nach diesem Verfahren hergestellten Produkten äußerst niedrig. Außerdem wird durch die niedrigere Prozesstemperatur das Basispolymer weniger geschädigt und das somit höhere Molekulargewicht macht sich in besseren mechanischen Kennwerten des Compounds bemerkbar. Mehr Details zur Technologie der SCONA-Modifikatoren finden Sie in der Broschüre TP-TI 2 Technologie der SCONA-Kunststoffmodifikatoren. Die Technologie bietet auch die Möglichkeit, in einem zweistufigen Prozess zu graften. In der ersten ufe erfolgt ein normales Festphasen- Grafting, an das sich dann in der zweiten ufe ein Schmelze-Grafting anschließt (Abbildung 4). Durch diese Kombination lassen sich noch höhere Pfropfgrade erzielen. Chemie der Haftungsmodifikatoren für TPE-S Overmolding Compounds yrol Endblock Ethylen-Butylen Mittelblock yrol Endblock Basispolymer Polypropylen (PP) = Maleinsäurenhydrid = yrol Abbildung 3 Kombiniertes Festphasen-/Schmelze-Grafting MFR (190 C, 2,16 kg) (g / 10 min.) ,5 Einstufiges Festphasen-Grafting Einstufiges Schmelze-Grafting Festphasen-Grafting Schmelze-Grafting 1 1,5 2 Funktionalisiertes SEBS Funktionalisiertes PP Kombiniertes Festphasen- und Schmelze-Grafting Pfropfgrad (Gew. % ) Abbildung 4 SCONA-Modifikatoren die nur nach dem Festphasen-Prozess hergestellt wurden, sind die SCONA TP - Produkte. Durch den kombinierten Prozess entstehen die SCONA TS - Produkte. 4

5 Wirkmechanismus Die Verbesserung der Haftung des weichen TPE-S auf den harten Substraten (PC, PA, ABS, Glas, Metall ) beruht immer auf einer chemischen Kopplung der -Gruppen der Haftungsmodifikatoren an polare Gruppen der Substrate. In Formulierungen, die auch PP zur Härteeinstellung enthalten, liegt das PP meist überwiegend in feindisperser Form vor und diese PP-Teilchen können die Haftung verschlechtern oder ganz verhindern. In diesem Fall muss deshalb auch das PP mit Maleinsäureanhydrid gepfropft sein. Hochmolekulares PP stand auf dem Markt bisher nur mit geringem -Gehalt zur Verfügung (maximal 0,3 %), was praktisch bedeutete, dass der gesamte PP-Anteil durch gepfropftes PP ersetzt werden musste. Durch die neuen hochmolekularen und hoch gepfropften PP Modifikatoren von SCONA (SCONA TPPP 2112 FA, SCONA TPPP 2112 GA, SCONA TPPP 8112 FA, SCONA TPPP 8112 GA und SCONA TPPP 2003 GB) muss nur noch ein Teil des PP-Anteils ausgetauscht werden. Vorteile der SCONA-Modifikatoren In Abbildung 5 ist das gute Abschneiden von SCONA TSKD 9103 im Vergleich zu einem andard-haftungsmodifikator (beide auf Basis SEBS) dargestellt. Die Ergebnisse des andards wurden jeweils auf 100 gesetzt. Durch den Einsatz unserer speziellen Grafting Technologie sind wir in der Lage, die verschiedenen TPE-S Typen wie beispielsweise SEBS oder SEEPS bei Erhaltung des hohen Molekulargewichts höher zu graften. Unsere Kunden sind so in der Lage, bessere Haftung auf harten Substraten zu erzielen und, bei Verwendung von hochmolekularem TPE-S, auch einen verbesserten (geringeren) Druckverformungsrest zu erreichen. Gepfropfte hochmolekulare SEBS und SEEPS-Typen stehen zur Verfügung und können auf spezielle Nachfrage geliefert werden. Vergleich von SCONA TSKD 9103 mit andard Haftungsmodifikator Eingesetzter Haftungsmodifikator Härte Shore A Eigenschaften in % bezogen auf andard (= 100 %) Reißfestigkeit Haftung auf PA Haftung auf PC Haftung auf ABS andard SCONA TSKD andard SCONA TSKD andard SCONA TSKD Die Tests wurden jeweils in der gleichen Rezeptur bei unterschiedlich eingestellter Härte durchgeführt. Abbildung 5 Produktempfehlungen für TPE-S Overmolding Compounds Basis SEBS SCONA TSKD 9103 Basispolymer Pfropfung MVR (230 C / 5 kg) -Gehalt yrol-ethylen-butylen- Festphase + Schmelze cm³/10 min. 1,3 % yrol-copolymer (SEBS) Basis PP Basispolymer Pfropfung MFR (190 C / 2,16 kg) -Gehalt SCONA TPPP 2003 GB PP Copolymer Festphase 3-8 g / 10 min. 0,9-1,3 % SCONA TPPP 2112 FA SCONA TPPP 2112 GA SCONA TPPP 8112 FA SCONA TPPP 8112 GA PP Festphase 2-7 g / 10 min. 4-8 g / 10 min. 0,9-1,2 % PP Festphase > 80 g / 10 min. 1,4 % FA = Pulver GA, GB = Granulat 5

6 Produkte und Anwendungen BYK Additive Produktgruppen: Additive zur Verbesserung von Oberflächenglätte, Verlauf und Untergrundbenetzung Entschäumer und Entlüfter Haftvermittler Netz- und Dispergieradditive für Pigmente und Füllstoffe Prozessadditive Rheologieadditive UV-Absorber Viskositätsreduzierer Wachsadditive BYK-Chemie GmbH Postfach Wesel Deutschland Tel Fax Anwendungsgebiete: Lackindustrie Maler- & Bautenlacke Autolacke Can Coatings Coil Coatings Holz- & Möbellacke Industrielacke Korrosionsschutzsysteme Lederlacke Pulverlacke Kunststoffindustrie Kalthärtende Systeme PVC-Plastisole SMC/BMC Thermoplaste Druckfarbenindustrie Flexodruckfarben Offset-Druckfarben Inkjet-Tinten Siebdruckfarben Tiefdruckfarben Überdrucklacke Papieroberflächen-Veredelung Imprägnierungen reichfarben Klebstoffe und Dichtungsmassen Bauchemie Pigmentkonzentrate Rohstoffe zur Herstellung von Trennmitteln BYK Instrumente BYK bietet die vollständige Produktlinie zur Lösung Ihrer Prüf- und Messaufgaben: Farbe Glanz/Appearance Portabel oder als Laborgerät mit einfach zu bedienender Qualitätskontroll-Software. BYK Instrumente die komplette Lösung für die Lack- und Kunststoffindustrie. BYK-Gardner GmbH Postfach Geretsried Deutschland Tel Fax ANTI-TERRA, BYK, BYK -DYNWET, BYK -SILCLEAN, BYKANOL, BYKETOL, BYKJET, BYKOPLAST, BYKUMEN, CARBOBYK, DISPERBYK, DISPERPLAST, LACTIMON, NANOBYK, PAPERBYK, SILBYK, VISCOBYK und Greenability sind eingetragene Warenzeichen der BYK-Chemie. AQUACER, AQUAMAT, AQUATIX, CERACOL, CERAFAK, CERAFLOUR, CERAMAT, CERATIX, HORDAMER und MINERPOL sind eingetragene Warenzeichen der BYK-Cera. SCONA ist ein eingetragenes Warenzeichen der BYK Kometra. Die vorstehenden Angaben entsprechen unserem besten Wissen. Aufgrund der vielfältigen Rezepturen, Produktions-, Betriebs- und Verarbeitungsbedingungen ist die Verwendung des Produktes auf die speziellen Bedingungen des Verarbeiters abgestimmt zu überprüfen. Die Angaben in diesem Dokument gelten nicht als zugesicherte Eigenschaft; wir sind nicht verantwortlich für den Einsatz des Produktes außerhalb der empfohlenen Anwendungsgebiete; eine Haftung auch für etwaige Patentverletzungen kann daraus nicht abgeleitet werden. Diese Ausgabe ersetzt alle bisherigen Versionen Gedruckt in Deutschland 07/2013