DE10083810B3

DE10083810B3 - Polycarbonatharz mit geringer Tendenz zur Freisetzung von endokrinen Umweltstörfaktoren

Info

Publication number: DE10083810B3
Application number: DE10083810.3T
Authority: DE
Inventors: Toshikatsu Furunaga; Tadasu Sato
Original assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Current assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Priority date: 1999-01-12
Filing date: 2000-01-12
Publication date: 2016-09-15
Anticipated expiration: 2020-01-13
Also published as: US6469127B1; DE10083810T1; JP3600528B2; WO2000042088A1

Abstract

Polycarbonatharz mit einer geringen Tendenz zur Freisetzung von endokrinen Umweltstörfaktoren, umfassend eine Struktur der nachstehenden allgemeinen Formel (A)

worin die Reste R₁ und R₂ jeweils ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen darstellen und R₃ und R₄ jeweils ein Wasserstoffatom darstellen, und
eine Struktureinheit der nachstehenden allgemeinen Formel (B)

worin R₅ eine 1,4-Butylengruppe ist, wobei sich die Struktureinheit der allgemeinen Formel (B) von 1,4-Butandiol ableitet, und
wobei der Anteil der Struktureinheit der allgemeinen Formel (A) 5 bis 90 Mol-%, bezogen auf die gesamten Struktureinheiten, beträgt und das Polycarbonatharz eine innere Viskosität von 0,30 bis 0,60 dl/g aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Polycarbonatharz mit hervorragender Formbarkeit und einer geringen Tendenz zur Freisetzung von endokrinen Umweltstörfaktoren, das für Anwendungszwecke, wie Verpackungen für medizinische Produkte und Nahrungsmittel, die in direkten Kontakt mit dem menschlichen Körper und Körperflüssigkeiten kommen, sowie für Anwendungen, z. B. optische Scheiben und Linsen von Brillen, die beim täglichen Leben in häufigen Kontakt mit dem menschlichen Körper kommen, geeignet ist.
Stand der Technik
Polycarbonatharze (Bisphenol A-polycarbonate), die durch Umsetzung von Carbonat-Vorläufern mit 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan erhalten werden, erweisen sich in Bezug auf Durchsichtigkeit, Wärmebeständigkeit, mechanische Eigenschaften und Maßhaltigkeit als hervorragend und finden eine weite Verbreitung in Kunststoffen für konstruktive Zwecke. Neben den Bisphenol A-polycarbonaten wurden in letzter Zeit Polycarbonatharze mit verschiedenen Bisphenolgerüsten vorgeschlagen und für elektrophotographische, lichtempfindliche Materialien, optische Platten, wärmebeständige Filme, polarisierende Filme, Tischgeschirr und dergl. eingesetzt. Kürzlich wurde festgestellt, dass bei diesen, im täglichen Leben verwendeten Polycarbonatharzen die Tendenz zu einer allmählichen Hydrolyse und Freisetzung von als Bausteinen enthaltenen Bisphenolen besteht, wenn sie wiederholt hohen Temperaturen und hoher Feuchtigkeit ausgesetzt werden, und dass diese freien Bisphenole als Pseudohormone der Östrogene (weibliche Hormone) unter Bindung an Rezeptoren wirken. Nachstehend sind die Strukturformel von Östradiol, einem der Östrogene, und die Strukturformeln von Verbindungen, die als Östrogen-Pseudohormone unter Bindung an die Rezeptoren wirken, aufgeführt:
Es ist bekannt, dass die Bisphenole eine Tendenz zu einer schwachen Wirkung als Östrogen unter Bindung an Östrogen-Rezeptoren zeigen. Demzufolge ist es möglicherweise als unerwünscht anzusehen, Bisphenole, bei denen die Wahrscheinlichkeit zur Bindung an Östrogen-Rezeptoren besteht, für Produkte, die häufig in Kontakt mit dem menschlichen Körper kommen, einzusetzen, wenngleich auch der Wirkungsmechanismus noch nicht vollständig aufgeklärt ist.
Die Erfinder haben verschiedene Bisphenole bezüglich ihrer Tendenz zur Wirkung als endokrine Umweltstörfaktoren bewertet, um Polycarbonatharze mit einer geringen Tendenz zur Freisetzung von endokrinen Umweltstörfaktoren bereitzustellen. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass ein Bisphenol mit einem Fluorengerüst gemäß der nachstehenden allgemeinen Formel (I) eine äußerst geringe Wirkung als endokriner Umweltstörfaktor aufweist
worin die Reste R₁ bis R₄ jeweils ein Wasserstoffatom, ein Fluor-, Chlor- oder Bromatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, eine Arylgruppe mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen, eine Alkenylgruppe mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen, eine Alkoxylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen oder eine Aralkylgruppe mit 7 bis 17 Kohlenstoffatomen bedeuten, wobei diese Gruppen jeweils eine an ein Kohlenstoffatom gebundene Substituentengruppe aufweisen können, wobei es sich bei der Substituentengruppe um eine Alkyl- oder Alkenylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, eine Alkoxylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, ein unter Fluor, Chlor und Brom ausgewähltes Halogenatom oder eine Dimethylpolysiloxygruppe handelt.

Ein Vergleich der IC₅₀-Werte von 9,9-Bis-(3-methyl-4-hydroxyphenyl)-fluoren (eines der Bisphenole der allgemeinen Formel (I)) mit anderen Bisphenolen ist in Tabelle 1 aufgeführt. Der IC₅₀-Wert ist als die Konzentration eines falschen Hormons definiert, die erforderlich ist, um 50% eines an einen Rezeptor gebundenen echten Hormons zu ersetzen. Je geringer der Zahlenwert von IC₅₀ ist, desto höher ist die Affinität für einen Rezeptor, was eine höhere Tendenz zur Freisetzung eines endokrinen Umweltstörfaktors bedeutet. Tabelle 1 Tendenz zur Bindung an Östrogen-Rezeptoren

Bewertete Probe	Anwendung für	IC₅₀-Wert (μM)
Östradiol	innere Hormone	0,013
Diethylstilböstrol	Arzneimittel	0,011
Bisphenol A	industrielle Produkte	32
4-Nonylphenol	industrielle Produkte	3,9
3,3,5-Trimethyl-1,1-bis-(4-hydroxyphenyl)-cyclohexan	industrielle Produkte	1 >
9,9-Bis-(3-methyl-4-hydroxyphenyl)-fluoren*	industrielle Produkte	> 100

Anmerkung: *9,9-Bis-(3-methyl-4-hydroxyphenyl)-fluoren

Die vorstehende Tabelle zeigt, dass Bisphenole mit Fluorengerüsten höhere IC₅₀-Werte als andere Bisphenole aufweisen und dass sie somit für den Menschen sichere Verbindungen darstellen. Polycarbonatharze mit Fluorengerüsten werden herkömmlicherweise für Anwendungen, bei denen ihre optischen Eigenschaften ausgenützt werden, herangezogen, z. B. als optische Aufzeichnungsmaterialien, polarisierende Filme, Flüssigkristallanzeigen und Linsen; vergl JP-A-6-145317 , JP-A-6-25398 , JP-A-6-216078 , JP-A-6-322094 und JP-A-8-134199 . Ihre Verwendung für elektrophotographische, lichtempfindliche Materialien und Gießfolien wird in JP-A-6-3838 und JP-A-8-134198 beschrieben. Ferner wird ihre Verwendung für hochgradig wärmebeständiges Tischgeschirr zum Einsatz in Mikrowellenöfen in JP-A-6-49195 und dergl. beschrieben.
Da die Polycarbonatharze mit Fluorengerüsten starre Strukturen aufweisen, ist es erforderlich, zur Verbesserung ihrer Formbarkeit weiche Segmente einzuführen. Jedoch weisen sämtliche herkömmlichen Fluoren-Polycarbonatharze weiche Segmente auf, in die Struktureinheiten, wie Bisphenol A, mit einer starken Tendenz zur Freisetzung von endokrinen Umweltstörfaktoren eingeführt sind. Obgleich demzufolge herkömmliche Fluoren-Polycarbonatharze sehr sichere Bisphenole mit Fluorengerüsten enthalten, wurde die Sicherheit für den Menschen noch nicht in ausreichendem Maße berücksichtigt.
Aufgabe der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Polycarbonatharz bereitzustellen, das eine hervorragende Formbarkeit aufweist und einen geringen Einfluss als endokriner Umweltstörfaktor auf den menschlichen Körper ausübt, selbst wenn ein Bisphenol oder andere Bestandteile unter Einwirkung von hohen Temperaturen und hoher Feuchtigkeit oder beim Recycling freigesetzt werden.
Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
Als Ergebnis eingehender Untersuchungen zur Lösung der vorstehenden Aufgabe wurde festgestellt, dass ein Bisphenol mit einem Fluorengerüst eine geringe Tendenz zur Bindung an einen Östrogen-Rezeptor aufweist und dass es durch Kombination eines derartigen Bisphenols mit einer aliphatischen Dihydroxyverbindung, bei der eine geringere Wahrscheinlichkeit zur Bindung an einen Östrogen-Rezeptor besteht, als weiches Segment, möglich ist, ein physiologisch äußerst sicheres Polycarbonatharz ohne Beeinträchtigung der naturgegebenen Eigenschaften eines Polycarbonats bereitzustellen. Auf der Grundlage dieses Befunds wurde die Erfindung fertiggestellt.
Somit umfasst das erfindungsgemäße Polycarbonatharz nur Struktureinheiten, die sich von Verbindungen mit einer geringen Tendenz zur Freisetzung von endokrinen Umweltstörfaktoren ableiten und somit für den menschlichen Körper sehr sicher sind.
Erfindungsgemäß lässt sich ein Polycarbonatharz mit wertvollen Eigenschaften erhalten, indem man den Anteil einer ein Fluorengerüst enthaltenden Bisphenoleinheit auf 5 bis 90 Mol-%, bezogen auf die gesamten Struktureinheiten, einstellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Konzentration der aus den Polymeren der Beispiele 1 und 2 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 freigesetzten Komponenten und den Verhältnissen der aus den Polymeren freigesetzten Komponenten, die einen Östrogen-Rezeptor besetzen, darstellt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
[1] Ausgangsmaterialien für das Polycarbonatharz
Die vorliegende Erfindung stellt folgendes Polycarbonatharz bereit:

(1) Polycarbonatharz mit einer geringen Tendenz zur Freisetzung von endokrinen Umweltstörfaktoren, umfassend eine Struktur der nachstehenden allgemeinen Formel (A)
worin die Reste R₁ und R₂ jeweils ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen darstellen und R₃ und R₄ jeweils ein Wasserstoffatom darstellen, und eine Struktureinheit der nachstehenden allgemeinen Formel (B)
worin R₅ eine 1,4-Butylengruppe ist, wobei sich die Struktureinheit der allgemeinen Formel (B) von 1,4-Butandiol ableitet, und wobei der Anteil der Struktureinheit der allgemeinen Formel (A) 5 bis 90 Mol-%, bezogen auf die gesamten Struktureinheiten, beträgt und das Polycarbonatharz eine innere Viskosität von 0,30 bis 0,60 dl/g aufweist.
(2) Polycarbonatharz mit einer geringen Tendenz zur Freisetzung von endokrinen Umweltstörfaktoren nach (1), wobei sich die Struktureinheit der allgemeinen Formel (A) von mindestens einem Bestandteil aus der Gruppe 9,9-Bis-(4-hydroxyphenyl)-fluoren und 9,9-Bis-(3-methyl-4-hydroxyphenyl)-fluoren ableitet.

Das erfindungsgemäße Polycarbonatharz wird durch Copolymerisation von (a) einem Bisphenol mit einem Fluorengerüst und (b) einer aliphatischen Dihydroxyverbindung erhalten. Verbindungen, die die wiederkehrenden Einheiten des erfindungsgemäßen Polycarbonatharzes bilden, werden nachstehend ausführlich beschrieben.
(a) Bisphenol mit einem Fluorengerüst
Das Bisphenol mit einem Fluorengerüst zur Bildung eines harten Segments des erfindungsgemäßen Polycarbonatharzes wird durch die folgende allgemeine Formel (I) dargestellt:
worin die Reste R₁ und R₂ jeweils ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen darstellen und R₃ und R₄ jeweils ein Wasserstoffatom darstellen.
Zu speziellen Beispielen für die Bisphenole der vorstehenden allgemeinen Formel (1) gehören folgende Verbindungen:
Unter diesen Verbindungen werden 9,9-Bis-(4-hydroxyphenyl)-fluoren und 9,9-Bis-(3-methyl-4-hydroxyphenyl)-fluoren bevorzugt. 9,9-Bis-(3-methyl-4-hydroxyphenyl)-fluoren wird besonders bevorzugt.
Obgleich der Grund, warum Bisphenole mit derartigen Strukturen nur eine geringe Tendenz zur Bindung an Östrogen-Rezeptoren zeigen, nicht klar ist, kann angenommen werden, dass diese Moleküle aufgrund des Vorliegens der Fluorengerüste einen so stark verringerten Freiheitsgrad aufweisen, dass sie keine Konformation annehmen können, die ihnen eine Bindung an die Östrogen-Rezeptoren erlaubt.
Im erfindungsgemäßen Polycarbonatharz kann das Bisphenol mit einem Fluorengerüst der allgemeinen Formel (I) allein oder in Kombination verwendet werden. Der prozentuale Anteil des Bisphenols mit einem Fluorengerüst der allgemeinen Formel (I) beträgt vorzugsweise 5 bis 90 Mol-% und insbesondere 20 bis 80 Mol-%.
(b) Aliphatische Dihydroxyverbindung
Die aliphatische Dihydroxyverbindung, die ein weiches Segment des erfindungsgemäßen Polycarbonatharzes bildet, lässt sich durch die folgende allgemeine Formel (II) wiedergeben: HO-R₅-OH (II) worin R₅ eine 1,4-Butylengruppe ist.
[2] Herstellung des Polycarbonatharzes
Das erfindungsgemäße Polycarbonatharz lässt sich durch ein bekanntes Schmelzpolymerisationsverfahren herstellen. Speziell wird unter Verwendung eines Kohlensäurediesters als Kohlenstoffquelle das Bisphenol mit einem Fluorengerüst der allgemeinen Formel (I) mit der aliphatischen Dihydroxyverbindung der allgemeinen Formel (II) in einem geschmolzenen Zustand durch eine Umesterungsreaktion polykondensiert, wodurch ein erfindungsgemäßes Polycarbonatharz entsteht.
Zu geeigneten Kohlensäurediestern gehören Diphenylcarbonat, Ditolylcarbonat, Bis-(chlorphenyl)-carbonat, m-Cresylcarbonat, Dinaphthylcarbonat, Bis-(diphenyl)-carbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Dibutylcarbonat, Dicyclohexylcarbonat und dergl. Zu besonders bevorzugten Beispielen darunter gehören Diphenylcarbonat und Dibutylcarbonat.
Der Carbonsäurediester wird vorzugsweise in einer Menge von 1,0 bis 1,1 Mol, bezogen auf die Gesamtmenge (1 Mol) der Verbindung der allgemeinen Formel (I) und der Verbindung der allgemeinen Formel (II) verwendet.
Eine basische Verbindung wird als Katalysator für die Umesterungsreaktion verwendet. Zu derartigen, vorzugsweise verwendeten basischen Verbindungen gehören Alkalimetallverbindungen, Erdalkalimetallverbindungen, quaternäre Ammoniumhydroxide und Salze davon sowie Amine.
Die Polymerisationsreaktion wird durchgeführt, indem man Verbindungen der allgemeinen Formeln (I) und (II) als Ausgangsmaterialien und den Kohlensäurediester, z. B. Diphenylcarbonat, in einen Reaktor gibt, den Katalysator zusetzt und die Bestandteile anschließend zur Durchführung einer Umesterungsreaktion erwärmt, wobei Nebenprodukte unter normalem oder vermindertem Druck entfernt werden. Die Umsetzung kann als einstufige oder mehrstufige Polymerisation durchgeführt werden. Für jede Stufe kann ein absatzweises System oder ein kontinuierliches System herangezogen werden.
Die Umsetzung wird bei einer Temperatur von 120 bis 320°C und vorzugsweise von 180 bis 300°C durchgeführt. Die Umsetzung beginnt üblicherweise bei Normaldruck. Der Reaktionsdruck nimmt mit fortschreitender Reaktion allmählich ab, wobei die Polykondensation bei einem Druck von 1 mmHg oder darunter zu Ende geht und die restlichen Monomeren entfernt werden.
Am Ende der Polymerisation kann ein Katalysator-Desaktivierungsmittel zugesetzt werden. Zu geeigneten Katalysator-Desaktivierungsmitteln gehören aromatische Sulfonsäuren, wie p-Toluolsulfonsäure, aromatische Sulfonsäureester und organische Halogenide, wie Stearoylchlorid, Butyroylchlorid, Benzoylchlorid und Toluolsulfonylchlorid.
Erfindungsgemäß können Antioxidationsmittel, Pigmente, Farbstoffe, Verstärkungsmittel oder Füllstoffe, UV-Absorber, Gleitmittel, Kristallnukleisierungsmittel, antistatisch ausrüstende Mittel, Weichmacher, Mittel zur Verbesserung der Fließfähigkeit, Molekulargewichtsmodifikatoren und Verzweigungsmittel zugesetzt werden. Polymerlegierungen können durch Vermischen des erfindungsgemäßen Polycarbonatharzes mit herkömmlichen Polycarbonatharzen hergestellt werden. Jedoch handelt es sich bei diesen Additiven und anderen zuzumischenden Materialien vorzugsweise um Substanzen mit einer geringen oder gar keinen Tendenz zur Freisetzung von endokrinen Umweltstörfaktoren.
[3] Polycarbonatharz
Beim vorstehenden Polymerisationsverfahren bildet die Verbindung der allgemeinen Formel (I) ein hartes Segment der folgenden allgemeinen Formel (A), das starr ist und eine hohe Glasübergangstemperatur aufweist,
worin die Reste R₁ und R₂ jeweils ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen darstellen und R₃ und R₄ jeweils ein Wasserstoffatom darstellen, und die Verbindung der allgemeinen Formel (II) ein weiches Segment der folgenden allgemeinen Formel (B) darstellt, das weich ist und eine niedere Glasübergangstemperatur aufweist,
worin R₅ eine 1,4-Butylengruppe ist.
Demzufolge können die Anteile beider Komponenten nach Belieben unter Bildung eines Polycarbonatharzes mit der angestrebten Wärmebeständigkeit und den angestrebten mechanischen Eigenschaften vereinigt werden. Der Anteil der durch die allgemeine Formel (A) wiedergegebenen Struktureinheit beträgt 5 bis 90 Mol-%, bezogen auf die gesamten Struktureinheiten. Liegt der Anteil der Struktureinheit der allgemeinen Formel (A) unter 5 Mol-%, so ergeben sich in unerwünschter Weise eine geringe Wärmebeständigkeit und eine geringe Durchsichtigkeit des Polycarbonatharzes. Übersteigt der Anteil andererseits 90 Mol-%, so ergibt sich in unerwünschter Weise eine schlechte Formbarkeit. Aus praktischen Erwägungen beträgt der Anteil der Struktureinheit (A) insbesondere 20 bis 80 Mol-%.
Ferner weist das erfindungsgemäße Polycarbonatharz vorzugsweise ein Molekulargewicht Mn von 5000 bis 35000 und Mw von 10000 bis 45000 und insbesondere Mn von 5000 bis 18000 und Mw von 15000 bis 30000 auf.
Das erfindungsgemäße Polycarbonatharz kann durch bekannte Verfahren, wie Extrudieren, Spritzgießen, Blasformen, Pressformen und Nassformen, geformt werden. Um diese Formgebungsverfahren einfach durchführen zu können, weist das Polycarbonatharz vorzugsweise eine innere Viskosität im Bereich von 0,30 bis 0,60 dl/g auf.
Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele näher beschrieben, wobei aber der Schutzumfang der Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
Beispiel 1
210 g (0,60 Mol) 9,9-Bis-(4-hydroxyphenyl)-fluoren der folgenden Formel
36 g (0,40 Mol) 1,4-Butandiol, 225 g (1,05 Mol) Diphenylcarbonat und 1,0 × 10^–7 Mol Natriumhydrogencarbonat wurden in einen 1 Liter fassenden Vierhalskolben, der mit einem Rührer und einer Destillationsvorrichtung ausgerüstet war, gegeben, unter einer Stickstoffatmosphäre auf 180°C erwärmt und 30 Minuten gerührt, um die Bestandteile vollständig zu schmelzen.
Anschließend wurde der Druck auf 150 mmHg verringert, wobei die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 60°C/h auf 240°C erhöht wurde. Dieser Zustand wurde zur Durchführung einer Umesterungsreaktion 40 Minuten aufrechterhalten. Unter Verminderung des Drucks auf 1 mmHg oder darunter wurde die Umsetzung 2 Stunden bei 280°C fortgesetzt. Nach beendeter Umsetzung wurde Stickstoff in den Kolben eingeleitet, so dass das Innere des Kolbens auf Normaldruck zurückkehrte. Das gebildete Polycarbonatharz wurde entnommen.
Bei Messung in Methylenchlorid bei 20°C zeigte das erhaltene Polycarbonatharz eine innere Viskosität von 0,43 dl/g. Nach Abkühlung ergab sich ein durchsichtiges Polycarbonatharz mit einer Glasübergangstemperatur von 99,4°C.
Beispiel 2
2268 g (0,60 Mol) 9,9-Bis-(3-methyl-4-hydroxyphenyl)-fluoren der folgenden Formel
36 g (0,40 Mol) 1,4-Butandiol, 225 g (1,05 Mol) Diphenylcarbonat und 1,0 × 10^–7 Mol Natriumhydrogencarbonat wurden in einen 1 Liter fassenden Vierhalskolben, der mit einem Rührer und einer Destillationsvorrichtung ausgerüstet war, gegeben, unter einer Stickstoffatmosphäre auf 200°C erwärmt und 40 Minuten gerührt, um die Bestandteile vollständig zu schmelzen.
Sodann wurde der Druck auf 150 mmHg verringert, wobei die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 60°C/h auf 260°C erhöht wurde. Dieser Zustand wurde zur Durchführung einer Umesterungsreaktion 120 Minuten aufrechterhalten. Anschließend wurde der Druck auf 1 mmHg oder darunter verringert und die Umsetzung wurde 2 Stunden bei 280°C fortgesetzt. Nach beendeter Umsetzung wurde Stickstoff in den Kolben eingeleitet, so dass das Innere des Kolbens auf Normaldruck zurückkehrte. Das gebildete Polycarbonatharz wurde entnommen.
Bei Messung in Methylenchlorid bei 20°C zeigte dieses Polycarbonatharz eine innere Viskosität von 0,51 dl/g. Nach Abkühlen war das Polycarbonatharz durchsichtig und wies eine Glasübergangstemperatur von 106,5°C auf.
Vergleichsbeispiel 1
226,8 g (0,60 Mol) 9,9-Bis-(3-methyl-4-hydroxyphenyl)-fluoren, 91,2 g (0,40 Mol) Bisphenol A, 225 g (1,05 Mol) Diphenylcarbonat und 1,0 × 10^–7 Mol Natriumhydrogencarbonat wurden in einen 1 Liter fassenden Vierhalskolben, der mit einem Rührer und einer Destillationsvorrichtung ausgerüstet war, gegeben, unter einer Stickstoffatmosphäre auf 180°C erwärmt und 40 Minuten gerührt, um die Bestandteile vollständig zu schmelzen.
Sodann wurde der Druck auf 1 mmHg verringert, wobei die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 60°C/h auf 240°C erhöht wurde. Dieser Zustand wurde zur Durchführung einer Umesterungsreaktion 40 Minuten aufrechterhalten. Anschließend wurde der Druck auf 1 mmHg oder darunter verringert und die Umsetzung wurde 2 Stunden bei 280°C fortgesetzt. Nach beendeter Umsetzung wurde Stickstoff in den Kolben eingeleitet, so dass das Innere des Kolbens auf Normaldruck zurückkehrte. Das gebildete Polycarbonatharz wurde entnommen.
Bei Messung in Methylenchlorid bei 20°C zeigte das Polycarbonatharz eine innere Viskosität von 0,53 dl/g. Nach Abkühlen ergab sich ein durchsichtiges Polycarbonatharz mit einer Glasübergangstemperatur von 163°C.
Vergleichsbeispiel 2
Ein Polycarbonatharz von Bisphenol A (Handelsbezeichnung Lexan 121, Produkt der Fa. GE Plastics) wurde als Vergleichsbeispiel 2 verwendet.
Vergleichsbeispiel 3
Ein Polycarbonatharz von 3,3,5-Trimethyl-1,1-bis-(4-hydroxyphenyl)-cyclohexan (Apec, Handelsbezeichnung Makrolon KU1-9371, Produkt der Fa. Bayer) wurde als Vergleichsbeispiel 3 verwendet.
Bewertung der Funktion als endokrine Umweltstörfaktoren
Es wurde eine Bewertung vorgenommen, inwiefern die aus den Polycarbonatharzen der Beispiele 1 und 2 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 freigesetzten Komponenten als endokrine Umweltstörfaktoren wirkten. Die Funktionsbewertung als endokrine Störfaktoren wurde durchgeführt, indem man die Konzentrationen (IC₅₀) der aus den Polymeren freigesetzten Komponenten, die zum Ersatz von 50% von mit Tritium markiertem Östradiol (nachstehend als [³H]-Östradiol bezeichnet), das an einen Östrogen-Rezeptor gebunden war, durch die nicht-radioaktive Komponente, die aus dem Polymeren freigesetzt worden war, gemäß dem nachstehend angegebenen Verfahren maß.
(1) Präparation der aus dem Polymeren freigesetzten Komponenten
10 g Polycarbonatharz wurden in eingefrorenem Zustand auf eine durchschnittliche Teilchengröße von 40 bis 80 μm zerkleinert. Nach Zugabe von 100 ml 2 M NaOH wurde eine 8-stündige Hydrolyse durchgeführt. Nach Abkühlen wurde das erhaltene Produkt mit Salzsäure neutralisiert. Die organischen Bestandteile wurden mit 50 ml Methylenchlorid extrahiert. Sodann wurde Methylenchlorid zur Trockne abgedampft. Beim erhaltenen Hydrolysat handelte es sich um die aus dem Polycarbonatharz freigesetzten Komponenten.
(2) Herstellung eines Membranpräparats mit einem Gehalt an einem Östrogen-Rezeptor
Ein Membranpräparat mit einem Gehalt an einem Östrogen-Rezeptor wurde gemäß einem in folgenden Literaturstellen beschriebenen Verfahren hergestellt (J. Anderson, J. H. Clark und E. J. Peck Jr., ”Estrogen and Nuclear Binding Sites. Determination of Specific Sites by [³H]-estradiol Exchange”, Biochem. J., Bd. 126 (1972), S. 561–567; K. S. Korach, ”Estrogen Action in the Mouse Uterus: Characterization of the Cytosol and Nuclear Receptor Systems”, Endocrinology, Bd. 104 (1979), S. 1324–1332; verschiedene Übersichtsartikel von Katenellenbogen, EDSTAC, Draft Report, 3. April 1998, Appendix J und ”Drug Receptors”, S. 33–44 (Hrsg. Kazunari Takayanagi, veröffentlicht von Nanzando). Zunächst wurde eine ausgewachsene weibliche Ratte zur Entnahme des Uterus getötet. Am Uterusgewebe anhaftendes Fett wurde entfernt. Nach Bestimmung des Gewichts wurde das Gewebe auf Eis gelegt. Das Gewebe wurde in kleine quadratische Stücke von 1 bis 2 mm Kantenlänge zerschnitten und in eine vorher mit Eis gekühlte Polytron-Homogenisiervorrichtung gegeben. Eine eisgekühlte TEDG-Pufferlösung (10 mM Tris·HCl (pH-Wert 7,6), 1,5 mM EDTA, 1 mM DTT, 10% Glycerin) wurde in einer Menge von 1,0 ml pro 50 mg Gewebe zugegeben. Das erhaltene Gemisch wurde 5 Sekunden homogenisiert. Sodann wurde das erhaltene Homogenisat in ein vorher gekühltes Zentrifugenröhrchen gegeben und 60 Minuten bei 105000 × g zentrifugiert. Der erhaltene Überstand stellte ein Membranpräparat mit einem Gehalt an einem Rezeptor dar.
(3) Sättigungsbindungstest unter Verwendung eines radioaktiven Liganden
Der Sättigungsbindungstest wurde gemäß einem in folgenden Literaturstellen beschriebenen Verfahren durchgeführt (EDSTAC, Draft Report, 3. April 1998, Appendix J; und Shin-Seikagaku Jikken Koza (New Biochemical Experiment Course) 7, ”Growth Differentiation Factors and Receptors thereof”, S. 203–211 (Hrsg. Biochemical Society of Japan, veröffentlicht von Tokyo Kagaku Dojin)). Die Konzentration an [³H]-Östradiol wurde auf 0,01 nM, 0,03 nM, 0,06 nM, 0,1 nM, 0,3 nM, 0,6 nM, 1 nM, 3 nM bzw. 6 nM eingestellt. Die Messung wurde durchgeführt, um die gesamte Bindungsmenge bei den einzelnen Konzentrationen sowie eine nicht-spezifische Bindungsmenge bei Zugabe einer 1000-fachen Menge an nicht-radioaktivem Östradiol, bezogen auf die jeweiligen Konzentrationen, zu bestimmen. Dabei wurde die spezifische Bindungsmenge bei jeder Konzentration berechnet. Aus der spezifischen Bindungsmenge bei den einzelnen Konzentrationen wurde festgestellt, dass die Dissoziationskonstante K_D von Östradiol 0,06 nM und die maximale Zahl der Bindungsstellen B_max 42 fMol/mg betrugen.
(4) Messung der Affinität von aus den Polymeren freigesetzten Komponenten für Östrogen-Rezeptoren durch das Substitutionskurvenverfahren
Unter Verwendung der Ergebnisse des Sättigungsbindungstests wurden [³H]-Östradiol und eine aus dem Polymeren freigesetzte Komponente in einer 0,5%igen wässrigen Lösung von Dimethylsulfoxid (DMSF) so gelöst, dass die Konzentrationen der aus dem Polymeren freigesetzten Komponente 0, 0,1, 0,3, 0,6, 1,0, 3,0, 6,0, 10, 30, 60 bzw. 100 mg/Liter betrugen, bezogen auf die 3 nM Endkonzentration an [³H]-Östradiol. Die einzelnen erhaltenen Reaktionslösungen wurden in Aliquotmengen von 1 ml in Glasröhrchen gegeben.
Die auf diese Weise hergestellte Reaktionslösung wurde in einem Vakuumtrockner eingedampft. Man erhielt ein trockenes Produkt, das auf Eis gelegt wurde.
1 ml des vorher erhaltenen Überstands des Homogenisats mit einem Gehalt an dem Östrogen-Rezeptor wurde sodann jeweils in die einzelnen Röhrchen gegeben. Nach vorsichtigem Rühren wurden die Röhrchen vor Durchführung einer 20-stündigen Inkubation bei 4°C verschlossen. Die Mischlösungen wurden sodann zur Durchführung einer Saugfiltration auf eine mit einem Glasfilterpapier versehene Filtervorrichtung gegossen. Das Glasfilterpapier wurde sodann mit eiskaltem Puffer (50 mM Tris·HCl (pH-Wert 7,6)) gewaschen. Nach Trocknen des Filterpapiers wurde die Radioaktivität mit einem Flüssigszintillatianszähler gemessen.
Das Besetzungsverhältnis der an den Östrogen-Rezeptor gebundenen, freigesetzten Polymerkomponente wurde aus dem gemessenen Wert der Radioaktivität für die einzelnen Konzentrationen einer Probe (freigesetzte Polymerkomponente) berechnet. Ferner wurde die Konzentration (IC₅₀) der Probe für einen 50%igen Ersatz der spezifischen Bindung des radioaktiven Liganden (3 nM [³H]-Östradiol) durch Aufstellen einer Substitutionskurve bestimmt.

Die Östrogen-Rezeptor-Besetzungsverhältnisse und die IC₅₀-Werte der aus den Polymeren freigesetzten Komponenten sind in Tabelle 2 aufgeführt. Tabelle 2 Besetzungsverhältnisse I(%) der freigesetzten Polymerkomponenten bei den jeweiligen Konzentrationen

Konzentration der freigesetzten Komponente	Beispiel 1	Beispiel 2	Vergl.-bsp. 1	Vergl.-bsp. 2	Vergl.-bsp. 3
0,1 mg/L	0%	0%	0%	0%	0%
0,3 mg/L	0%	0%	0%	0%	40%
0,6 mg/L	0%	0%	0%	0%	60%
1 mg/L	0%	0%	5%	5%	80%
3 mg/L	0%	0%	10%	20%	90%
6 mg/L	0%	0%	15%	30%	95%
10 mg/L	0%	0%	40%	50%	-
30 mg/L	10%	5%	55%	70%	-
60 mg/L	15%	10%	60%	85%	-
100 mg/L	30%	20%	80%	90%	-
IC₅₀	> 100 mg/L	> 100 mg/L	28 mg/L	10 mg/L	0,52 mg/L

Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, wiesen die aus den Polycarbonatharzen der Beispiele 1 und 2 freigesetzten Komponenten einen sehr hohen IC₅₀-Wert auf. Demzufolge besteht selbst dann, wenn die die Polycarbonate bildenden Komponenten freigesetzt werden, eine geringe Gefahr, dass diese an die Östrogen-Rezeptoren gebunden werden. Somit wurde bestätigt, dass die erfindungsgemäßen Polycarbonatharze für den Menschen sehr sicher sind. Ferner lag die innere Viskosität der Polycarbonatharze der Beispiele 1 und 2 im Bereich von 0,30 bis 0,60 dl/g, was zeigt, dass sie neben der verbesserten Sicherheit eine ebenso gute Formbarkeit wie herkömmliche Produkte aufwiesen.
Andererseits zeigten die Polycarbonatharze der Vergleichsbeispiele 2 und 3, die keine Bisphenole mit Fluorengerüsten enthielten, alle deutlich niedrigere IC₅₀-Werte als die Produkte der Beispiele 1 und 2. Ferner enthielt das Produkt von Vergleichsbeispiel 1 zwar ein Bisphenol mit einem Fluorengerüst als Bestandteil, enthielt aber auch Bisphenol A und wies einen wesentlichen niedrigeren IC₅₀-Wert als die Produkte der Beispiele 1 und 2 auf. Da ein geringerer IC₅₀-Wert eine stärkere Tendenz zur Bindung an Östrogen-Rezeptoren bedeutet, ist es ungünstig, derartige Polycarbonatharze mit einer stärkeren Tendenz zur Bindung an Östrogen-Rezeptoren in Produkten, die in direkten oder indirekten Kontakt mit dem menschlichen Körper kommen, zu verwenden.
Da das erfindungsgemäße Polycarbonatharz durch Copolymerisation von Bisphenol mit einer aliphatischen Dihydroxyverbindung, die beide eine geringe Tendenz zur Bindung an Östrogen-Rezeptoren zeigen, gebildet wird, weist es nicht nur die bei Polycarbonaten naturgegebene mechanische Festigkeit und Wärmebeständigkeit auf, sondern zeigt auch in Form der Hydrolysate eine geringe Tendenz zur Bindung an Östrogen-Rezeptoren. Demgemäß lassen sich damit Formkörper herstellen, die nicht nur bei einem direkten Kontakt mit dem menschlichen Körper oder Körperflüssigkeiten physiologisch äußerst sicher sind, sondern diese Sicherheit auch bei Anwendungen, bei denen im täglichen Leben ein häufiger Kontakt mit dem menschlichen Körper zustande kommt, bieten.

Claims

Polycarbonatharz mit einer geringen Tendenz zur Freisetzung von endokrinen Umweltstörfaktoren, umfassend eine Struktur der nachstehenden allgemeinen Formel (A)
worin die Reste R₁ und R₂ jeweils ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen darstellen und R₃ und R₄ jeweils ein Wasserstoffatom darstellen, und eine Struktureinheit der nachstehenden allgemeinen Formel (B)
worin R₅ eine 1,4-Butylengruppe ist, wobei sich die Struktureinheit der allgemeinen Formel (B) von 1,4-Butandiol ableitet, und wobei der Anteil der Struktureinheit der allgemeinen Formel (A) 5 bis 90 Mol-%, bezogen auf die gesamten Struktureinheiten, beträgt und das Polycarbonatharz eine innere Viskosität von 0,30 bis 0,60 dl/g aufweist.
Polycarbonatharz mit einer geringen Tendenz zur Freisetzung von endokrinen Umweltstörfaktoren nach Anspruch 1, wobei sich die Struktureinheit der allgemeinen Formel (A) von mindestens einem Bestandteil aus der Gruppe 9,9-Bis-(4-hydroxyphenyl)-fluoren und 9,9-Bis-(3-methyl-4-hydroxyphenyl)-fluoren ableitet.