DE10151486A1

DE10151486A1 - Verwendung von Zusammensetzung als innere Antistatika für thermoplastische Kunststoffe

Info

Publication number: DE10151486A1
Application number: DE10151486A
Authority: DE
Inventors: Peter Daute; Ernst-Udo Brandt
Original assignee: Cognis Deutschland GmbH and Co KG
Current assignee: BASF Personal Care and Nutrition GmbH
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2003-04-30
Also published as: WO2003035737A1; EP1448697A1; US20040242744A1; TW584649B

Abstract

Zusammensetzungen, enthaltend DOLLAR A A) 80 bis 99,99 Gew.-% ein oder mehrerer Partialester von Fettsäuren mit 6 bis 22 C-Atomen mit mehrwertigen Alkoholen, die ausgewählt sind aus der Gruppe Glycerin und Polyglycerine und DOLLAR A B) 0,01 bis 20 Gew.-% ein oder mehrerer Perchlorate DOLLAR A eignen sich als innere Antistatika für thermoplastische Kunststoffe.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Zusammensetzungen auf Basis von Partialestern von Glycerin und/oder Polyglycerinen und Perchloraten als innere Antistatika für thermoplastische Kunststoffe.

Stand der Technik

Kunststoffe, beispielsweise Polyethylen, Polypropylen und PVC sind ausgesprochene Nichtleiter, also hochwertig elektrische Isolatoren. Diese Eigenschaft bewirkt, daß eine elektrische Aufladung der Oberfläche stattfindet und durch die damit verbundene Staubanziehung Formteile schnell verschmutzen und unansehnlich werden. Diese nachteiligen Eigenschaften lassen sich durch Antistatika weitgehend verhindern.

Bei den Antistatika unterscheidet man äußere und innerer Antistatika. Äußere Antistatika sind Produkte, die auf Kunststoff-Formteile als dünne Schicht auf die Oberfläche aufgebracht werden. Der Nachteil dieses Oberflächenauftrages ist die geringe Beständigkeit des antistatischen Effektes, so daß die Schutzwirkung mit der Zeit nachläßt und vor allem nach einem Spülen und Waschen eine Nachbehandlung erforderlich ist. Innere Antistatika sind Bestandteil des Kunststoff-Compounds und werden zusammen mit anderen Additiven dem Kunststoff zugemischt. Der entscheidende Vorteil der inneren Antistatika ist der durch sie erzielbare Dauereffekt.

Beschreibung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, Zusammensetzungen bereitzustellen, die sich zur antistatischen Ausrüstung thermoplastischer organischer Kunststoffe, insbesondere Polyethylene, Polypropylene, Polycarbonate und Polyvinylchlorid eignen ohne die anwendungstechnischen Eigenschaften der Kunststoffe negativ zu beeinflussen. Insbesondere für PVC sollten dabei die bereitzustellenden Zusammensetzungen keine Einbußen hinsichtlich eines thermischen und/oder photochemisch induzierten Abbaus des Kunststoffes bewirken.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Zusammensetzungen als innere Antistatika für thermoplastische Kunststoffe, wobei die Zusammensetzungen enthalten:

A) 80 bis 99,99 Gew.-% ein oder mehrerer Partialester von Fettsäuren mit 6 bis 22 C-Atomen mit mehrwertigen Alkoholen, die ausgewählt sind aus der Gruppe Glycerin und Polyglycerine und
B) 0,01 bis 20 Gew.-% ein oder mehrerer Perchlorate.

Bei den Verbindungen A) handelt es sich um Partialester von Fettsäuren mit 6 bis 22 C-Atomen mit mehrwertigen Alkoholen, die ausgewählt sind aus der Gruppe Glycerin und Polyglycerine.

Die den Verbindungen A) zu Grunde liegenden Fettsäuren können gesättigt oder ungesättigt, geradkettig oder verzweigt sein. Beispiele für geeignete Fettsäuren sind Hexansäure, Heptansäure, Octansäure, 2-Ethyl-hexansäure, Decansäure, Laurinsäure, Tridecansäure, Myristinsäure, Pentadecansäure, Palmitinsäure, Heptadecansäure, Stearinsäure, 12-Hydroxystearinsäure, Nonadecansäure, Arachinsäure, Heneicosansäure, Behensäure, 10-Undecensäure, Lauroleinsäure, Myristoleinsäure, Palmitoleinsäure, Ölsäure, Petroselinsäure, Elaidinsäure, Ricinolsäure, Linolsäure, Linolaidinsäure, Linolensäure, Eläostearinsäure, Gadoleinsäure, Arachidonsäure, Erucasäure, Brassidinsäure, Clupanodonsäure.

Unter Polyglycerinen sind Oligomerisierungsprodukte des Glycerins zu verstehen. Vorzugsweise beträgt der Oligomerisationsgrad der Polyglycerine 2 bis 20; diese sind durch die allgemeine Formel (I)

HO-CH₂-CH₂OH-CH₂-(O-CH₂-CH₂OH-CH₂)_n-OH (I)

gekennzeichnet, wobei n eine Zahl zwischen 1 und 19 ist.

Polyglycerine sind handelsübliche Verbindungen. Sie können nach dem Fachmann einschlägig bekannten Methoden aus Epichlorhydrin oder Glycerin hergestellt werden. Die Verbindungen A) können beispielsweise dadurch erhalten werden, daß man Fettsäuren mit 6 bis 22 C-Atomen mit Glycerin oder Polyglycerinen umsetzt. Dabei werden die Reaktionsbedingungen so gewählt, daß die eingesetzten mehrwertigen Alkohole im Mittel lediglich teilweise verestert werden. Darunter ist zu verstehen, daß die Umsetzungsprodukte im Mittel mindestens eine freie, d. h. nicht veresterte OH- Gruppe pro Molekül enthalten.

Im Hinblick auf die thermoplastischen Kunststoffe bestehen an sich keine Beschränkungen. Vorzugsweise werden thermoplastischen Kunststoffe jedoch ausgewählt aus der Gruppe Polyethylene, Polypropylene, Polyethylenterephthalat (PET), Polycarbonate und Polyvinylchlorid.

Unter Perchloraten (B) im Sinne der Erfindung sind Metallsalze und Ammoniumsalze der Perchlorsäure zu verstehen. Beispiele für erfindungsgemäß geeignete Perchlorate sind diejenigen der Formel M(ClO₄)_n, wobei M insbesondere für Ammonium, Li, Na, K, Mg, Ca, Sr, Zn, Al, La oder Ce steht. Der Index n ist entsprechend der Wertigkeit des Kations M 1, 2 oder 3.

Die Perchloratsalze können mit Alkoholen, etwa Polyolen, Cyclodextrinen, oder Ätheralkoholen bzw. Esteralkoholen komplexiert oder darin gelöst sein. Zu den Esteralkoholen sind auch die Polyolpartialester zu zählen. Bei mehrwertigen Alkoholen oder Polyolen kommen auch deren Dimere, Trimere, Oligomere und Polymere in Frage, wie Di-, Tri-, Tetra- und Polyglycole, sowie Di-, Tri- und Tetrapentaerythrit oder Polyvinylalkohol in verschiedenen Polymerisationsgraden. Im Hinblick auf Perchlorat-Alkohol-Komplexe seien ausdrücklich die dem Fachmann aus EP-B-394 547, Seite 3, Zeilen 37 bis 56 bekannten Typen miteinbezogen.

Die Perchloratsalze können in verschiedenen gängigen Darreichungsformen eingesetzt werden, zum Beispiel als Salz oder Lösung in Wasser oder einem organischen Solvens als solches, bzw. aufgezogen auf ein Trägermaterial wie PVC, Ca-Silikat, Zeolithe oder Hydrotalcite, oder eingebunden durch chemische Reaktion in einen Hydrotalcit oder eine andere Schichtgitterverbindung. Als Polyolpartialether sind Glycerinmonoether und Glycerinmonothioether bevorzugt.

Die Perchlorate können sowohl einzeln als auch im Gemisch untereinander eingesetzt werden.

Zweckmäßig kann die Einarbeitung der erfindungsgemäß einzusetzenden Zusammensetzungen in antistatisch auszurüstende thermoplastische Kunststoffe nach folgenden Methoden erfolgen:

- als Emulsion oder Dispersion (Eine Möglichkeit ist z. B. die Form einer pastösen Mischung. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Kombination besteht bei dieser Darreichungsform in der Stabilität der Paste.);
- Als Trockenmischung während des Vermischens von Zusatzkomponenten oder Polymermischungen;
- durch direktes Zugeben in die Verarbeitungsapparatur (z. B. Kalander, Mischer, Kneter, Extruder und dergleichen) oder
- als Lösung oder Schmelze.

Dabei enthält der mit den genannten Zusammensetzungen ausgerüstete thermoplastische Kunststoff die Verbindungen (B) in einer Menge von 0,001 bis 1,0 phr und insbesondere 0,002 bis 0,5 phr, wobei das Gewichtsverhältnis der Verbindungen (A) zu den Verbindungen (B) 1000 : 1 bis 1000 : 200 beträgt. Der dem Fachmann geläufige Ausdruck phr ("parts per hundred resin") gibt an, wieviele Gewichtsteile der Komponente im PVC - bezogen auf 100 Gewichtsteile PVC - vorhanden sind.

Der nach vorliegender Erfindung antistatisch ausgerüstete thermoplastische Kunststoff kann auf bekannte Weisen in die gewünschte Form gebracht werden. Solche Verfahren sind beispielsweise, Kalandrieren, Extrudieren, Spritzgießen, Sintern oder Spinnen, ferner Extrusions-Blasen oder eine Verarbeitung nach dem Plastisol-Verfahren. Plastisol-Verarbeitung, Extrusion und Kalandrieren sind dabei besonders bevorzugt.

Beispiele Eingesetzte Substanzen

PVC (I): S-PVC (K-Wert = 60)

PVC (II): E-PVC (K-Wert = 60)

KANE ACE B-58A: Schlagzähmodifier (Fa. Kaneca)

Paraloid K 175: Verarbeitungshilfmittel (Fa. Rohm und Haas)

Irgastab 17 MOK: Sn-basierter PVC-Stabilisator (Fa. Crompton)

Loxiol P 1141: Gleitmittel (Fa. Cognis)

Loxiol G 74: Gleitmittel (a. Cognis)

Triglycerin-Partialester: Partialester von handelsüblichem Triglycerin (Fa. Solvay) und Vorlauffettsäure (C6 = 2%, C8 = 60%, C10 = 35%, C12 = 3%); der Partialester ist durch folgende Daten charakterisiert: Hydoxylzahl (OHZ) = 389, Verseifungszahl (VZ) = 202

Diglycerin-Partialester: Partialester von handelsüblichem Diglycerin (Fa. Solvay) und Vorlauffettsäure (C6 = 2%, C8 = 60%, C10 = 35%, C12 = 3%); der Partialester ist durch folgende Daten charakterisiert: Hydoxylzahl (OHZ) = 440, Verseifungszahl (VZ) = 207

Beispiele B1 und B2

In der untenstehenden Tabelle 1 wurden einerseits die einzelnen Rezepturbestandteile der untersuchten Prüfrezepturen angegeben, andererseits die ermittelten Prüfergebnisse dargestellt. In der ersten Zeile der Tabelle sind die jeweiligen Nummern der Beispiele angegeben. Die Beispiele B1 und B2 dienen dem Vergleich. Die Mengenanteile der einzelnen Komponenten sind in phr angegeben; phr bedeutet dabei "part per hundred resin" und gibt an, wieviele Gewichtsteile der jeweiligen Komponente nach der Zugabe der Zusammensetzung im PVC - bezogen auf 100 Gewichtsteile PVC - vorhanden sind. Dementsprechend enthalten die Rezepturen jeweils 100 Teile S-PVC.

Entsprechend den Rezepturen der Tabelle 1 wurden Walzfelle hergestellt Die Herstellung der Walzfelle erfolgte, indem man das PVC-Pulver und die genannten Additive zusammenmischte und auf einem Laborwalzwerk 5 Minuten lang bei 180°C homogenisierte und plastifizierte. Aus den so hergestellten etwa 0,5 mm dicken Walzfellen wurden Teststücke (Prüfkörper) der Größe von 10 × 10 cm herausgeschnitten.

Von den Prüfkörpern wurde der spezifische Oberflächenwiderstand nach DIN 53482/VDE 0303 Teil 3 bestimmt. Tabelle 1

Beispiele B3 und B4

In der untenstehenden Tabelle 2 wurden einerseits die einzelnen Rezepturbestandteile der untersuchten Prüfrezepturen angegeben, andererseits die ermittelten Prüfergebnisse dargestellt. In der ersten Zeile der Tabelle sind die jeweiligen Nummern der Beispiele angegeben. Beispiele B3 dient dem Vergleich, Beispiel B4 ist erfindungsgemäß. Die Mengenanteile der einzelnen Komponenten sind in phr angegeben; phr bedeutet dabei "part per hundred resin" und gibt an, wieviele Gewichtsteile der jeweiligen Komponente nach der Zugabe der Zusammensetzung im PVC - bezogen auf 100 Gewichtsteile PVC - vorhanden sind. Dementsprechend enthalten die Rezepturen jeweils 100 Teile S-PVC.

Entsprechend den Rezepturen der Tabelle 2 wurden Walzfelle hergestellt. Die Herstellung der Walzfelle erfolgte, indem man das PVC-Pulver und die genannten Additive zusammenmischte und auf einem Laborwalzwerk 5 Minuten lang bei 180°C homogenisierte und plastifizierte. Aus den so hergestellten etwa 0,5 mm dicken Walzfellen wurden Teststücke (Prüfkörper) der Größe von 10 × 10 cm herausgeschnitten. Von den Prüfkörpern wurde der spezifische Oberflächenwiderstand nach DIN 53482/VDE 0303 Teil 3 bestimmt. Tabelle 2

Beispiele B5 und B6

In der untenstehenden Tabelle 3 wurden einerseits die einzelnen Rezepturbestandteile der untersuchten Prüfrezepturen angegeben, andererseits die ermittelten Prüfergebnisse dargestellt. In der ersten Zeile der Tabelle sind die jeweiligen Nummern der Beispiele angegeben. Beispiele B5 dient dem Vergleich, Beispiel B6 ist erfindungsgemäß. Die Mengenanteile der einzelnen Komponenten sind in phr angegeben; phr bedeutet dabei "part per hundred resin" und gibt an, wieviele Gewichtsteile der jeweiligen Komponente nach der Zugabe der Zusammensetzung im PVC - bezogen auf 100 Gewichtsteile PVC - vorhanden sind. Dementsprechend enthalten die Rezepturen jeweils 100 Teile S-PVC.

Entsprechend den Rezepturen der Tabelle 3 wurden Walzfelle hergestellt Die Herstellung der Walzfelle erfolgte, indem man das PVC-Pulver und die genannten Additive zusammenmischte und auf einem Laborwalzwerk 5 Minuten lang bei 180°C homogenisierte und plastifizierte. Aus den so hergestellten etwa 0,5 mm dicken Walzfellen wurden Teststücke (Prüfkörper) der Größe von 10 × 10 cm herausgeschnitten.

Von den Prüfkörpern wurde der spezifische Oberflächenwiderstand nach DIN 53482/VDE 0303 Teil 3 bestimmt. Tabelle 3

Claims

1. Verwendung von Zusammensetzungen als innere Antistatika für thermoplastische Kunststoffe, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzungen enthalten:

A) 80 bis 99,99 Gew.-% ein oder mehrerer Partialester von Fettsäuren mit 6 bis 22 C-Atomen mit mehrwertigen Alkoholen, die ausgewählt sind aus der Gruppe Glycerin und Polyglycerine und

B) 0,01 bis 20 Gew.-% ein oder mehrerer Perchlorate.

2. Verwendung nach Anspruch 1, wobei die thermoplastischen Kunststoffe ausgewählt werden aus der Gruppe Polyethylene, Polypropylene, Polycarbonate, Polyethylenterephthalat und Polyvinylchlorid.