DE1041243B - Verfahren zur Stabilisierung von Polyolefinen gegen termische Oxydation - Google Patents

Verfahren zur Stabilisierung von Polyolefinen gegen termische Oxydation

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DE1041243B
DE1041243B DEF19679A DEF0019679A DE1041243B DE 1041243 B DE1041243 B DE 1041243B DE F19679 A DEF19679 A DE F19679A DE F0019679 A DEF0019679 A DE F0019679A DE 1041243 B DE1041243 B DE 1041243B
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polyethylene
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thermal oxidation
stabilizing
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DEF19679A
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Dr Otto Fuchs
Dr Helmut Kappenberger
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Hoechst AG
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Hoechst AG
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00Use of organic ingredients
    • C08K5/49Phosphorus-containing compounds
    • C08K5/51Phosphorus bound to oxygen
    • C08K5/53Phosphorus bound to oxygen bound to oxygen and to carbon only
    • C08K5/5317Phosphonic compounds, e.g. R—P(:O)(OR')2
    • C08K5/5333Esters of phosphonic acids

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

  • Verfahren zur Stabilisierung von Polyolefinen gegen termische Oxydation In der deutschen Patentanmeldung F 18865 IVb/39b wird beschrieben, daß die Abbau- und Versprödungsneigung von Polyolefinen, besonders von Polyäthylen, durch den Zusatz von Mischungen aus aliphatischen geradkettigen oder verzweigten Merkaptanen und organischen basischen Verbindungen, deren wässerige Lösungen phenolphthalein-alkalisch reagieren, stark vermindert wird, wenn man die NIasse noch kurzfristig auf eine Temperatur von mindestens 1200 C erhitzt.
  • Es wurde nun gefunden, daß auch Gemische aus denselben basischen Stoffen, z. B. Triäthanolamin, und Merkaptanen von der Art der Merkaptoalkylphosphonsäureester der allgemeinen Formel in welcher R einen gesättigten verzweigten oder unverzweigten Alkylrest, der durch Sauerstoff unterl>rochen sein kann, und RL und R2 unter sich gleiche oder verschiedene gesättigte verzweigte oder unverzweigte Alkylreste oder aromatische oder gesättigte hydroaromatische Reste, die gegebenenfalls mit Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen substituiert sein können, bedeuten, hervorragende Stabilisierungsmittel für Polyäthylen darstellen. Wie bei den Stabilisirungsmittelgemischen des Hauptpatentes genügt zur Einarbeitung ein kurzzeitiges Erhitzen auf mindestens 1200 C, jedoch ist auch ein längeres, z. B. mehrstündiges Erhitzen nicht schädlich, wie sich auch aus den Beispielen ergibt. Im einzelnen steht R z. B. für -CH2-, -CH2CH2-,-CH2CHCH3, -CH2CH2CH2CH2-, -CH2-CH2-O-CH2-CH2-, entsprechend stehen Rj und R2 z. B. für -CH3, -C2H5, -C3H7 (normal und iso), - C4 H9 (normal, iso und tertiär), - C8 H17 (beliebige Isomere), C6H5, -C6H4CH3, -C6H3(CH3)2, -CH2C6H5, CH2CH2C6H4C2H6X C6H11-, C6 Hlo C H3, C10 H7 Es wurde weiter gefunden, daß man die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Merkaptane sogar nicht einrnal mit den genannten organischen basischen Verbin- dungen zu mischen braucht, sondern diese mit besonderem Vorteil allein verwenden kann. Gegenüber den obengenannten Merkaptanen weisen die Merkaptoalkylphosphonsäureester folgende Vorteile auf: I. Da die Stabilisierungswirkung auch ohne den gleichzeitigen Zusatz von stark basischen Verbindungen eintritt, wird die bei der Stabilisierung mit Merkaptanen durch Aminzusatz mitunter auftretende Verfärbung des Polyäthylens beim längeren Erhitzen auf höhere Temperatur dadurch vermieden.
  • 2. Der Geruch der Merkaptoalkylphosphonsäureester ist weniger intensiv als der der Merkaptane, wodurch die Geruchsbelästigung beim Einarbeiten des Stabilisierungsmittels in das Polyäthylen geringer ist.
  • 3. Die Merkaptoalkylphosphonsäureester sind viel leichter wasserlöslich als Merkaptane vom gleichen Siedepunkt. Dadurch kann die Einarbeitung des Stabilisierungsmittels in das Polyolefin aus wäßeriger Lösung erfolgen, was verfahrenstechnisch einen großen Vorteil bedeutet.
  • Um Korrosionen an Metallen, beispielsweise bei \ erwendung des stabilisierten Polyäthylens als Metallüberzug, zu vermeiden, ist es zweckmäßig, daß die Nierkaptoalkylphosphonsäureester möglichst säurefrei sind. Im übrigen können aber beliebige Gemische aus Verbindungen der genannten Art verwendet werden.
  • Die zur Stabilisierung der Polyolefine erforderlichen Mengen an Merkaptoalkylphosphonsäureestern hängen von der Oxydationsempfindlichkeit des zu stabilisierenden Polyolefins ab. Ein Polyolefin, das verhältnismäßig oxydationsbeständig ist, benötigt nur 0.05 bis 0.10/0 Stabilisierungsmittel, weniger beständige Polyolefine dagegen bis zu 3 ovo. Höhere Polyolefine, z. B. Polypropylen., benötigen im allgemeinen eine höhere Menge an Stabilisierungsmittel als Polyäthylen.
  • Die Einarbeitung des Stabilisierungsmittels in das Polyolefin erfolgt in der gleichen Weise wie im Hauptpatent angegeben worden ist, z. B. durch a) Einarbeiten des unverdünnten Stabilisierungsmittels in das pulverförmige Polyäthylen mit Hilfe einer üblichen Mischvorrichtung. Eine andere AIöglichkeit besteht darin, daß man l) zuerst das Stahilisierungsmittel in einem geeigneten niedrigsiedenden Lösungsmittel (z. 13. in ÄVasser, in einem Kohlenwasserstoff, wie Hexan oder Benzol. in einem chlorierten Rohlenwasserstoff, wie LIethylenchlorid. in einem Ester, wie Methylacetat, oder in einem Alkohol, wie Äthanol) auflöst, diese Lösung in das pulverförmige Polyäthylen in einer WIischvorrichtung einarbeitet und endlich das Lösungsmittel verdampft. Ein weiterer Weg ist der, c) eine das Polyäthylen bei erhöhter Temperatur, z. B. bei 1000 C, lösende oder zum mindesten stark anquellende und gleichzeitig auch den Biterkaptoalkylphosphonsäiireester lösende Verbindung, z. B.
  • Xylol, Chlorbenzol oder Tetrachloräthan, zu verwenden, wobei zuerst aus den drei Bestandteilen Polväthvlen, Stabilisierungsmittel und Lösungsmittel ein möglichst homogenes Gemisch bei erhöhter Temperatur hergestellt und anschließend das Lösungsmittel wieder verdampft wird.
  • Zur weiteren Homogenisierung einer nach einem der drei Verfahren hergestellten Klasse aus Polyäthylen und Stabilisierungsmittel kann sie oberhalb des Sclimelzpunktes des Polyäilyletis z. B. durch eine heizbare Strangpresse oder über eine Walze geschickt werden. Polväthylen. das bei der Herstellung nicht pulverförmig, sondern wie das nach dem Hochdruckverfahren hergestellte, unmittelbar als Granulat anfällt. Iäßt sich grundsätzlich auf die gleiche Weise mit dem Stabilisierungsmittel vermengen, nur ist hier ein zweimaliger Durchgang des groben Gemisches aus Granulat und Stabilisierungsmittel z.B. durch die Strangpresse zur möglichst homogenen Verteilung des Stal>ilisierungsmittels zwecLinäßig.
  • I)ie Versuche zur Bestimmung des Abbauverhaltens und der hiermit verknüpften Versprödung des Polyäthylens wurden meistens bei 1200 C durchgeführt.
  • Diese Temperatur liegt zwar schon sehr nahe bei der Temperatur bei der die Niederdrudpolyolefine mit dem höheren Schmelzpunkt (125 bis 1300 C) schmelzen und kommt daher in der technischen Verwendung selten in Betracht. Die Versucllstemperatur wurde aber absichtlich so hoch gewählt, um den Abbau und die Versprödung unter extremen Bedingungen zu untersuchen und dabei gleichzeitig die Versuchszeit erhehlich abzulxürzen. Die Versuche wurden daher mit dem genannten Niederdruckpolyäthylen ausgeführt.
  • Grundsätzlich gilt das gleiche aber auch für Hochdruclipolyäthylen. nur daß die Versuche hier bei etwas tieferer Temperatur ausgeführt werden müssen, da eine Versprödung nur am festen NIaterial zu prüfen ist.
  • Der Abbau der Njlakromoleküle wurde durch Lassen der reduzierten Viskositäten iyred= t/solc in mit 0,1 °lo Phenyl-,B-naphthylamin stabilisiertem Tetrahydrollapllthalin als Lösungsmittel bei 1200 C bei der Konzentration c = 0,5 g Polyolefin in 100 cms Lösung bestimmt. Zur Ermittlung der Versprödung wurden aus den Polyäthylenproben durch Pressen von Pulver oder Granulat unter 300 atü bei 1500 C 0,5 mrn dicke Platten hergestellt. Die Platten wurden ebenfalls auf 1200 C erhitzt und täglich auf ihre Versprödung nach dem Handbiegetest (Durchbiegen der Platte um etwa 1300 mit der Hand) geprüft; spröde Proben brechen dabei sofort auseinander, während nicht spröde Proben bis zu etwa 900 gebogen werden können, ohne daß ein Bruch erfolgt.
  • Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Stoffe lassen sich z. B. nach dem Verfahren der deutschen Patentanmeldung F 19504 IVb/12O herstellen.
  • In der USA.-Patentschrift 2 448 799 wurde die Verwendung von 2-Merkaptobenzthiazol als Stabilisierungsmittel für Polyolefine beschrieben. Vergleichsversuche zeigen, daß die Stabilisierungswirkung von 2-Merkaptobenzthiazol wesentlich schlechter als die der beanspruchten Merkaptoalkylphosphonsäureester ist. Die Verwendung der letzteren stellt also einen klaren technischen Fortschritt gegenüber dem Bekannten dar.
  • In der USA.-Patentschrift 2 494 126 wird die Verwendung von Phosphorsäurederivaten als Weichmacher in Verbindung mit Kunststoffen beschrieben.
  • Die bekannten Phosphorsäurederivate wirken aber keineswegs bei Polyolefinen als Weichmacher, da sie wegen ihrer stark polaren Natur mit den unpolaren Polyolefinen unverträglich sind. Aus diesem Stand der Technik konnte nicht ohne weiteres abgeleitet werden, daß die gemäß der Erfindung verwendeten Merkaptoalkylphosphorester, die auch einen anderen Aufbau als die bekannten Verbindungen haben, sich gut als Stabilisatoren verwenden lassen.
  • Beispiel 1 Das Pulver eines nach dem Niederdruckverfahren hergestellten Polyäthylens der reduzierten Viskosität 2,90 wurde ohne Stabilisierungsmittelzusatz auf 1200 C erhitzt. Nach 3 Tagen war die reduzierte Viskosität rred infolge oxydativen Abbaues der Molekülketten auf 1,60 abgefallen. Eine aus dem gleichen Polyäthylen hergestellte Platte war unter den gleichen Erhitzungsbedingungen nach 3 Tagen bereits völlig spröde geworden.
  • Wurde dieselbe Polyäthylensorte aber zuerst mit 0,5 Gewichtsprozent 2-Merkaptoäthylphosphonsäurediäthylester 0,5 Kp. = 910 C, stabilisiert, indem 300 g Polyathylenpulver mit einer Lösung von 1,5 g des Esters in 200g Methylacetat vermischt wurden und das Lösungsmittel im Luftstrom bei 600 C wieder verdampft worden war, so war Wred die reduzierte Viskosität, des so stabilisierten Polyäthylens auch nach 50tägigem Lagern bei 120°C erst um 90/0 abgefallen. und eine Versprödung war bei diesen Lagerbedingungen nicht festzustellen.
  • Beispiel 2 Ein anderes nicht stabilisiertes Niederdruckpolyäthylen (#red = 2,60) war nach 3tägigem Erhitzen auf 1200 C versprödet. Wurden dem gleichen Produkt 0,2 °/o 2-Merkaptoäthylphosphonsäurediäthylester zugesetzt, so fiel die reduzierte Viskosität rlred nach 3tägigem Lagern zuerst von 2,60 auf 1,92 ab, änderte sich aber nach weiterem 25tägigem Erhitzen auf 1200 C nicht mehr merklich; eine Versprödung war auch nach dieser Zeit noch nicht festzustellen.
  • Beispiel 3 Ein nach dem Hochdruckverfahren hergestelltes Polyäthylen der Ausgangsviskosität r1red 1,08 war nach 6 Tagen Lagerung bei 1050 C versprödet. Nach Zusatz von 1 O/o 2-Merkaptoäthylphosphonsäurediäthylester trat Versprödung bei 1050 C erst nach 40 Tagen auf.
  • Beispiel 4 Polypropylen ist wesentlich oxydationsempfindlicher als Polyäthylen. So sank die reduzierte Viskosität gred nach 4 Tagen Lagerung bei 1200 C von 5,70 auf 0,11. Nach Zusatz von 1 0/o 2-Merkaptoäthylphosphonsäurediäthylester betrug die Viskosität tyred nach 4 Tagen 0,98. Hieraus ist zu sehen, daß der Stabilisator auch hier wirksam ist, wenn auch nicht in so starkem Masse wie bei Polyäthylen. Wird die Stabilisatormenge aber auf 3 ovo erhöht, so beträgt die Viskosität gred nach 4 Tagen noch 5,12.
  • Vergleichsversuch Die gleiche Polyäthylenprobe wie Beispiel 2 wurde mit 0,50/0 2-Merkaptobenzthiazol stabilisiert. Beim Lagern einer daraus hergestellten Platte bei 1200 C trat nach 18 Tagen eine Versprödung auf, während bei dem Beispiel 2 mit nur 0,2 0/o 2-Merkaptoäthylphosphonsäurediäthylester erst nach 31 Tagen ein Beginn der Versprödung festzustellen war.
  • Beim Lagern bei 1300 C wurde die Probe mit 0,50/0 2-Merkaptobenzthiazol nach 4 Tagen, die Probe mit nur 0,2 O/o 2-Merkaptoäthylphosphonsäurediäthylester erst nach 7 Tagen unbrauchbar.
  • Daraus folgt deutlich, daß Merkaptoäthylphosphonsäurediäthylester besser stabilisiert als 2-Merkaptobenzthiazol.
  • PATENTAXSPRt7CHE 1. Verfahren zur Stabilisierung von Polyolefinen gegen thermische Oxydation durch Zusatz von geradkettigen oder verzweigten Merkaptanen und basischen organisschen Verbindungen und kurzfristiges Erhitzen der Masse auf 1200 C nach Patent 1 025 139, dadurch gekennzeichnet, daß man als Merkaptane Merkaptoalkylphosphonsäureester der allgemeinen Formel verwendet, in welcher R einen gesättigten verzweigten oder unverzweigten Alkylrest, der durch Sauerstoff unterbrochen sein kann, und R, und R2 unter sich gleiche oder verschiedene gesättigte verzweigte oder unverzweigte Alkylreste oder aromatische oder gesättigte hydroaromatische Reste, die gegebenenfalls mit Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen substituiert sein können, bedeuten.
  • 2. Abänderung des Verfahrens des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Merkaptoalkylphosphonsäureester für sich allein ohne Zusatz von basischen organischen Verbindungen verwendet.

Claims (1)

  1. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 494 126, 2 448 799.
DEF19679A 1956-03-03 1956-03-03 Verfahren zur Stabilisierung von Polyolefinen gegen termische Oxydation Pending DE1041243B (de)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1153164B (de) * 1959-10-28 1963-08-22 Sun Oil Co Stabilisierte Formmassen auf Basis von Polyolefinen
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DE1283502B (de) * 1961-03-28 1969-02-20 Ici Ltd Verfahren zum Stabilisieren von Polyaethylen oder Polypropylen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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