DE19511016A1 - Kationische Schichtverbindungen, deren Herstellung und deren Verwendung als PVC-Stabilisatoren - Google Patents
Kationische Schichtverbindungen, deren Herstellung und deren Verwendung als PVC-StabilisatorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft spezielle kationische Schichtverbindungen
vom Typ des Hydrotalcits. Verfahren zur Herstellung derselben und
deren Verwendung als Co-Stabilisatoren für insbesondere mit
Calcium- und/oder Zinksalzen stabilisierte halogenhaltige Kunst
stoffe.
Halogenhaltige Kunststoffe oder daraus hergestellte Formmassen
neigen bekanntermaßen unter Wärmeeinwirkung oder beim Aussetzen an
Ultraviolettlicht zu einem Abbau bzw. Zersetzung. Um dem entgegen
zuwirken werden herkömmlicherweise Schwermetallverbindungen auf
Basis Blei. Zinn, Barium und/oder Cadmium eingesetzt. Aus ar
beitsphysiologischer Sicht besteht jedoch ein Bedürfnis, diese
durchaus wirkungsvollen Stabilisatoren gegen weniger gesundheits
gefährdende Stoffe auszutauschen. Als Alternative zu den Schwer
metallverbindungen kommen beispielsweise Calcium- und Zinkseifen
als Stabilisatoren in Betracht, die jedoch nicht das Leistungsver
mögen der o. g. Schwermetallverbindungen erreichen, so daß zur
Steigerung ihrer stabilisierenden Wirkung Co-Stabilisatoren benö
tigt werden.
In der deutschen Patentschrift DE-C-30 19 632 ist die Verwendung
von Hydrotalciten zur Inhibierung des thermischen oder ultravio
letten Abbaus von halogenhaltigen thermoplastischen Harzen be
schrieben. In dieser Patentschrift werden Untersuchungsergebnisse
mitgeteilt, die zeigen, daß, wenn man am Markt leicht erhältliche
Hydrotalcite beispielsweise in Vinylchloridharze einarbeitet, diese
Hydrotalcite die Entchlorierung der Harze beim Erhitzen beschleu
nigen oder sogar eine Zersetzung. Schwarzfärbung oder Schaumbildung
der Harze bewirken. Zudem wurde festgestellt, daß diese
Hydrotalcite eine schlechte Dispergierbarkeit in den Harzen haben
und die rheologischen Eigenschaften der Harze während des
Verformens sowie das Aussehen der Formprodukte nachteilig beein
flussen. Diese Untersuchungsergebnisse werden auf die geringe Kri
stallgröße der gewöhnlichen Hydrotalcite sowie auf die große spe
zifische Oberfläche nach BET von mindestens etwa 50 m²/g und die
Belegung der Hydrotalcitteilchen mit Wasser zurückgeführt. Demgemäß
wird in der deutschen Patentschrift DE-C-30 19 632 vorgeschlagen,
Hydrotalcite mit einem großen Kristallkorn und mit einer spezi
fischen Oberfläche nach BET von nicht mehr als 30 m²/g, die gege
benenfalls mit einem anionischen oberflächenaktiven Mittel wie
Natriumstearat belegt sein kann, zu verwenden. Auch in der europä
ischen Patentanmeldung EP-A-189 899 werden Harzzusammensetzungen
beschrieben, die Hydrotalcite mit spezifischen Oberflächen nach BET
kleiner 30 m²/g enthalten. Aus dieser europäischen Patentanmeldung
ist bekannt, daß die Hydrotalcite modifiziert sein können mit hö
heren Fettsäureestern, anionischen oberflächenaktiven Mitteln und
Kupplungsmitteln der Silan- oder Titan-Typen, um die Kompatibilität
des Hydrotalcits mit den Kunststoffmassen zu verbessern. Die
Modifizierung der Hydrotalcite soll gemäß der zitierten europä
ischen Patentanmeldung EP-A-189 899 durch mechanisches Vermischen
von Hydrotalciten mit den Modifizierungsmitteln in purer oder ge
löster Form erfolgen.
In der Patentschrift DE-C-33 06 822 wird gelehrt, daß durch Umset
zen von "aktivem" Aluminiumhydroxid mit Magnesiumhydroxid oder Ma
gnesiumoxid in Gegenwart von basischem Magnesiumcarbonat als
Carbonat-Ionenspender bei einer Temperatur von 50°C bis 100°C und
anschließender Sprühtrocknung aus der Suspension Hydrotalcite der
Formel [Mg₆Al₂(OH)₁₂](CO₃)₃ · 4 H₂O erhalten werden. Dieses Vorge
hen setzt die Verfügbarkeit von "aktivem" Aluminiumhydroxid voraus,
wie es bei beispielsweise durch Fällen aus Aluminiumsalzlösungen
und Aufbewahren in Gelform erhältlich ist. Dieses Verfahren setzt
demnach einen zusätzlichen Herstellungsschritt - die Fällung und
das Auswaschen des Aluminiumhydroxidgels - voraus oder macht es
erforderliche ein derartiges Gel von einem Hersteller zu beziehen
und damit große Wassermengen zu transportieren, worunter die Wirt
schaftlichkeit des Verfahrens leidet.
Die US-A-4 656 156 beschreibt ein Herstellverfahren für
Hydrotalcit, wobei als Aluminiumkomponente die Aluminatlauge des
Bayer-Prozesses verwendet wird. Die Bayer-Lauge wird dabei mit
"aktivem" Magnesiumoxid umgesetzt, wie es beispielsweise durch
Calcinierung von Magnesiumcarbonat erhalten werden kann. Ein Ein
satz dieses Verfahrens ist wirtschaftlich nur an den Stellen sinn
voll, an denen die Bayer-Lauge selbst anfällt, da ansonsten auch
hierbei größere Wassermengen transportiert werden müßten.
Die DE-A-15 92 126 beschreibt die Herstellung von Hydrotalciten aus
unterschiedlichen Ausgangsstoffen, beispielsweise aus einer Auf
schlämmung von festem Aluminiumhydroxid, festem Magnesiumhydroxid
und Natriumhydrogencarbonat. Dabei werden die Umsetzungen
chargenweise ausgeführt, und die Produkte werden von der Wasser
phase durch Filtration oder durch Zentrifugieren abgetrennt und
gewaschen, bevor sie getrocknet werden. Das Abfiltrieren bzw. Ab
zentrifugieren der sehr feinteilig anfallenden Reaktionsprodukte
sowie deren Auswaschen stellt einen verfahrenstechnisch aufwendigen
und zeitintensiven Schritt dar, der die Fertigungskosten wesentlich
beeinflußt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin. Co-Stabili
satoren für halogenhaltige Kunststoffe und ein Verfahren zu deren
Herstellung bereitzustellen, die
- - verträglich sind mit Calcium- und/oder Zinkverbindungen,
- - dispergierbar sind in halogenhaltigen Kunststoffen, ohne deren rheologische Eigenschaften nachteilig zu beeinflussen,
- - in der Lage sind, die Zersetzungsprodukte von halogenhaltigen Kunststoffen gut abzufangen,
- - kostengünstig herstellbar sind.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Mittel zum Stabilisie
ren von halogenhaltigen Kunststoffen gegen thermischen oder
photochemischen Abbau, enthaltend kationische Schichtverbindungen
der allgemeinen Formel (I)
[M(II) xAl(OH)y](An-)z · mH₂O (I)
in der M(II) für mindestens ein zweiwertiges Metallion und An- für
ein Säureanion der Ladung n- (n = 1, 2 oder 3) stehen und die
Bedingungen 1 < x < 5, y < z, (y + nz) = 2x + 3 und 0 < m < 10
gelten,
dadurch gekennzeichnet, daß sie erhältlich sind, indem man ein wäßriges Gemenge aus mindestens einer Quelle zweiwertiger Metall ionen M(II), einer Quelle der Anionen An- und kristallinem Alumi niumhydroxid mit 1 bis 20 Mol-%, bezogen auf Aluminiumhydroxid, Alkalimetallhydroxid versetzt, für eine Zeit zwischen 10 und 240 Minuten auf eine Temperatur zwischen 100 und 240°C erhitzt und ohne vorherige Abtrennung des Feststoffs von der Wasserphase zu einem Pulver trocknet.
dadurch gekennzeichnet, daß sie erhältlich sind, indem man ein wäßriges Gemenge aus mindestens einer Quelle zweiwertiger Metall ionen M(II), einer Quelle der Anionen An- und kristallinem Alumi niumhydroxid mit 1 bis 20 Mol-%, bezogen auf Aluminiumhydroxid, Alkalimetallhydroxid versetzt, für eine Zeit zwischen 10 und 240 Minuten auf eine Temperatur zwischen 100 und 240°C erhitzt und ohne vorherige Abtrennung des Feststoffs von der Wasserphase zu einem Pulver trocknet.
Die kationischen Schichtverbindungen der allgemeinen Formel I sind
an sich bekannte Verbindungen, deren Struktur und Herstellung
beispielsweise von W. T. Reichle in Chemtec (Januar 1986), Seiten
58-63, beschrieben werden. Bevorzugt im Sinne der Erfindung werden
kationische Schichtverbindungen der allgemeinen Formel I, in der
M(II) für mindestens ein zweiwertiges Metallion, ausgewählt aus
der Gruppe Magnesium, Calcium und Zink steht. Bevorzugt steht
M(II) lediglich für ein zweiwertiges Metallion aus der genannten
Gruppe und insbesondere für Magnesium. Ganz besonders bevorzugt
werden kationische Schichtverbindungen der allgemeinen Formel I,
in denen An- für ein Säureanion mit der Ladung n ausgewählt aus
der Anionengruppe Carbonat. Hydrogencarbonat. Perchlorat, Acetat,
Nitrat, Tartrat, Oxalat und Jodid steht, vorzugsweise für
Carbonat. Wenn bei der Erläuterung zu obiger Formel I von minde
stens einem zweiwertigen Metallion die Rede ist, so bedeutet dies,
daß in der kationischen Schichtverbindung auch unterschiedliche
zweiwertige Metallionen nebeneinander vorliegen können. Die
Indices x, y und z sowie m können ganze oder gebrochene Zahlen
innerhalb der angegebenen Bedingungen sein. Besonders vorteilhaft
sind kationische Schichtverbindungen der allgemeinen Formel I, in
der M(II) für Magnesium und An- für Carbonat steht. Beispiele für
geeignete kationische Schichtverbindungen sind synthetische
Hydrotalcite, die auch als basische Aluminium-Magnesium-Carbonate
bezeichnet werden und die allgemein nach dem in der deutschen
Auslegeschrift DE-B-15 92 126 und den in der deutschen Offenle
gungsschriften DE-A-20 61 114 oder DE-A 29 05 256 beschriebenen
Verfahren hergestellt werden können. Ganz besonders bevorzugt sind
die Hydrotalcite der Formel [Mg₆Al₂(OH)₁₆]CO₃ · mH₂O oder der
Formel [Mg₄Al₂(OH)₁₂](CO₃) · m H₂O, in der m die bereits gegebene
Bedeutung hat.
Als Quelle zweiwertiger Metallionen kommen deren Carbonate,
Hydroxocarbonate, Hydroxide, Oxide oder deren wasserlösliche Salze
wie beispielsweise die Nitrate, Chloride, Sulfate oder Perchlorate
in Betracht. Besonders bevorzugt ist es, solche Quellen zweiwer
tiger Metallionen zu wählen, die bereits das Anion An- enthalten.
In diesem Falle ist es nicht erforderlich, eine zusätzliche Quelle
dieser Anionen zuzusetzen. Beispielsweise ist es besonders bevor
zugt, zumindest einen Teil der zweiwertigen Metallionen als
Carbonate oder als Hydroxocarbonate einzusetzen. Verwendet man als
Quelle zweiwertiger Metallionen ausschließlich deren Oxide oder
Hydroxide, ist es erforderlich, eine zusätzliche Quelle der An
ionen An- einzusetzen, beispielsweise in Form von Alkalimetall
salzen. Dabei sind Alkalimetallsalze der Kohlensäure und/oder von
Oxosäuren von Halogenen wie beispielsweise der Perchlorsäure be
vorzugt, die in Mengen von 1 bis 100 Mol-% bezüglich des Alumini
umgehalts der Reaktionsmischung zugesetzt werden können. Bei
spielsweise kann dem Reaktionsansatz Natriumcarbonat zugesetzt
werden.
Als Aluminiumquelle wird kristallines Aluminiumhydroxid einge
setzt, das beispielsweise unter der Bezeichnung Gibbsit,
Hydrargillit oder Bayerit bekannt ist. Vorzugsweise setzt man den
im Bayer-Verfahren anfallenden Gibbsit ein. Es ist nicht erfor
derlich, Aluminium in gelöster Form, beispielsweise als
Aluminatlauge gemäß der US 4 656 156 oder in "aktiver" Form, bei
spielsweise als Gel gemäß der DE-C-33 06 822 einzusetzen. Um das
erfindungsgemäß zu verwendende kristalline Aluminiumhydroxid mit
der Quelle zweiwertiger Metallionen unter Bildung der kationischen
Schichtverbindung zur Reaktion zu bringen, sind Temperaturen im
Bereich zwischen etwa 100 und etwa 240°C und Reaktionszeiten
zwischen etwa 10 und etwa 240 Minuten erforderlich. Weiterhin ist
es erforderlich, dem wäßrigen Gemenge vor dem Erhitzen auf die
Reaktionstemperatur eine katalytisch wirksame Menge
Alkalimetallhydroxid zuzusetzen. Die erforderliche Menge an
Alkalimetallhydroxid beträgt etwa 1 bis etwa 20 Mol-% bezogen auf
Aluminiumhydroxid, vorzugsweise etwa 2 bis etwa 10 Mol-%. Aus
wirtschaftlichen Gründen setzt man als Alkalimetallhydroxid vor
zugsweise Natriumhydroxid ein, Kaliumhydroxid wäre aber bei
spielsweise ebenfalls zu verwenden. Verringert man die zugesetzte
Menge an Alkalimetallhydroxid unter die erfindungsgemäße Unter
grenze, erfolgt die Umsetzung des Aluminumhydroxids mit der Quelle
zweiwertiger Metallionen zur kationischen Schichtverbindung nur
unvollständig. Alkalimetallhydroxidmengen über die
erfindungsgemäße Obergrenze hinaus sind zwar für den Verlauf der
Umsetzung nicht schädlich, wirken sich jedoch nachteilig auf die
Stabilisierungseigenschaften des nach Trocknung des Reaktionsge
misches erhältlichen Pulvers aus.
Bei Reaktionstemperaturen unterhalb von etwa 100°C und bei Um
setzungszeiten von weniger als etwa 10 Minuten erfolgt die Bildung
der kationischen Schichtverbindung nur unvollständig, Reaktions
temperaturen oberhalb von 240°C und Reaktionszeiten von mehr als
etwa 240 Minuten bringen keinen weiteren Vorteil und sind damit
ökonomisch nachteilig.
Die unter diesen Bedingungen gebildete kationische Schichtverbin
dung wird durch Trocknung ohne vorherige Abtrennung des Feststoffs
von der Wasserphase in pulverförmiger Form gewonnen. Da hierdurch
der aufwendige Verfahrensschritt Filtrieren bzw. Zentrifugieren
nicht erforderlich ist, ist dieses Verfahren besonders wirt
schaftlich. Die eingesetzten Alkalimetallionen verbleiben hierbei
im Endprodukt, ohne daß hierdurch die stabilisierende Wirkung ge
gen den thermischen Abbau halogenhaltiger Kunststoffe nachteilig
beeinflußt wird. In welcher Form die Alkalimetallionen im Endpro
dukt vorliegen, hängt von deren Einsatzmenge, von den Reaktions
bedingungen und von der Art der Trocknung ab. Die
Alkalimetallionen können im pulverförmigen Endprodukt als
Hydroxid, als Salz mit dem Anion An-, beispielsweise als Carbonat,
oder als Alkalimetallaluminat bzw. als ein Alkalimetall
aluminium-hydroxosalz vorliegen. Für die erfindungsgemäße Verwen
dung ist dies unerheblich. Es ist auch nicht auszuschließen, daß
die Alkalimetallionen in die kationische Schichtverbindung einge
baut werden.
Kationische Schichtverbindungen, die nach diesem Verfahren herge
stellt werden, weisen eine spezifische Oberfläche nach BET (ge
messen mit Stickstoff) von oberhalb etwa 10 m²/g, vorzugsweise
zwischen 50 und 200 m²/g auf. Im Sinne der Erfindung entspricht
der Begriff der spezifischen Oberfläche nach BET der Definition in
Römpp′s Chemie Lexikon, Band 1, 8. Auflage, 1979, Seite 423. Dabei
sind die geringeren BET-Oberflächen, beispielsweise im Bereich
zwischen etwa 10 und etwa 50 m²/g, dann vorzuziehen, wenn dem Re
aktionsansatz keine weiteren organischen Additive zugesetzt wur
den. Setzt man jedoch bei der Herstellung der kationischen
Schichtverbindungen eines oder mehrere der nachstehend beschrie
benen organischen Additive zu, ist es bevorzugt, daß die BET-
Oberfläche der erhaltenen Pulver oberhalb von etwa 50 m²/g liegt.
Dies hängt mit den Dispergiereigenschaften der erhaltenen Pulver
in der PVC-Matrix zusammen: Erhalten diese Pulver kein
dispergierend wirkendes organisches Additiv, ist es vorzuziehen,
wenn das Pulver aus gut ausgebildeten und wenig aneinander haf
tenden Einzelkriställchen besteht. In diesem Falle liegt die spe
zifische Oberfläche deutlich unter 50 m²/g. Wegen ihrer
prinzipiell besseren Aufnahmefähigkeit für den bei der Zersetzung
von PVC abgespaltenen Chlorwasserstoff sind jedoch Pulver mit ei
ner spezifischen Oberfläche oberhalb von 50 m² bevorzugt. Derar
tige feinteilige Pulver bestehen jedoch aus stark zur Bildung von
Aggregaten neigenden Mikrokristallen, die sich nicht hinreichend
homogen in der PVC-Matrix dispergieren. Die Aggregationsneigung
kann verringert und damit die Dispergierbarkeit im PVC verbessert
werden, wenn man dem Reaktionsansatz spätestens vor der Trocknung
zu einem Pulver, vorzugsweise jedoch bereits vor dem Erhitzen auf
die Reaktionstemperatur eines oder mehrere der nachstehend be
schriebenen Additive zusetzt. Durch die verbesserte Dispergierung
in der PVC-Matrix steht eine erhöhte aktive Oberfläche für die
Bindung von Chlorwasserstoff zur Verfügung. Arbeitet man ohne Zu
satz von organischen Additiven der nachstehend beschriebenen Art,
sind bei der Herstellung der kationischen Schichtverbindungen
Temperaturen im oberen Drittel des erfindungsgemäßen Temperatur
bereiches, beispielsweise zwischen etwa 185 und etwa 240°C vor
zuziehen, um Produkte mit einer spezifischen Oberfläche unter etwa
50 m²/g zu erhalten. Führt man die Umsetzung in Gegenwart derar
tiger organischer Additive durch oder gibt diese vor dem Trocknen
der Reaktionsmischung zu, sollte die Temperatur bei der Herstel
lung unterhalb von etwa 185°C liegen, um Produkte mit einer spe
zifischen Oberfläche oberhalb von etwa 50 m²/g zu erhalten.
Demnach umfaßt die Erfindung in einer speziellen Ausführungsform
Mittel zum Stabilisieren von halogenhaltigen Kunststoffen, die
zusätzlich insgesamt etwa 0,5 bis etwa 15 Gew.-%, bezogen auf die
kationische Schichtverbindung, eines oder mehrerer Additive aus
gewählt aus folgenden Gruppen enthalten:
- A) Polyole mit 3 bis 30 C-Atomen und mindestens 2 Hydroxylgruppen,
- B) Ester von teilweise oder vollständig epoxidierten ungesättigten Carbonsäuren mit 6 bis 22 C-Atomen,
- C) Voll- und Partialester von Polyolen mit 3 bis 30 C-Atomen und 2 bis 12 Hydroxylgruppen mit Carbonsäuren mit 6 bis 22 C-Atomen,
- D) Alkyl- und Arylphosphite.
- E) Anionen von gesättigten oder ungesättigten Fettsäuren mit 6 bis 22 C-Atomen,
- F) in Wasser mit pH-Werten über 8 lösliche Polymere mit einem Mo lekulargewicht von 500 bis 50000.
Als Additive der Gruppe A) kommen Polyole mit mindestens zwei Hy
droxylgruppen und insgesamt 3 bis 30 C-Atomen in Betracht. Bei
spiele für derartige Polyole sind Diole mit 3 bis 30 C-Atomen, wie
Butandiole. Hexandiole, Dodecandiole, und Polyole wie Tri
methylolpropan, Pentaerythrit, Glycerin sowie deren technische
Oligomergemische mit durchschnittlichen Kondensationsgraden von 2
bis 10. Ganz besonders bevorzugt werden Polyole mit 3 bis 30 C-
Atomen, die alle 3 C-Atome mindestens eine Hydroxylgruppe oder
einen Ethersauerstoff tragen, vorzugsweise Glycerin und/oder die
technischen Oligoglyceringemische mit durchschnittlichen Konden
sationsgraden von 2 bis 10. Insbesondere ist hierfür auch das als
"THEIC" bekannte Tris-(2-hydroxyethyl)isocyanurat (EP-B-377 428)
geeignet.
Bei den Additiven der Gruppe B) handelt es sich um Ester von
teilweise oder vollständig epoxidierten ungesättigten Carbonsäuren
mit 6 bis 22 C-Atomen. Geeignete Ester sind Ester von ein-, zwei-
und/oder dreiwertigen Alkoholen, die vollständig mit epoxidierten
ungesättigten Carbonsäuren mit 6 bis 22 C-Atomen verestert sind
wie Methyl-, 2-Ethylhexyl-, Ethylenglykol-, Butandiol-,
Neopentylglykol-, Glycerin- und/oder Trimethylolpropanester von
epoxidierter Lauroleinsäure, Palmitoleinsäure, Ölsäure, Ricinol
säure, Linolsäure und/oder Linolensäure. Bevorzugt werden Ester
von dreiwertigen Alkoholen und vollständig epoxidierten ungesät
tigten Carbonsäuren mit 12 bis 22 C-Atomen, und insbesondere Ester
von Glycerin mit vollständig epoxidierten ungesättigten Carbon
säuren mit 12 bis 22 C-Atomen. Die Carbonsäurekomponente kann sich
beispielsweise von Palmitoleinsäure, Ölsäure, Elaidinsäure,
Petroselinsäure, Ricinolsäure, Linolensäure, Gadoleinsäure oder
Erucasäure ableiten. Die ungesättigten Carbonsäuren werden nach
bekannten Verfahren epoxidiert. Wie in der Fettchemie üblich,
können die epoxidierten Carbonsäureglyceride auch technische Ge
mische darstellen, wie man sie durch Epoxidation von natürlichen
ungesättigten Fetten und Ölen erhält. Vorzugsweise wird
epoxidiertes Rüböl, epoxidiertes ungesättigtes Sojaöl und/oder
epoxidiertes Sonnenblumenöl neuer Züchtung eingesetzt.
Bei den Additiven der Gruppe C) handelt es sich um Voll- oder
Partialester, die nach den einschlägigen Methoden der präparativen
organischen Chemie, beispielsweise durch säurekatalysierte Umset
zung von Polyolen mit Carbonsäuren erhalten werden. Als
Polyolkomponente kommen dabei solche in Betracht, die bereits in
der Gruppe A) besprochen wurden. Als Säurekomponente werden be
vorzugt aliphatische, gesättigte und/oder ungesättigte
Carbonsäuren mit 6 bis 22 C-Atomen wie Capronsäure, Caprylsäure,
Caprinsäure, Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure,
Palmitoleinsäure, Stearinsäure, Ölsäure, Ricinolsäure, Linolsäure,
Linolensäure, Behensäure oder Erucasäure. Wie in der Fettchemie
üblich, kann die Carbonsäurekomponente auch ein technisches Ge
misch darstellen, wie es bei der Druckspaltung von natürlichen
Fetten und Ölen anfällt. Bevorzugt werden Partialester von Gly
cerin und insbesondere von dessen technischen Oligoglyceringemi
schen mit durchschnittlichen Kondensationsgraden von 2 bis 10 und
gesättigten und/oder ungesättigten aliphatischen Carbonsäuren mit
6 bis 22 C-Atomen.
Als Additive bei Gruppe D) können Alkyl- und Arylphosphite ein
gesetzt werdend vorzugsweise solche der allgemeinen Formel II
in der R¹, R² und R³ unabhängig voneinander für einen Alkylrest
mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder einen Phenylrest stehen. Ty
pische Beispiele für Additive der Gruppe D) sind Tributylphosphit,
Triphenylphosphit, Dimethylphenylphosphit und/oder Dimethyl
stearylphosphit. Bevorzugt wird Diphenyldecylphosphit.
Als Additive der Gruppe E) kommen Anionen von gesättigten oder
ein- oder mehrfach ungesättigten Fettsäuren mit 6 bis 22 C-Atomen
in Betracht, die linear oder verzweigt sein können. Aufgrund der
leichteren Verfügbarkeit sind lineare Fettsäuren bevorzugt. Dabei
sind reine Fettsäuren wie beispielsweise Laurinsäure, Myristin
säure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Lauroleinsäure,
Myristoleinsäure, Palmitoleinsäure, Ölsäure, Linolsäure oder
Linolensäure geeignet. Ökonomisch attraktiv ist es jedoch auch,
Fettsäuregemische einzusetzen, wie sie aus der Spaltung natür
licher Öle und Fette erhältlich sind. Dabei ist es unerheblich, ob
die Fettsäuren als solche oder als - vorzugsweise wasserlösliche
- Salze, beispielsweise als Natrium- oder Kaliumsalze eingesetzt
werden. Da die Reaktionsmischung stark alkalisch ist, wird das
Reaktionsprodukt die Fettsäuren in jedem Falle in Form ihrer An
ionen enthalten.
Additive der Gruppe F) sind in Wasser mit pH-Werten oberhalb 8,
vorzugsweise mit pH-Werten von 9 bis 12 lösliche Polymere, die ein
durchschnittliches (Zahlenmittel) Molekulargewicht von 500 bis
50000 besitzen. Der Begriff "löslich" bedeutet in diesem Zusam
menhang, daß die polymeren Additive zu mehr als 0,01 Gew.-% in
einer wäßrigen Lösung mit pH 10, eingestellt mit Alkalihydroxiden
bei 20°C, vorzugsweise zu mindestens 0,1 Gew.-% und insbesondere
unter den angegebenen Bedingungen vollständig klar gelöst sind.
Prinzipiell können als polymere Additive alle Polymere eingesetzt
werden, die der Fachmann als Pigmentdispergatoren (vergleiche
Kirk-Othmer "Encyclopedia of Chemical Technology", Vol. 7. third
Edition, 1979, Seiten 840-841 oder Ullmann′s "Encyclopedia of
Industrial Chemistry", Vol A8, 5th Edition, 1987, Seiten 586-601)
kennt, sofern sie die Voraussetzungen der Löslichkeit und des
Molekulargewichts erfüllen. Bevorzugt werden als polymere Additive
Acrylsäure- und Methacrylsäurehomo- und -copolymere,
Ligninsulfonate und Trimerfettsäuren. Insbesondere geeignet sind
polymere Additive ausgewählt aus der Gruppe Polymere von
Acrylsäure und Methacrylsäure sowie deren Copolymere mit
sulfonsäuregruppenhaltigen ungesättigten Monomeren,
phosphonsäuregruppenhaltigen ungesättigten Monomeren, ungesät
tigten aliphatischen Carbonsäuren mit 3 bis 5 C-Atomen, Amiden von
ungesättigten aliphatischen Carbonsäuren mit 3 bis 5 C-Atomen,
aminogruppenhaltigen ungesättigten Monomeren und/oder deren Salze,
Vinylacetat, Vinylchlorid, Acrylnitril, Vinylidenchlorid, 1,3-Bu
tadien, Styrol, Alkylstyrolen mit 1 bis 4 C-Atomen im Alkylrest.
Beispiele dafür sind Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure - im fol
genden werden Acrylsäure und Methacrylsäure sowie deren Derivate
vereinfacht als (Meth)acrylsäure bzw. Derivate abgekürzt - und/oder
deren Salze wie Polynatrium(meth)acrylat. Copolymere von (Meth)
acrylsäure mit Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Styrolsulfon
säure, α-Methylstyrol, 2-Vinylpyridin, 1-Vinylimidazol, Dimethyl
aminopropyl(meth)acrylamid, 2-(Meth)acrylamido-2-methylpropansul
fonsäure, (Meth)acrylamid, N-Hydroxydimethyl(metha)acrylamid
und/oder deren Salze. Ganz besonders bevorzugt unter den polymeren
Additiven sind solche, die einen überwiegend anionischen Charakter
aufweisen, das heißt, die mehrheitlich Säuregruppen frei oder in
Form ihrer Salze tragen. Insbesondere bevorzugt sind Polymere von
(Meth)acrylsäure sowie deren Copolymerisate mit Styrol, Alkyl
styrolen mit 1 bis 4 C-Atomen im Alkylrest, Styrolsulfonsäure,
Maleinsäure und/oder deren Salze, insbesondere deren Natriumsalze
und Maleinsäureanhydrid. Zweckmäßigerweise besitzen die polymeren
Additive ein Molekulargewicht von 1000 bis 10000. Die Herstellung
der polymeren Additive kann nach bekannten Verfahren wie Substanz-
oder Lösungsmittelpolymerisation erfolgen (vergleiche Ullmann′s
Encyclopädie der technischen Chemie, Band 19, 4. Auflage, Seiten
2-11, 1980). Verfahren zur Herstellung von Ligninsulfonsäure bzw.
deren Salze werden ebenfalls in Ullmann′s Encyclopädie der tech
nischen Chemie, Band 16, 4. Auflage, Seiten 254-257, 1978, be
schrieben. Trimerfettsäuren sind handelsübliche Produkte, die als
Rückstand bei der Dimerfettsäuredestillation anfallen, wie Pripol®
1040 der Fa. Unichema oder Emery® 1000 der Fa. Emery.
Die Verwendung derartiger Additive im Zusammenhang mit
kationischen Schichtverbindungen ist bekannt aus den Schriften WO
92/06135, WO 92/20732 und WO 92/20619.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Ver
fahren zur Herstellung von kationischen Schichtverbindungen der
allgemeinen Formel (I)
[M(II) xAl(OH)y](An-)z · mH₂O (I)
in der M(II) für mindestens ein zweiwertiges Metallion und An- für
ein Säureanion der Ladung n- (n = 1, 2 oder 3), stehen und die
Bedingungen 1 < x < 5, y < z, (y + nz) = 2x + 3 und 0 < m < 10
gelten,
dadurch gekennzeichnet, daß man ein wäßriges Gemenge aus minde
stens einer Quelle zweiwertiger Metallionen M(II), einer Quelle
der Anionen An- und kristallinem Aluminiumhydroxid mit 1 bis 20
Mol-%, bezogen auf Aluminiumhydroxid, Alkalimetallhydroxid ver
setzt, für eine Zeit zwischen 10 und 240 Minuten auf eine Tempe
ratur zwischen 100 und 240°C erhitzt und ohne vorherige Abtren
nung des Feststoffs von der Wasserphase zu einem Pulver trocknet.
Einzelheiten zu den Verfahrensbedingungen und eingesetzten Ver
bindungen sind dem vorangehenden Beschreibungstext zu entnehmen.
Das Herstellverfahren kann chargenweise durchgeführt werden. Be
sonders attraktiv ist es jedoch, die Herstellung kontinuierlich,
beispielsweise in einem Rohrreaktor, durchzuführen. Die Durch
flußgeschwindigkeiten sind dabei so zu wählen, daß die
erfindungsgemäßen Reaktionszeiten eingehalten werden. Die wäßrige
Produktaufschlämmung kann nach Verlassen des Druckreaktors direkt
oder nach Zwischenlagerung getrocknet werden, vorzugsweise durch
eine Sprühtrocknung. Als Trocknungsgas kann hierbei direkt oder
indirekt erhitzte Luft, ein erhitztes Inertgas wie beispielsweise
Stickstoff oder auch überhitzter Wasserdampf verwendet werden.
Zweckmäßigerweise wird die Trocknung bei Temperaturen durchge
führt, die den Siedepunkt der Additive A) bis F) nicht um mehr als
10°C überschreitet, insbesondere gar nicht überschreitet. In
einigen Fällen führt eine zusätzliche Entwässerung mittels Nach
trocknung, die vorteilhafter Weise bei Temperaturen zwischen 110°C
bis 280°C, beispielsweise in einem Trockenschrank durchgeführt
wird, zu verbesserten erfindungsgemäßen kationischen Schichtver
bindungen.
Gewünschtenfalls können die nach der Herstellung erhaltenen
kationischen Schichtverbindungen anschließend mit mindestens einem
flüssigen oder niedrig schmelzenden, dispergierend wirkenden
weiteren Additiv ausgewählt aus den Gruppen A) bis F) durch in
tensives Vermischen bei Raumtemperatur (15 bis 25°C) oder einer
Temperatur unterhalb der Zersetzungstemperaturen der kationischen
Schichtverbindungen und/oder der Additive, vorzugsweise unterhalb
300°C modifiziert werden. Unter dem Begriff der niedrig schmel
zenden Additiven werden solche Additive verstanden, die unter den
obengenannten Zersetzungstemperaturen bei Normaldruck in den
flüssigen Zustand überführt werden können. Anstelle des intensiven
Vermischens können gewünschtenfalls die nach der Herstellung er
haltenen kationischen Schichtverbindungen anschließend mit einem
oder mehreren Additiven ausgewählt aus den Gruppen A) bis F) in
Anwesenheit von polaren organischen Lösungsmitteln oder von Wasser
vermahlen, vorzugsweise mit Mahlkörpermühlen und insbesondere mit
einer Kugelmühle, getrocknet und gegebenenfalls nachgetrocknet
werden. Unter dem Begriff der polaren organischen Lösungsmittel
werden bei Raumtemperatur (15 bis 25°C) flüssige Kohlenwasser
stoffverbindungen verstanden, die mindestens einen
elektronegativeren Substituenten als Kohlenstoff tragen. Dazu
zählen Chlorkohlenwasserstoffe, Alkohole, Ketone, Ester, Ether
und/oder Glykolether. Geeignete polare organische Lösungsmittel
sind Methanol, Ethanol, n-Butanol, Aceton, Methylethylketon,
Methylisobutylketon, Cyclohexanol, Isophoron, Ethylacetat,
Milchsäureethylester, 2-Methoxyethylacetat, Tetrahydrofuran,
Ethylglykolmonomethylether, Diethylenglykolmonoethylether. Für
diese nachträgliche, d. h. nach Trocknung der erfindungsgemäß
hergestellten kationischen Schichtverbindungen zu einem Pulver,
erfolgende Modifizierung mit den organischen Additiven kommen Ad
ditivmengen zwischen etwa 5 und etwa 100 Gew.-%, bezogen auf die
kationische Schichtverbindung, in Betracht.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Ver
wendung von kationischen Schichtverbindungen der beschriebenen Art
als Co-Stabilisatoren für mit Calcium- und/oder Zinksalzen von
Carbonsäuren mit 6 bis 22 C-Atomen stabilisierte halogenhaltige
Kunststoffe. Bevorzugt werden die erfindungsgemäßen kationischen
Schichtverbindungen als Co-Stabilisatoren in halogenhaltigen
Kunststoffen und insbesondere in PVC eingesetzt. Dazu werden die
kationischen Schichtverbindungen - ohne Berücksichtigung des
Anteils der gegebenenfalls vorhandenen organischen Additive - in
Mengen von 0,01 bis 5. vorzugsweise 0,1 bis 3 Gew.-Teilen - be
zogen auf 100 Gew.-Teile Kunstharze - zugesetzt. In der Regel
werden sie mit den in Granulatform vorliegenden Kunststoffen me
chanisch vermischt, bevor die Verformung, beispielsweise im Ka
lander- und Extrusionsverfahren durchgeführt wird. Meistens
gleichzeitig mit den kationischen Schichtverbindungen werden die
handelsüblichen Zink- und/oder Calciumsalze von Carbonsäuren mit 6
bis 22 C-Atomen als übliche Stabilisatoren eingemischt. Selbst
verständlich können auch weitere konventionelle Additive, wie die
in der europäischen Anmeldung EP-A-189 899 beschriebenen Hitzestabilisatoren
eingesetzt werden. Die Mengen der Stabilisatoren
und Co-Stabilisatoren untereinander können beliebig variieren, mit
der Maßgabe, daß der Gesamtstabilisatorzusatz innerhalb der Men
gengrenze von 0,5 bis 5 Gew.-Teile - bezogen auf 100 Gew.-Teile
Kunstharze - liegt. Die Mindestmenge an kationischer Schichtver
bindung beträgt demgemäß mindestens 0,01 Gew.-%.
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen kationischen Schicht
verbindungen wird die Wirkung von Zink- und/oder Calciumseifen bei
der Stabilisierung der halogenhaltigen Kunststoffe verbessert.
Zudem sind die erfindungsgemäßen kationischen Schichtverbindungen
als Co-Stabilisatoren hervorragend in den halogenhaltigen Kunst
stoffen einarbeitbar, ohne die Rheologie der Kunststoffe nach
träglich zu beeinträchtigen.
Zu einer Suspension bestehend aus 81 g Magnesiumoxid und 188 g
Magnesiumhydroxidcarbonat der angenäherten Zusammensetzung
4MgCO₃*Mg(OH)₂*4H₂O in 1.6 l Wasser werden 70 g Aluminiumhydroxid
aus dem Bayer-Prozeß (58,3% Al₂O₃) gegeben und mit 6.4 g 50%-iger
Natronlauge (10 Mol% bezogen auf Aluminiumhydroxid) versetzt. Nach
kurzer Zeit tritt eine Verdickung der Reaktionsmischung auf. Der
Reaktionsansatz wird in einen Autoklaven gefüllt und auf 140°C
aufgeheizt. Dabei baut sich ein Innendruck von 5 bar auf. Nach
einer Reaktionszeit von zwei Stunden wird entspannt und abgekühlt.
Das entstandene Produkt wird bis zur Massenkonstanz im Trocken
schrank getrocknet. Ein angefertigtes Röntgenbeugungsdiagramm so
wie analytische Untersuchungen bestätigen die Identität des ent
standenen Hydrotalcits der ungefähren Zusammensetzung
[Mg₆Al₂(OH)₁₆]CO₃*4H₂O. Die BET-Oberfläche betrug 90 m²/g.
Zu einer Suspension bestehend aus 39 g Magnesiumhydroxid und 61 g
Magnesiumhydroxidcarbonat in 500 ml Wasser werden 35 g Alumi
niumhydroxid (58,3% Al₂O₃) gegeben und mit 1,6 g 50%-iger Na
tronlauge (5 Mol% bezogen auf Aluminiumhydroxid) versetzt. Nach
kurzer Zeit tritt eine Verdickung der Reaktionsmischung auf. Der
Reaktionsansatz wird in einen Autoklaven gefüllt und auf 200°C
aufgeheizt. Dabei baut sich ein Innendruck von 20 bar auf. Nach
einer Reaktionszeit von einer halben Stunde wird entspannt und
abgekühlt. Das entstandene Produkt wird durch Sprühtrocknung iso
liert. Ein angefertigtes Röntgenbeugungsdiagramm sowie analytische
Untersuchungen bestätigen die Identität des entstandenen
Hydrotalcits der ungefähren Zusammensetzung
[Mg₆Al₂(OH)₁₆)CO₃*4H₂O. BET-Oberfläche: 28 m²/g.
Zu einer Suspension bestehend aus 8 g Magnesiumoxid und 57 g
Magnesiumhydroxidcarbonat in 350 ml Wasser werden 21 g Alumi
niumhydroxid (58,3% Al₂O₃) gegeben und mit 1,0 g 50%-iger Na
tronlauge (5 Mol% bezogen auf Aluminiumhydroxid) versetzt. Nach
kurzer Zeit tritt eine Verdickung der Reaktionsmischung auf. Der
Reaktionsansatz wird in einen Autoklaven gefüllt und auf 180°C
aufgeheizt. Dabei baut sich ein Innendruck von 12 bar auf. Nach
einer Reaktionszeit von einer halben Stunde wird entspannt und
abgekühlt. Das entstandene Produkt wird durch Sprühtrocknung iso
liert. Ein angefertigtes Röntgenbeugungsdiagramm bestätigt die
Identität des entstandenen Hydrotalcits der ungefähren Zusammen
setzung [Mg₄Al₂(OH)₁₀](CO₃)₂*4H₂O. BET-Oberfläche: 75 m²/g.
Zu einer Suspension bestehend aus 24 g Magnesiumoxid und 35 g
Aluminiumhydroxid in 550 ml Wasser werden 50 g Natriumperchlorat
gegeben und mit 1,6 g 50%-iger Natronlauge versetzt. Kurze Zeit
nach der Homogenisierung tritt eine Verdickung der Reaktionsmi
schung auf. Der Reaktionsansatz wird in einen Autoklaven gefüllt
und auf 180°C aufgeheizt. Dabei baut sich ein Innendruck von 12
bar auf. Nach einer Reaktionszeit von einer Stunde wird entspannt
und abgekühlt. Das entstandene Produkt wird sprühgetrocknet. Ein
angefertigtes Röntgenbeugungsdiagramm bestätigt die Identität des
entstandenen Hydrotalcits in der ungefähren Zusammensetzung
[Mg₄Al₂(OH)₁₂](ClO₄)₂*4H₂O. BET-Oberfläche: 35 m²/g.
Zu einer Suspension bestehend aus 48 g Magnesiumoxid und 35 g
Aluminiumhydroxid in 550 ml Wasser werden 21 g Natriumcarbonat
gegeben und mit 1,6 g 50%-iger Natronlauge versetzt. Kurze Zeit
nach der Homogenisierung tritt eine Verdickung der Reaktionsmi
schung auf. Der Reaktionsansatz wird in einen Autoklaven gefüllt
und auf 180°C aufgeheizt. Dabei baut sich ein Innendruck von 12
bar auf. Nach einer Reaktionszeit von einer Stunde wird entspannt
und abgekühlt. Das entstandene Produkt wird sprühgetrocknet. Ein
angefertigtes Röntgenbeugungsdiagramm sowie analytische Untersu
chungen bestätigen die Identität des entstandenen Hydrotalcits in
der ungefähren Zusammensetzung [Mg₆Al₂(OH)₁₆)CO₃*4H₂O. BET-
Oberfläche: 55 m²/g.
Die Suspension entsprechend Beispiel 1 wird in einem Vorlagebe
hälter mit 12 g Glycerin versetzt und über eine Pumpe mit einem
Vordruck <6 bar in einen vorbereiteten und 140°C aufgeheizten
Rohrreaktor dosiert. Die Durchflußgeschwindigkeit wurde so ge
wählt, daß die mittlere Verweilzeit 40 Minuten betrug. Das Produkt
wurde direkt sprühgetrocknet. Ein angefertigtes Röntgenbeugungs
diagramm sowie analytische Untersuchungen bestätigen die Identität
des entstandenen Hydrotalcits der ungefähren Zusammensetzung
[Mg₆Al₂(OH)₁₆]CO₃*4H₂O. BET-Oberfläche: 85 m²/g.
Zu einer Suspension bestehend aus 81 g Magnesiumoxid und 188 g
Magnesiumhydroxidcarbonat der angenäherten Zusammensetzung
4MgCO₃*Mg(OH)₂*4H₂O in 1,6 l Wasser werden 70 g Aluminiumhydroxid
aus dem Bayer-Prozeß (58,3% Al₂O₃) gegeben und mit 12,8 g 50%
iger Natronlauge (20 Mol% bezogen auf Aluminiumhydroxid) versetzt.
Nach kurzer Zeit tritt eine Verdickung der Reaktionsmischung auf.
Der Reaktionsansatz wird in einen Autoklaven gefüllt und auf 140°C
aufgeheizt. Dabei baut sich ein Innendruck von 5 bar auf. Nach
einer Reaktionszeit von zwei Stunden wird entspannt und abgekühlt.
Das entstandene Produkt wird sprühgetrocknet. Ein angefertigtes
Röntgenbeugungsdiagramm sowie analytische Untersuchungen bestäti
gen die Identität des entstandenen Hydrotalcits der ungefähren
Zusammensetzung [Mg₆Al₂(OH)₁₆]CO₃*4H₂O. BET-Oberfläche: 85 m²/g.
Die Suspension entsprechend Beispiel 1 wird in einem Vorlagebe
hälter mit 20 g epoxidiertem Sojaöl (Verseifungszahl 125,
Epoxid-Sauerstoffgehalt 5,8 Gew.-%) versetzt und über eine Pumpe
mit einem Vordruck <6 bar in einen vorbereiteten und 140°C aufge
heizten Rohrreaktor dosiert. Die Durchflußgeschwindigkeit wurde so
gewählt, daß die mittlere Verweilzeit 40 Minuten betrug. Das Pro
dukt wurde direkt sprühgetrocknet. Ein angefertigtes Röntgenbeu
gungsdiagramm sowie analytische Untersuchungen bestätigen die
Identität des entstandenen Hydrotalcits der ungefähren Zusammen
setzung [Mg₆Al₂(OH)₁₆)CO₃*4H₂O. BET-Oberfläche: 78 m²/g.
Die Suspension entsprechend Beispiel 1 wird in einem Vorlagebe
hälter mit 15 g Pentaglycerin mit mittlerem Kondensationsgrad 5,
einem mittleren Molekulargewicht von 380 und einer Hydroxylzahl
von etwa 1012 versetzt und über eine Pumpe mit einem Vordruck <6
bar in einen vorbereiteten und 140°C aufgeheizten Rohrreaktor do
siert. Die Durchflußgeschwindigkeit wurde so gewählt, daß die
mittlere Verweilzeit 40 Minuten betrug. Das Produkt wurde direkt
sprühgetrocknet. Ein angefertigtes Röntgenbeugungsdiagramm sowie
analytische Untersuchungen bestätigen die Identität des entstan
denen Hydrotalcits der ungefähren Zusammensetzung
[Mg₆Al₂(OH)₁₆]CO₃*4H₂O. BET-Oberfläche: 90 m²/g.
Die Suspension entsprechend Beispiel 1 wird in einem Vorlagebe
hälter mit 25 g Diglycerin-C12/18-Kokosfettsäuremonoester versetzt
und über eine Pumpe mit einem Vordruck <6 bar in einen vorberei
teten und 140°C aufgeheizten Rohrreaktor dosiert. Die Durchfluß
geschwindigkeit wurde so gewählt, daß die mittlere Verweilzeit 40
Minuten betrug. Das Produkt wurde direkt sprühgetrocknet. Ein an
gefertigtes Röntgenbeugungsdiagramm sowie analytische Untersu
chungen bestätigen die Identität des entstandenen Hydrotalcit der
ungefähren Zusammensetzung [Mg₆Al₂(OH)₁₆)CO₃*4H₂O. BET-Oberfläche:
80 m²/g.
Die Suspension entsprechend Beispiel 1 wird in einem Vorlagebe
hälter mit 5 g Natriumstearat versetzt und über eine Pumpe mit
einem Vordruck <6 bar in einen vorbereiteten und 140°C aufge
heizten Rohrreaktor dosiert. Die Durchflußgeschwindigkeit wurde so
gewählt, daß die mittlere Verweilzeit 40 Minuten betrug. Das Pro
dukt wurde direkt sprühgetrocknet. Ein angefertigtes Röntgenbeu
gungsdiagramm sowie analytische Untersuchungen bestätigen die
Identität des entstandenen Hydrotalcit der ungefähren Zusammen
setzung [Mg₆Al₂(OH)₁₆]CO₃*4H₂O. BET-Oberfläche: 75 m²/g.
Die Suspension entsprechend Beispiel 1 wird in einem Vorlagebe
hälter mit 20 g eines Copolymerisats aus 46 Gew.-% Styrol, 23
Gew.-% α-Methylstyrol und 31 Gew.-% Acrylsäure mit einem Moleku
largewicht (Gewichtsmittel) von 6 000 versetzt und über eine Pumpe
mit einem Vordruck <6 bar in einen vorbereiteten und 140°C aufge
heizten Rohrreaktor dosiert. Die Durchflußgeschwindigkeit wurde so
gewählt, daß die mittlere Verweilzeit 40 Minuten betrug. Das Pro
dukt wurde direkt sprühgetrocknet. Ein angefertigtes Röntgenbeu
gungsdiagramm sowie analytische Untersuchungen bestätigen die
Identität des entstandenen Hydrotalcit der ungefähren Zusammen
setzung [Mg₆Al₂(OH)₁₆]CO₃*4H₂O. BET-Oberfläche: 85 m²/g.
Die Suspension entsprechend Beispiel 1 wird in einem Vorlagebe
hälter mit 15 g eines Copolymers aus 95 Gew.-% Methylacrylat und 5
Gew.-% Dimethylaminopropylmethacrylamid mit einem Molekulargewicht
(Gewichtsmittel) von 5 000 versetzt und über eine Pumpe mit einem
Vordruck <6 bar in einen vorbereiteten und 140°C aufgeheizten
Rohrreaktor dosiert. Die Durchflußgeschwindigkeit wurde so ge
wählt, daß die mittlere Verweilzeit 40 Minuten betrug. Das Produkt
wurde direkt sprühgetrocknet. Ein angefertigtes Röntgenbeugungs
diagramm sowie analytische Untersuchungen bestätigen die Identität
des entstandenen Hydrotalcit der ungefähren Zusammensetzung
[Mg₆Al₂(OH)₁₆]CO₃*4H₂O. BET-Oberfläche: 85 m²/g.
Zu einer Suspension bestehend aus 27 g Magnesiumoxid und 61 g
Magnesiumhydroxidcarbonat in 500 ml Wasser werden 35 g Alumi
niumhydroxid (58.3% Al₂O₃) gegeben. Ein Zusatz von Natronlauge
erfolgte in diesem Fall nicht. Es tritt keine Dickstufe auf. Der
Reaktionsansatz wird in einen Autoklaven gefüllt und auf 180°C
aufgeheizt. Dabei baut sich ein Innendruck von 12 bar auf. Nach
einer Reaktionszeit von zwei Stunden wird entspannt und abgekühlt.
Die Reaktionsmischung wird sprühgetrocknet. Ein angefertigtes
Röntgenbeugungsdiagramm zeigt die nur geringfügige Bildung des
Hydrotalcits neben nicht umgesetzten Ausgangsprodukten wie
Hydrargillit, Magnesiumhydroxidcarbonat und Magnesiumhydroxid an.
Zu einer Suspension bestehend aus 27 g Magnesiumoxid und 61 g
Magnesiumhydroxidcarbonat in 500 ml Wasser werden 35 g Alumi
niumhydroxid (58,3% Al₂O₃) gegeben. Als Alkaliquelle und als
Oberflächenmodifizierungsmittel wurde 12,3 g Natriumstearat (10
mol% bezogen auf Al) zugegeben. Es tritt keine Dickstufe auf. Der
Reaktionsansatz wird in einen Autoklaven gefüllt und auf 180°C
aufgeheizt. Dabei baut sich ein Innendruck von 12 bar auf. Nach
einer Reaktionszeit von zwei Stunden wird entspannt und abgekühlt.
Die Reaktionsmischung wird sprühgetrocknet. Ein angefertigtes
Röntgenbeugungsdiagramm zeigt die nur geringfügige Bildung des
Hydrotalcits neben nicht umgesetzten Ausgangsprodukten wie
Hydrargillit, Magnesiumhydroxidcarbonat und Magnesiumhydroxid an.
Zu einer Suspension bestehend aus 11,9 g Zn(NO₃)₂ · 6 H₂O, 3,2 g
MgO und 3,1 g Aluminiumhydroxid in 550 ml Wasser werden 4,2 g Na
triumcarbonat gegeben und mit 0,3 g 50%-iger Natronlauge versetzt.
Kurze Zeit nach der Homogenisierung tritt eine Verdickung der Reak
tionsmischung auf. Der Reaktionsansatz wird in einen Autoklaven
gefüllt und auf 180°C aufgeheizt. Dabei baut sich ein Innendruck
von 12 bar auf. Nach einer Reaktionszeit von einer Stunde wird
entspannt und abgekühlt. Das entstandene Produkt wird sprühge
trocknet. Ein angefertigtes Röntgenbeugungsdiagramm sowie analy
tische Untersuchungen bestätigen die Identität des entstandenen
Hydrotalcits in der ungefähren Zusammensetzung
[Mg₄Zn₂Al₂(OH)₁₆]CO₃*4H₂O. BET-Oberfläche: 55 m²/g.
In den Beispielen wurde für die Sprühtrocknung ein Labor-Sprüh
trockner der Firma Büchi verwendet. Die Trocknung erfolgte im
Gleichstrom mit elektrisch erhitzter Luft. Die Lufteintrittstem
peraturen lagen im Bereich von 160 bis 200°C, die Luftaustritts
temperaturen im Bereich von 75 bis 100°C.
Untersucht wurde die "statische Stabilität" von Walzfellen, die
versetzt waren mit Stabilisatorgemischen aus (Gew.-Teile sind Ge
wichtsteile):
0,5 Gew.-Teile Zinkstearat
0,5 Gew.-Teile Calciumstearat
0,2 Gew.-Teile Stearoylbenzoylmethan (Rhodiastab® 50)
1,0 Gew.-Teile der erfindungsgemäßen Substanzen
bezogen auf 100 Gew.-Teile Suspensions-Polyvinylchlorid mit einem K-Wert von 65.
0,5 Gew.-Teile Zinkstearat
0,5 Gew.-Teile Calciumstearat
0,2 Gew.-Teile Stearoylbenzoylmethan (Rhodiastab® 50)
1,0 Gew.-Teile der erfindungsgemäßen Substanzen
bezogen auf 100 Gew.-Teile Suspensions-Polyvinylchlorid mit einem K-Wert von 65.
Zu diesem Zweck wurden Stabilisatorgemische enthaltende Polyvi
nylchlorid-Formmassen auf einem Laborwalzwerk der Abmessung 450 ×
220 mm (Fa. Berstorff) bei einer Walzentemperatur von 170°C und
einer Walzendrehzahl von 12,5 Upm im Gleichlauf zu Prüffellen
verarbeitet. Die ca. 0,5 mm dicken Felle wurden zu quadratischen
Probestücken mit 10 mm Kantenlänge zerschnitten, die anschließend
in einem Trockenschrank mit sechs rotierenden Horden (Heraeus FT
420 R) einer Temperatur von 180°C ausgesetzt wurden. Im Abstand
von 15 min wurden die Proben entnommen und deren Farbveränderung
begutachtet.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle zusammengefaßt.
Claims (15)
1. Mittel zum Stabilisieren von halogenhaltigen Kunststoffen gegen
thermischen oder photochemischen Abbau, enthaltend kationische
Schichtverbindungen der allgemeinen Formel (I)
[M(II) xAl(OH)y](An-)z · mH₂O (I)in der M(II) für mindestens ein zweiwertiges Metallion und An-
für ein Säureanion der Ladung n- (n = 1, 2 oder 3), stehen und
die Bedingungen 1 < x < 5, y < z, (y + nz) = 2x + 3 und 0 < m <
10 gelten,
dadurch gekennzeichnet, daß es erhältlich ist, indem man ein wäßriges Gemenge aus mindestens einer Quelle zweiwertiger Metallionen M(II), einer Quelle der Anionen An- und kristal linem Aluminiumhydroxid mit 1 bis 20 Mol-%, bezogen auf Aluminiumhydroxid. Alkalimetallhydroxid versetzt, für eine Zeit zwischen 10 und 240 Minuten auf eine Temperatur zwischen 100 und 240°C erhitzt und ohne vorherige Abtrennung des Feststoffs von der Wasserphase zu einem Pulver trocknet.
dadurch gekennzeichnet, daß es erhältlich ist, indem man ein wäßriges Gemenge aus mindestens einer Quelle zweiwertiger Metallionen M(II), einer Quelle der Anionen An- und kristal linem Aluminiumhydroxid mit 1 bis 20 Mol-%, bezogen auf Aluminiumhydroxid. Alkalimetallhydroxid versetzt, für eine Zeit zwischen 10 und 240 Minuten auf eine Temperatur zwischen 100 und 240°C erhitzt und ohne vorherige Abtrennung des Feststoffs von der Wasserphase zu einem Pulver trocknet.
2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das
wäßrige Gemenge mit insgesamt 2 bis 10 Mol-%
Alkalimetallhydroxid, bezogen auf Aluminiumhydroxid, versetzt.
3. Mittel nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß man als Alkalmetallhydroxid
Natriumhydroxid einsetzt.
4. Mittel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß sie als Pulver mit einer spezifischen
Oberfläche nach BET, gemessen mit Stickstoff, von 50 bis 200
m²/g vorliegen.
5. Mittel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß sie zusätzlich insgesamt 0,5 bis 15 Gew.-%,
bezogen auf die kationische Schichtverbindung, eines oder meh
rerer Additive ausgewählt aus folgenden Gruppen enthalten:
- A) Polyole mit 3 bis 30 C-Atomen und mindestens 2 Hydroxyl gruppen,
- B) Ester von teilweise oder vollständig epoxidierten ungesät tigten Carbonsäuren mit 6 bis 22 C-Atomen,
- C) Voll- und Partialester von Polyolen mit 3 bis 30 C-Atomen und 2 bis 12 Hydroxylgruppen mit Carbonsäuren mit 6 bis 22 C-Atomen,
- D) Alkyl- und Arylphosphite,
- E) Anionen von gesättigten oder ungesättigten Fettsäuren mit 6 bis 22 C-Atomen,
- F) in Wasser mit pH-Werten über 8 lösliche Polymere mit einem Molekulargewicht von 500 bis 50000.
6. Mittel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß in der allgemeinen Formel (I) M(II) für
Magnesium, Calcium oder Zink steht.
7. Verfahren zur Herstellung kationischer Schichtverbindungen der
allgemeinen Formel (I)
[M(II) xAl(OH)y](An-)z · mH₂O (I)in der M(II) für mindestens ein zweiwertiges Metallion und An-
für ein Säureanion der Ladung n- (n = 1, 2 oder 3), stehen und
die Bedingungen 1 < x < 5, y < z, (y + nz) = 2x + 3 und O < m <
10 gelten,
dadurch gekennzeichnet, daß man ein wäßriges Gemenge aus min destens einer Quelle zweiwertiger Metallionen M(II), einer Quelle der Anionen An- und kristallinem Aluminiumhydroxid mit 1 bis 20 Mol-%, bezogen auf Aluminiumhydroxid, Alkalimetallhydroxid versetzt, für eine Zeit zwischen 10 und 240 Minuten auf eine Temperatur zwischen 100 und 240°C erhitzt und ohne vorherige Abtrennung des Feststoffs von der Wasser phase zu einem Pulver trocknet.
dadurch gekennzeichnet, daß man ein wäßriges Gemenge aus min destens einer Quelle zweiwertiger Metallionen M(II), einer Quelle der Anionen An- und kristallinem Aluminiumhydroxid mit 1 bis 20 Mol-%, bezogen auf Aluminiumhydroxid, Alkalimetallhydroxid versetzt, für eine Zeit zwischen 10 und 240 Minuten auf eine Temperatur zwischen 100 und 240°C erhitzt und ohne vorherige Abtrennung des Feststoffs von der Wasser phase zu einem Pulver trocknet.
8. Verfahren nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß man das
wäßrige Gemenge mit insgesamt 2 bis 10 Mol-%
Alkalimetallhydroxid, bezogen auf Aluminiumhydroxid, versetzt.
9. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 7 und 8, dadurch
gekennzeichnet, daß man als Alkalimetallhydroxid
Natriumhydroxid einsetzt.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß in der allgemeinen Formel (I) M(II)
für Magnesium, Calcium oder Zink steht.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß man dem wäßrigen Gemenge vor oder
nach dem Erhitzen auf 100 bis 240°C, jedoch vor der Trocknung,
insgesamt 0,5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die rechnerische Menge
an sich bildender kationischer Schichtverbindung, eines oder
mehrerer Additive ausgewählt aus folgenden Gruppen zusetzt:
- A) Polyole mit 3 bis 30 C-Atomen und mindestens 2 Hydroxyl gruppen,
- B) Ester von teilweise oder vollständig epoxidierten ungesät tigten Carbonsäuren mit 6 bis 22 C-Atomen,
- C) Voll- und Partialester von Polyolen mit 3 bis 30 C-Atomen und 2 bis 12 Hydroxylgruppen mit Carbonsäuren mit 6 bis 22 C-Atomen,
- D) Alkyl- und Arylphosphite,
- E) Gesättigte oder ungesättigte Fettsäuren mit 6 bis 22 C- Atomen oder deren Salze,
- F) in Wasser mit pH-Werten über 8 lösliche Polymere mit einem Molekulargewicht von 500 bis 50000.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß man dem wäßrigen Gemenge vor dem
Erhitzen auf 100 bis 240°C eines oder mehrere Alkalimetall
salze der Kohlensäure und/oder von Oxosäuren von Halogenen in
Mengen zwischen 1 und 100 Mol-% bezüglich des Aluminiumgehalts
zusetzt.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß man es kontinuierlich durchführt.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß man die Trocknung als Sprühtrock
nung ausführt.
15. Verwendung des Mittels nach einem oder mehreren der Ansprü
che 1 bis 6 oder des nach dem Verfahren nach einem oder mehre
ren der Ansprüche 7 bis 14 hergestellten Produkts als stabili
sierender Zusatz zu halogenhaltigen Kunststoffen gegen ther
mischen oder photochemischen Abbau.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19511016A DE19511016A1 (de) | 1995-03-25 | 1995-03-25 | Kationische Schichtverbindungen, deren Herstellung und deren Verwendung als PVC-Stabilisatoren |
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