DE2158528B2 - Gleitmittel und Silikate enthaltende Vinylchlorid- und Vinylidenchlorid-Homo- bzw. Copolymerisatmassen - Google Patents
Gleitmittel und Silikate enthaltende Vinylchlorid- und Vinylidenchlorid-Homo- bzw. CopolymerisatmassenInfo
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Description
enthalten.
2. Massen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das synthetische Silikatpulver etwa 40 bis
70% SiO2,1 bis 30% CaO, 1 bis 5% Al2O3,1 bis 2%
Fe2O3,0,1 bis 20% MgO, 1 bis 2% (Na2O + K2O) und
10 bis 20% flüchtige Stoffe enthält
3. Polyinerisatmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Silikatpulver
zu den langkettigen Säuren und Alkoholen, Estern mehrwertiger Alkohole und kurzkettiger
Monocarbonsäuren, Ester von Dicarbonsäuren mit kurzkettigen Monohydroxyalkoholen, hochmolekularen
Paraffinwachsen und/oder hochmolekularen Jo Amidwachsen in der Vormischung etwa 3 :1 bis 1 :3
beträgt.
4. Polymerisatmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Gleitmittel Stearinsäure,
Nonadecansäure, Arachinsäure, Montansäure, Stea- r> rinalkohol, Carnaubylalkohol, Cerylalkohol, Montanyalkohol,
Glycerin-monostearat, Äthylenglykol-dilaurat,
Äthylengykol-di-2-äthylhexanoat, Octylenglykol-dicaprylat,
Diisooctyl-sebacat, Dilaurylazelat, 2-Äthyl-hexandiol-1,3-distearat, hochmolekulare
Paraffinwachse, hochmolekulare Amidwachse, Äthylenglykoldistearat, Distearylmaleat und/oder
Distearylsebacat enthalten.
5. Verfahren zur Herstellung der Polymerisatmassen nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch <r>
gekennzeichnet, daß man zunächst eine Vormischung aus langkettigen Säuren und Alkoholen,
Estern mehrwertiger Alkohole und kurzkettiger Monocarbonsäuren, Ester von Dicarbonsäuren mit
kurzkettigen Monohydroxyalkoholen, hochmoleku- ίο
laren Paraffinwachsen und/oder hochmolekularen Amidwachsen und einem synthetischen Silicatpulver
im Gewichtsverhältnis von 9:1 bis 1:9 herstellt, wobei das Silicatpulver etwa 40 bis 70% SiO2, 1 bis
30% CaO, 1 bis 5% AI2Oj, 1 bis 2% Fe2O3, 0,1 bis «
20% MgO, 1 bis 2% (Na2O+ K2O) und 10 bis 20%
flüchtige Stoffe enthält und dann diese Vormischung dem Homopolymerisat bzw. Copolymerisat einverleibt.
Die Erfindung betrifft Gleitmittel und Silikate enthaltende Vinylchlorid- und Vinylidenchlorid-Homo-
bzw. Copolymerisatmassen und ein Verfahren zur Herstellung dieser Massen.
Gleitmittel für halogenhaltige Harze wie Polyvinylhalogenide werden im allgemeinen in externe oder interne
Gleitmittel eingeteilt Externe Gleitmittel schließen Materialien ein, die überwiegend die Reibung zwischen
der Polymerschmelze und der mit ihr in Kontakt stehenden mechanischen Verarbeitungsausstattung vermindern.
Paraffinöle und Wachse sowie höhere Fettsäureamide werden gewöhnlich als externe Gleitmittel
eingeteilt Interne Gleitmittel sind solche Materialien, die überwiegend die intermolekulare
Reibung in der Polymerschmelze vermindern. Carbonsäuren, Monocarbonsäureester und Polyhydroxymonocarbonsädreester
werden gewöhnlich zu den internen Gleitmitteln gerechnet Manche Materalien entwickeln
sowohl interne als auch externe gleitfähigmachende Eigenschaften. Beispiele für Verbindungen, die interne
und externe Gleitfähigkeit entwickeln, sind Diester von langkettigen Monocarbonsäuren mit mehrwertigen
Alkoholen und langkettige Monohydroxyalkohole mit Dicarbonsäuren. Derartige intern-externen Gleitmittel
sind z. B. in der US-PS 35 78 621 beschrieben.
Eine wichtige Eigenschaft des Gleitmittels ist die Fähigkeit zur raschen und durchgreifenden Dispersion
während des Vermischens, da das Gleitmittel dem Polymerisat gewöhnlich unter kräftigem Rühren und als
Schmelze zugesetzt wird. Es ist weiterhin wichtig, da3 das Gleitmittel während des Mischens im Polymerisat
verbleibt und so während der Verarbeitung nicht »ausschwitzt«.
Es ist bekannt, daß die Wirksamkeit von Gleitmitteln auf Harzansätze durch Messung der Theologischen
Eigenschaften des Ansatzes ermittelt werden kann. Diese Eigenschaften können am besten mittels eines
Drehmoment-Rheometers untersucht werden, bestehend aus einem Miniaturmischer und einem Drehmomentmesser,
der die Last auf dem Mischer mißt. Die innerhalb einer Materialprobe bei einer gewissen
Temperatur entwickelten Mischkräfte verursachen eine Ablenkung eines Aufzeichnungsdynamometers. Die
Ablenkung wird auf einem Meßstreifen aufgezeichnet. Dieses Drehmoment (ausgedrückt in m · g) steht in
direkter Beziehung zur Viskosität der gerade gemischten Schmelze. Wenn sich ein Polymerisat des Vinyltyps
zersetzt, vernetzt es sich rasch und zeigt einen scharfen Anstieg seiner Schmelzviskosität. Die Zeit hierfür ist ein
Maß der thermischen Stabilität unter dynamischen Scherbedingungen.
Eine typische Drehmoment-Rheometerkurve informiert den Fachmann hinsichtlich Schmelzen, Verschmelzen,
Fließfähigkeit und Vernetzung bei der Verarbeitung des geprüften Polymerisats.
Drehmoment- Rheometerangaben sind durch mathematisch-rheologische
Deutungen und durch ziemlich einfache pragmatische Deutungen ausgewertet worden.
Die letzteren Deutungen erlauben Verallgemeinerungen verschiedener Erscheinungen und verbinden die
Verallgemeinerung mit der Verarbeitbarkeit der untersuchten Polymerisatschmelze. Das durch rheometrische
Untersuchung bestimmte Drehmoment nach der Schmelze ist ein äußerst aufschlußreicher Wert. Da
dieses Drehmoment gemessen wird, nachdem die Mischung geschmolzen ist, wird der Wert durch die
Schmelzviskosität kontrolliert, die von der internen und externen Gleitfähigkeit beeinflußt wird. Die Viskosität
der Schmelze hat einen wesentlichen Einfluß auf die tatsächliche Stabilität eines gegebenen Ansatzes, da
Schmelzen mit höheren Viskositäten während der Verarbeitung mehr Wärme entwickeln und folglich die
Stabilität des Ansatzes vermindern.
Es wird allgemein anerkannt, daß ein Polymerisat, das
eine lange Schmelzzeit und ein geringes Drehmoment vor dem Schmelzen aufweist, gute externe Gleitfähigkeit besitzt, während gegenteilige Eigenschaften auf
gute interne Gleitfähigkeit hinweisen. Polymerisate, die
eine lange Schmelzzeit und ein hohes Drehmoment vor dem Schmelzen haben, haben im allgemeinen anerkanntermaßen sowohl interne als auch externe Gleitfähigkeit Die Langzeitwärmestabilität wird im allgemeinen
in Minuten Zeiträumen ermittelt, die zwischen dem Augenblick, wenn die Probe unter dynamischer
Scherspannung gebracht wird, und dem Augenblick, in
dem das Drehmoment nach dem Schmelzen von einem Minimalwert, der während dem stabilen Mischen
erreicht wird, ansteigt, verstreichen.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde. Gleitmittel
und Silikate enthaltende Vinylchlorid- und Vinylidenchlorid-Homo- bzw. Copolymerisate mit verbesserter
Gleitfähigkeit bzw. Verarbeitbarkeit und Wärmestabüität bereitzustellen.
Die Erfindung betrifft Homo- bzw. Copolymerisatmassen der eingangs angegebenen Art, wobei die
Massen 0,01 bis 5 Gew.-% einer vor der Zugabe der Masse hergestellten Vormischung aus langkettigen
Säuren und Alkoholen, Estern mehrwertiger Alkohole und kurzkettiger Monocarbonsäuren, Ester von Dicarbonsäuren mit kurzkettigen Monohydroxyalkoholen,
hochmolekularen Paraffinwachsen und/oder hochmolekularen Amidwachsen als Gleitmittel und ein synthetisches Silikatpulver in Gewichtsverhältnissen von 9:1
bis 1 :9 enthalten.
Die erfindungsgemäßen Polymerisatmassen weisen eine verbesserte Verarbeitbarkeit auf.
Geeignete Silikatpulver haben vorzugsweise eine Kombination von Eigenschaften wie geringe Schuttdichte, hohe Absorptionsfähigkeit, verschiedene Teilchengröße und -form und großer Oberfläche. Die
Teilchengröße dieser synthetischen Silikatpulver liegt gewöhnlich im Bereich von 1 bis 100 μηι und der
bevorzugte Bereich liegt zwischen 20 und 50 μΐη. Die
von den synthetischen Silikatpulvern entwickelten Absorptionseigenschaften scheinen für die Erfindung
von großer Bedeutung zu sein. Es wurde gefunden, daß natürliche Silikate wie z. B. Diatomeenerde, nicht die
notwendige Absorptionsfähigkeit besitzen. Die Retentionskapazität der gemischten Silikate erlaubt die
Absorption von Gleitmitteln bis zu 300Gew.-%, bezogen auf die Silikate. Zusätzlich zum wirtschaftlichen Vorteil der Überführung eines tiefschmelzenden
Produktes in ein feines, frei fließendes, pulverförmiges Produkt verbessert die erfindungsgemäß verwendete
Vormischung sowohl die Gleitfähigkeit als auch die Wärmestabüität der Polymerisatmassen. Versuche, die
synthetische Silikatzumischung der Vormischung durch ein natürliches Silikatpulver zu ersetzen, führen nicht zu
verbesserten Polymerisatmassen. Die Vormischungen werden durch Vermischen des Silikatpulvers mit dem
Gleitmittel hergestellt, wobei dies gleichzeitig in einem
Mischbehälter oder durch Zumischen des einen zum anderen vorgenommen werden kann. Das gleichzeitige
Einbringen des Silikatpulvers und des Gleitmittels ist wegen der Kontinuität des Mischvorgangs bevorzugt.
Optimale Verbesserungen werden mit Gleitmitteln mit sowohl internem als auch externem Charakter, wie
beispielsweise Stearinamidwachsen, Dicarbonsäurediestern, Monocarbonsäureestem von Diolen und Montanesterwachsen erzielt. Mit diesen Verbindungen
ergibt sich ein höheres Drehmoment vor dem
Schmelzen, eine erhöhte Schmelzzeit und verlängerte
Wärmestabilität. Bei ausschließlich internen Gleitmitteln, wie Glycerin-Monostearat, oder ausschließlich
externen Gleitmitteln wie Mineralöl machen sich die Verbesserungen der Verarbeitbarkeit nicht so stark
bemerkbar. In allen Fällen jedoch und unabhängig von der Struktur oder dem Charakter dss Gleitmittels
verbessert die neue Vormischung die Wärmestabilität der Zusammensetzung.
Silikate alleine haben keine schmierenden Eigenschaften.
Das Silikat/Gleitmittel-Verhältnis beträgt vorzugsweise von 3 :1 bis 1 :3 Die bevorzugte Gleitmittelmenge liegt bei etwa O1! bis 2,0 Gew.-% bezogen auf das
Polymerisat bzw. Harz.
Besonders geeignete interne Gleitmittel sind z. B.
Stearinsäure, Nonadecansäure, Arachinsäure, Montansäure,
Stearylalkohol,Carnaubylalkohol, Cerylalkohol und
Montanylalkohol;
Glycerin-monostearat,
Äthylenglykol-dilaurat,
2-Äthylhexandiol-1,3-distearat, Äthylenglykol-di-2-äthylenhexanoat und
Octylenglykol-dicaprolat und Diisooctylsebacat und
Dilaurylazelat als Diester.
Als externe Gleitmittel sind z. B. hochmolekulare
Paraffinwachse, wie Aristowachs 165 und Montanwachsester, und hochmolekulare Amidwachse, wie
Äthylendistearamid besonders geeignet. Geeignete Diester, die sowohl die interne als auch externe
Schmierung begünstigen, sind z. B. Äthylenglykol-distearat,
Distearyl-azelat,
Distearylmaleat,
Distearylsebacat und
2-Äthylhexan-1,3-dioI-distearat.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Harze bzw. Polymerisate sind insbesondere auch Copolymerisate
mit einem Gehalt von wenigstens 50 Gew.-% Vinylchlorid oder Vinylidenchlorid und andere äthylenisch ungesättigte copolymerisierbare Monomere und
Mischungen mit einem Gehalt von wenigstens 50 Gew.-% Polyvinylchlorid oder Vinylidenchlorid mit
Polymeren anderer äthylenisch ungesättigter Verbindungen.
Die erfindungsgemäßen Vormischungen sind insbesondere für starre Harzmassen, d. h. praktisch nicht
weichgemachte Harzzusammensetzungen, die z. B. für Formgegenstände, wie Kunststoffrohre, Behälter einschließlich klarer Flaschen und Folien verwendet
werden, geeignet. Weichgemachte Harzzusammensetzungen erfordern die Gegenwart von Gleitmitteln im
allgemeinen nicht, da sie bei der Verarbeitung keine Spannungen und Scherkräfte entwickeln.
Es wurde auch gefunden, daß die neuen Vormischungen die Formbeständigkeit starren Polyvinylchlorids in
bo der Wärme unter Belastung erhöht. Die Temperatur, bei
der eine willkürliche Verformung eintritt, wenn Probestücke Serientestbedingungen unterworfen werden, kann nach ASTM-Standard-Methoden bestimmt
werden. Es wurde gefunden, daß die erfindungsgemäßen b5 Polymerisate eine Wärmeformbeständigkeit aufweisen,
die mehrere Grad Celsius über der einer ähnlichen Polymerisat-Zusammensetzung liegt, die mit dem
Gleitmittel allein geschmiert ist.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung. Die in den Beispielen verwendeten Zumischungen
wurden durch Mischen des Gleitmaterials und des synthetischen Silikatpulvers 5 min in einem Henschel-Hochgeschwindigkeitsmischer hergestellt.
EineGrundmischungmit 100 TIn. eines Polyvinylchloridhomopolymerisats, 10 TIn. Titandioxid und 1 TL
Di-n-butyl-zinn-bisiisooctylthioglycolat) wurde hergestellt Ein erster Testansatz der Grundzusammensetzung wurde mit 1 Gew.-% einer Mischung aus 3 TIn.
Glycerin-monostearat und 1 Tl. eines synthetischen Silikatpulvers der analytischen Zusammensetzung
543% SiO2,25,1% CaO, 3,6% Al2O3, 1,2% Fe2O3,03%
MgO, 1,3% (Na2O-I-K2O) und 14% flüchtigen Stoffen
geschmiert, und 60 g dieses Probeansatzes wurden in einem Drehmoment-Rheometer der Brabender Company bei 1800C und 40 UpM verarbeitet. Tabelle 1 zeigt
die Werte im Vergleich mit einem zweiten Probeansatz der Grundmischung, mit nur 0,75 Gew.-% Glycerin-monostearat geschmiert.
Gleit- Gleit- Silikat mittel mit mittel alleine*)
Silikat alleine*)
100 TIe. Harz
100 Tie. Harz
Drehmoment vor dem 1500 1700 2000
-Schmelzen in m/g
Drehmoment nach dem 2500 2600 3000
Schmelzen in m/g
*) Nur zu Vergleichszwecken.
Dies Beispiel zeigt, daß die neuen, erfindungsgemäßen Vermischungen die interne Schmierung und die
Stabilität der Harzzusammensetzungen verbesserten.
Gleit- Gleit- Silikat mittel mit mittel alleine*) Silikat alleine*)
100 TIe. Harz
100 Tie. Harz
Drehmoment vor dem lOOO 1200 2000 Schmelzen in m/g
Drehmoment nach dem 2450 2600 3000 Schmelzen in m/g
*) Nur zu Vergleichszweckea
Ein Probeansatz der Grundmischung wurde mit 1 Gew.-% einer Mischung aus 3 TIn. Äthylendistearamid
und 1 TL eines synthetischen Silikatpulvers der Zusammensetzung 523% SiO2,22,6% CaO, 3,6% Al2O3,
1,2% Fe2O3, 0,4% MgO, 13% Na2O-I-K2O und 14%
flüchtigen Anteilen geschmiert Aus der Grundmischung wurde ein weiterer Probeansatz hergestellt, der mit 0,75
Gew.-% Äthylendistearamid alleine geschmiert wurde. Die beiden Probeansätze wurden bei 1800C mit 50 UpM
in einem Drehmoment-Rheometer verarbeitet Tabelle III zeigt die Ergebnisse.
Gleitmittel Gleitmittel mit Silikat alleine*)
Gesamtteile der
Gleitmittelmischung/
100 TIe. Harz
Tie. Gleitmittel/
100 Tie. Harz
Schmelzzeit in min
Drehmoment vor dem
Schmelzen in m/g
Drehmoment nach dem
Schmelzen in m/g
*) Nur zu Vergleichszwecken.
1,0
0,75
1,4 1000
2475 5,5
0,75
0,6 1300
2550 4,2
Der Test des Beispiels 1 wurde unter Verwendung der Grundmischung und des Silikatpulvers von Beispiel 1
wiederholt, mit der Ausnahme, daß Octylenglykol-distearat anstelle des Gleitmittels von Beispiel 1
eingesetzt wurde. Tabelle Il gibt die während des Tests beobachteten Werte wieder.
Der Test des Beispiels 3 wurde unter Einsatz der Grundmischung und des Silikatpulvers wiederholt, mit
der Ausnahme, daß Paraffinwachs anstelle von Äthylendistearamid als Gleitmittel eingesetzt wurde. Tabelle IV
zeigt die beobachteten Ergebnisse.
Gleitmittel
mit Silikat
mit Silikat
Gleitmittel alleine*)
Gesamtteile der 1,0 -
Gleitmittelmischung/
100 Tie. Harz
Tie. Gleitmittel/ 0,75 0,75
100 Tie. Harz
Schmelzzeit in min 0,5 0,5
Drehmoment vor dem 900 1200
Schmelzen in m/g
Drehmoment nach dem 2625 2750
Schmelzen in m/g
Stabilität in min 3,8 3,4
*) Nur zu Vergleichszwecken.
21)
Die Beispiele 3 und 4 zeigen, daß die neuen,
erfindungsgemäßen Vermischungen die externe
Schmierung und die Stabilität der Harzmasse verbessern.
Unter Verwendung des Silikats von Beispiel 3 und der Grundmischung wurden drei Probeansätze mit einer
Gleitmittelkombination von Distearylazelat und Paraffin zu 0,75 Gew.-%, bezogen auf das Harz, hergestellt.
Beim Probeansatz »A« wurden drei Teile der Gleitmittelkombination im Gemisch mit 1 TI. des Silikatpulvers
verwendet. Beim Probeansatz »B« wurde die Gleitmittelkombination alleine verwendet und beim Probeansatz
»C« wurde die Gleiimittelkombination zur
Grundmischung getrennt vom Silikat zugesetzt, das in der gleichen Menge wie in »A« verwendet wurde. Die
drei Ansätze wurden nach dem Vorgehen in Beispiel 3 getestet, und die Ergebnisse sind in Tabelle V
wiedergegeben.
Gleitmittel Anwendungsart Gleitmittel- Schmelzzeit- Drehmoment Drehmoment Stabilität
menge in min vor dem nach dem in min
Schmelzen Schmelzen
in m/g in m/g
A | Distearylazelat/ Paraffin |
im Gemisch mit Silikatpulver |
B*) | desgleichen | alleine |
C*) | desgleichen | getrennt vom Silikatpulver eingebracht |
0,8
0,8
0,8
0,8
1400
1600
1600
1600
2500
2600
2600
2600
3,7
2,8
2,8
2,8
*) Nur zu Vergleichszwecken.
Die Versuchsergebnisse von Beispiel 5 zeigen, daß das Gleitmittel die Eigenschaften von Harzen nicht
verbessert, wenn Silikat weggelassen wird oder das Silikatpulver und das Gleitmittel getrennt in den Ansatz
eingebracht werden.
Unter Verwendung der Grundmischung und des Silikatpulvers von Beispiel 1 wurde das Verhältnis von
Gleitmittel zu Silikatpulver in den Gleitmittelkombinationen von 3:1 bis 1:3 variiert. Die Probeansätze
wurden gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 verarbeitet, und die Ergebnisse zeigt die folgende Tabelle VI.
Tabelle Vl | Verhältnis | Menge | Gefunden |
Gleitmittel | zum Silikat | in% | Stabilität |
Bezeichnung | pulver | in min | |
3:1 | 0,75 | ||
1:1 | 0,75 | 7,4 | |
Glycerinmono- | 1:3 | 0,75 | 7,4 |
stearat | 3:1 | 0,75 | 7,4 |
1:1 | 0,75 | 8,0 | |
Octylenglykol- | 1:3 | 0,75 | 8,0 |
distearat | 8,0 | ||
Die Verarbeitbarkeit der Probeansätze entsprechend Tabelle VI waren nicht wahrnehmbar verschieden, und
die Stabilität war gleichbleibend, wie angegeben.
Nach dem ASTM-Standard-Verfahren D 648-56 wurden zwei starre Polyvinylchloridansätze verglichen.
Ein Ansatz bestand aus 100 TIn. Polyvinylchlorid-homopolymerisat,
1,0TI. Di-n-butylzinn-bistisooctylthioglycolat)
und 2,67 TIn. einer Mischung aus 2 TIn. Distearylazelat mit 0,67 TIn. des in Beispiel 3
beschriebenen Silikatpulvers. Der andere Ansatz bestand aus 100 TIn. des gleichen Polyvinylchlorid-homopolymerisats,
1,0 Tl. Di-n-butylzinn-bis(isooctylthioglycolat) und 2,0 TIn. Distearylazelat allein. Eine Probe
von jedem Ansatz wurde in ein Ölbad unter einer Belastung von 18,5 kg/cm2 eingetaucht, und die
Temperatur wurde langsam erhöht, bis eine Durchbiegung von 0,25 mm beobachtet wurde. Die mit dem
Gemisch aus Gleitmittel und Silikat geschmierte Probe erreichte eine Temperatur von 174° C, bevor die
Testdurchbiegung erreicht war, während die das Gleitmittel alleine enthaltende Probe die Testdurchbiegung
bei 1720C lieferte. Bei Wiederholung des
Versuches wurden die gleichen Ergebnisse erzielt
Claims (1)
1. Gleitmittel und Silicate enthaltende Vinylchlorid- und Vinylidenchlorid-Homo- bzw. Copolymere ■>
satmassen, daduich gekennzeichnet, daß die Massen 0,01 bis 5 Gew.-% einer vor der Zugabe
der Masse hergestellten Vormischung aus
(1) langkettigen Säuren und Alkoholen, Estern ]Q
mehrwertiger Alkohole und kurzkettiger Monocarbonsäuren, Ester von Dicarbonsäuren mit
kurzkettigen Monohydroxyalkoholen, hochmolekularen Paraffinwachsen und/oder hochmolekularen
Amidwachsen als Gleitmittel und
(2) ein synthetisches Silikatpulver in Gewichtsverhältnissen von 9 :1 bis 1 :9
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