DE2224678B2 - Mischung aus Polyvinylchlorid und segmentierten Mischpolyestern - Google Patents
Mischung aus Polyvinylchlorid und segmentierten MischpolyesternInfo
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Description
Thermoplastische Polymere des Vinylchlorids werden für eine Vielfalt von Zwecken verwendet, wie
Rohre, Schläuche, Folien und Platten, Schuhsohlen, kaschierte Gewebe und dergleichen, Drahtumhüllung,
Bodenbelag und Dichtungsleisten. Da solche thermoplastischen Polymeren allgemein spröde sind und schlechte
Dehnungs- und Abriebeigenschaften zeigen, hat es sich als übliche Praxis ergeben, verschiedene Modifizierungsmittel
zuzusetzen, wie thermoplastische Poiyurethane, monomere Weichmacher, niedermolekulare
aliphatische Polyester und Nitrilkautschuk, aber Mischungen, die solche Modifizierungsmittel enthalten,
haben vielfältige Nachteile, wie Flüchtigkeit, hydrolytische Unbeständigkeit, schlechte Abriebfestigkeit, Pilzempfindlichkeit,
Schwerverarbeitbarkeit und schlechte Niedertemperatur-Eigenschaften. Es besteht ein Bedarf
an einem Modifizierungsmittel für thermoplastische Polymere des Vinylchlorids, welche solchen modifizierten
Massen eine gute Abriebbeständigkeit, Schlagfestigkeit, Pilzbeständigkeit, verbesserte Verarbeitbarkeit,
gute Niedertemperatur-Eigenschaften und verbesserte hydrolytische Beständigkeit verleihen.
Die vorliegende Erfindung macht eine gleichmäßige Mischung von etwa 5 bis 95 Gew.-% an Vinylchloridpolymerem
(wobei der Begriff Polymeres Vinylchloridmischpolymere mit umfaßt) mit einem Zugmodul von
mindestens etwa 3500 kg/cm2, bestimmt nach ASTM-Prüfnorm
D-638, und etwa 95 bis 5 Gew.-% an mindestens einem thermoplastischen, segmentierten
Mischpolyester-Polymeren verfügbar, das
1. 30 bis 65 Gew.-% langkettige Estereinheiten oder -Segmente auf Grundlage mindestens eines langkettigen
Glykols mit einem Molekulargewicht von etwa 600 bis 6000 und mindestens einer niedermolekularen
Dicarbonsäure mit einem Molekulargewicht von unter etwa 300 und
2. 70 bis .15 Gew.-°/o kurzkettige Estereinheiten auf Grundlage mindestens eines niedermolekularen Diols mit einem Molekulargewicht von unter etwa 2d0 und mindestens einer niedermolekularen Dicarbonsäure mit einem Molekulargewicht von unter etwa 300 enthält
Die Mischungen gemäß der Erfindung sind pilzbe-
2. 70 bis .15 Gew.-°/o kurzkettige Estereinheiten auf Grundlage mindestens eines niedermolekularen Diols mit einem Molekulargewicht von unter etwa 2d0 und mindestens einer niedermolekularen Dicarbonsäure mit einem Molekulargewicht von unter etwa 300 enthält
Die Mischungen gemäß der Erfindung sind pilzbe-
ständig, erfreuen sich eines breiten Bereichs von Verarbeitungstemperaturen, haben gute Niedertemperatur-Eigenschaften,
sind nichtflüchtig, haben eine gute Schlagfestigkeit, besitzen eine ungewöhnlich hohe
is Abriebfestigkeit, die selbst in Gegenwart großer
Mengen an Weichmacher oder Füllstoff erhalten bleibt, und haben eine verbesserte hydrolytische Beständigkeit
Darüber hinaus zeigen an dem Mischpolyester-Polymeren reiche Mischungen eine verbesserte Steifigkeit,
Trittfestigkeit und in vielen Fällen eine verbesserte Reißfestigkeit In bezug auf polymere Weichmacher wie
thermoplastische Urethane sind die verwendeten Mischpolyester in der Mischung gemäß der Erfindung
wärmebeständiger, was einen breiten Bereich von Verarbeitungstemperaturen erlaubt, und sie zeigen kein
Kleben an hochpolierten, verchromten Verarbeitungswalzen und erlauben den Einsatz von scherschärferen
(wirksameren) Mischschnecken.
Im allgemeinen sind die Mischpolyester für die Zwecke der Erfindung segmentierte Mischpolyester-Polymere,
die im wesentlichen aus wiederkehrenden, intralinearen, langkettigen Estereinheiten und kurzkettigen
Estereinheiten bestehen, die regellos bzw. statistisch ungeordnet durch Esterbrücken in Kopf-an-Schwanz-Weise
verbunden sind, wobei die langkettigen Estereinheiten sich durch die Formel
-Ό —G —O —C —R—C--
und die kurzkeltigen Estereinheiten sich durch die Formel
--O —D —O —C —R—C
darstellen lassen, worin G einen zweiwertigen Rest bedeutet, der nach dem Entfernen entdständiger
so Hydroxylgruppen von mindestens einem langkettigen
Glykol mit einem Molekulargewicht von etwa 600 bis 6000 verbleibt, R ein zweiwertiger Rest ist, der nach
Entfernung von Carboxylgruppen von mindestens einer Dicarbonsäure mit einem Molekulargewicht von unter
etwa 300 verbleibt, und D einen zweiwertigen Rest darstellt, der nach Entfernung von Hydroxylgruppen
von mindestens einem niedermolekularen Diol mit einem Molekulargewicht von unter 250 verbleibt.
Mischpolyester der hier beschriebenen Art von
bo hohem Schmelzpunkt sind mit Polymeren des Vinylchlorids bei für die letzteren sicheren Verarbeitungstemperaturen nicht leicht mischbar. Aus diesem Grunde
werden Mischpolyester mit Schmelzpunkten von über 215° C für den Einsatz in den Massen gemäß der
b5 Erfindung nicht bevorzugt, es sei denn nach zunächst
Vormischung mit Weichmachern, so daß die Mischtemperaturen auf einen für die Einverleibung akzeptablen
Wert gesenkt werden.
Segmentierte Mischpolyester-Polymere für Massen
gemäß der Erfindung sind im allgemeinen erhältlich (Hinweise zur Herstellung von Polymeren mit erwünscht
niedrigen Schmelzpunkten folgen später), indem man in einer Mischung mindestens ein langkettiges
Glykol, mindestens ein niedermolekulares Diol und mindestens eine Dicarbonsäure zusammen umsetzt. Die
langkettigen Estereinheiten sind Segmente der Mischpolyester-Kette in Form des Reaktionsprodukts des
langkettigen Glykols und der Dicarbonsäure. Die kurzkettigen Estereinheiten sind Segmente der Mischpolyester-Kette
in Form des Reaktionsprodukts des niedermolekularen Diols und der Dicarbonsäure.
Methoden und Bedingungen der Reaktion entsprechen den herkömmlichen. Die kurzkettigen Estereinheiten
sollten so gewählt werden, daß ein Polymeres, das allein von kurzkettigen Estereinheiten gebildet wird und ein
Molekulargewicht in dem der Eigenschaft der Faserbildung entsprechenden Bereich (>
5000; hat, einen Schmelzpunkt von mindestens 150° C aufweist Die Schmelzpunkt-Bestimmung erfolgt an Hand der Extinktion
polarisierten Lichtes, die zu beobachten ist, während man die Probe auf einem Mikroskop mit
beheiztem Träger erhitzt, im wesentlichen nach der Methode, die in »Preparative Methods of Polymer
Chemistry«, Sorenson and Campbell, Interscience
Publishers, 2. Ausgabe, 1968, S. 53 bis 55, beschrieben ist Der Schmelzpunkt stellt das Mittel der Temperaturen
dar, bei denen während Erhitzung mit l°C/Min., nachdem die Probe zunächst 30 Min. bei einer
Temperatur von ungefähr 200C unter dem ungefähren Schmelzpunkt getempert worden ist, die ersten und die
letzten Probe-Teilchen mit dem Hintergrund verschmelzen.
Die langkettigen und die kurzkettigen Einheiten vereinigen sich im allgemeinen zur Bildung des
Mischpolyester-Polymeren entsprechend ihren Neigungen zur Reaktion bei den angewandten Bedingungen.
Diese kombinatorische Reihenfolge läßt sich als regellos oder statistisch bezeichnen. Die verschiedenen
Ester-Einheiten werden in einer Kopr-an-Schwanz-Anordnung durch Esterbrücken verbunden, wobei sich ein
im wesentlichen intralineares Polymeres bildet. Die exakte Konfiguration der Polymerkette ist nicht
entscheidend, solange nur den verschiedenen Parametern
bezüglich Reaktionsteilnehmer und Mengenanteil genügt wird. Solche Mischpolyester sind in US-Patentschrift
30 23 192 beschrieben.
Mischpolyester-Polymere für die Herstellung der Massen gemäß der Erfindung sind bequem durch
herkömmliche Umesterungs- bzw. Esteraustausch-Reaktion herstellbar. Nach einer bevorzugten Arbeitsweise
erhitzt man den Dimethylester einer Dicarbonsäure mit einem langkettigen Glykol und einen molaren
Überschuß an kurzkettigem Diol in Gegenwart eines Umesterungs-Katalysators bei etwa 150 bis 26O0C. Man
destilliert durch die Umesterung gebildetes Methanol ab und setzt das Erhitzen fort, bis die Methanolentwicklung
vollständig ist. Typischerweise ist die Umesterung oder Polymerisation innerhalb weniger Minuten bis zu ω
einigen Stunden vollständig, was von der Temperatur, dem Katalysator, dem Glykolüberschuß und den
Reaktionsteilnehmern abhängt, die jeweils angewandt werden. Diese Arbeitsweise führt zu einem niedermolekularen
Prepolymeren, das, wie hier beschrieben, durch b5 zusätzliche Umesterung in höhermolekularen Mischpolyester
übergeführt werden kann.
Niedermolekulares Ester-Prepolymeres kann auch nach anderen Umesterungsmethoden erhalten werden.
Man kann ein langkettiges Glykol mit einem hoch- oder niedermolekularen Kurzkett-Ester-Homo- oder
-Mischpolymeren in Gegenwart von Urnesterungs-Katalysator umsetzen, bis durch die Umesterung ein
regelloses Ester-Prepolymeres gebildet worden ist Kurzkett-Ester-Homo- oder -Mischpolymeres ist erhältlich,
indem man eine Umesterung unter Einsatz von Dimethylestern und niedermolekularen Diolen, wie
oben, oder von freien Säuren mit Diolacetaten durchführt. Kurz.-Ester-Mischpolymeres ist herstellbar,
indem man eine Direktveresterung entsprechender Säuren, Anhydride oder Säurechloride mit Diolen
durchführt oder aber die Säuren mit cyclischen Äthern oder Carbonaten umsetzt Ester-Prepolymeres ist auch
erhältlich, indem man ein langkettiges Glykol an Stelle eines Diols einsetzt oder mit einer Mischung von
Reaktionsteilnehmern arbeitet.
Das Molekulargewicht des Ester-Prepolymeren wird
erhöht, indem man durch Abdestillieren von dem Prepolymeren überschüssiges kurzkettiges Diol entfernt,
wobei dieser Vorgang häufig als Polykondensation bezeichnet wird. Während der Destillation tritt eine
zusätzliche Umesterung zur Erhöhung des Molekulargewichtes und weiterer Verregellosung der Anordnung
der Mischpolyester-Einheiten ein. Typischerweise erfolgt die Destillation bei 220 bis 280° C unter 5 mm Hg.
Zur Verminderung von Abbau können Antioxidantien, wie sym-Di-/?-naphthyl-p-phenylendiamin und 1,3,5-Tri-
methyl-2,4,6-iris-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)-benzol
zugesetzt werden.
Zur Erhöhung der Umesterungsgeschwindigkeit kann man in den Prepolymer- und Polykondensations-Stufen
Umesterungs-Katalysatoren einsetzen. Dabei ist die ganze breite Vielfalt vertrauter Katalysatoren verwendbar,
wobei aber organische Titanate, wie Tetrabutyltitanat allein für sich oder in Kombination mit Magnesiumoder
Zinkacetat, bevorzugt werden. Sehr wirksam sind komplexe Titanate auf Grundlage von Alkali- oder
Erdalkalialkoxiden und Titanatestern. Anorganische Titanate (wie Lanthantitanat), Calciumacetat/Antimontrioxid-Mischungen
und Lithium- und Magnesiumalkoxide stellen andere verwendbare Katalysatoren dar.
Die Polykondensation kann auch beschleunigt werden, indem man Diarylester oder -carbonate hinzufügt (wie
in US-Patentschrift 34 33 770 und 34 44 141 beschrieben).
Umesterungspolymerisationen werden im allgemeinen in einer Schmelze ohne Lösungsmittelzusatz
durchgeführt, aber mun kann auch inertes Lösungsmittel einsetzen, um die Entfernung flüchtiger Komponenten
aus der Masse bei niedrigen Temperaturen zu erleichtern. Bei speziellen Polymeren und speziellen
Problemstellungen lassen sich auch andere Spezialarbeitstechniken anwenden, wie die azeotrope Destillation
unter Einsatz eines Lösungsmittels zur Bildung des Prepolymeren und Grenzflächenpolymerisation. In
jeder Stufe der Mischpolyester-Polymer-Herstellung können diskontinuierliche wie auch kontinuierliche
Methoden Anwendung finden. Die Polykondensation des Prepolymeren kann auch in der Festphase bewirkt
werden, indem man feinteiliges, festes Prepolymeres im Vakuum oder in einem Strom inerten Gases erhitzt, um
freigesetztes, niedermolekulares Diol zu entfernen. Diese Arbeitsweise hat den Vorteil, Abbau zu
vermindern, da sie bei Temperaturen unter dem Erweichungspunkt des Prepolymeren anzuwenden ist.
Der Hauptmangel liegt in der langen Zeit, die man zum
Erreichen eines gegebenen Polymerisationsgrades benötigt
Langkettige Glykole für die Bildung der Mischpolyester-Polymeren
für die Massen gemäß der Erfindung sind im wesentlichen lineare Glykole, die an der Kette
Hydroxylgruppen aufweisen, die endständig sind oder möglichst nahe des Kettenendes liegen und ein
Molekulargewicht von 600 bis 6000 haben.
Eine bevorzugte Gruppe bilden langkettige Glykole mit einem Schmelzpunkt von unter 6O0C und einem
Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff von mindestens 2. Diese bevorzugten Glykole liefern Massen von
elastomerem Charakter.
Zu den langkettigen Glykolen für die Herstellung von Mischpolyester-Polymeren für die Massen gemäß der
Erfindung gehören Poly-(alkylenoxid)-glykole, in denen die Alkylengruppe 2 bis 10 Kohlenstoff atome hat, wie
Poly-(äthylenoxid)-glykol,
Poly-(1,2- und l,3-propylenoxid)-glykol,
Poly-(tetramethylenoxid)-glykol, Poly-(pentamethylenoxid)-g]yko],
Poly-(hexymethylenoxid)-glykol,
Poly-(heptamethylenoxid)-glykol,
Poly-(octamethylenoxid)-glykol,
Poly-(nonamethylenoxid)-glykol und Poly-( 1,2-butylenoxid)-glykol,
regellose Mischpolymere oder Blockmischpolymere von Äthylenoxid und 1,2-Propylenoxid, und Polyformale,
die durch Umsetzen von Formaldehyd mit Glykolen, wie Propylenglykol, oder Mischungen von Glykolen,
wie einer Mischung von Tetramethylen- und Pentamethylenglykol, erhalten werden.
Langkettige Glykole lassen sich auch in situ aus Dicarboxymethylsäuren von Poly-(alkylenoxiden) wie
J5
HO — C — CH2(OCH2CH2CH2CH2IxOCH2C — OH
(III) 4(1
auf Grundlage von Polytetramethylenoxid bilden. Wenn
die langkettigen Dicarbonsäuren (III, oben) zu der Polymerisationsmischung als Säuren hinzugegeben
werden, reagieren sie mit dem niedermolekularen Diol oder Diolen, die im Überschuß vorliegen, zur Bildung
der entsprechenden Poly-(alkylen-oxid)-ester-glykole. Die Dicarbonsäuren können auch mit vorliegenden
langkettigen Glykolen reagieren, wobei in diesem Fall Dioleinheiten (D) in der Polymerkette polymere
Rückstände der langkettigen Glykole darstellen. Diese zweite Reaktion tritt jedoch nur in einem sehr
begrenzten Grad ein, da das niedermolekulare Diol in beträchtlichem molekularem Überschuß vorliegt.
Polythioätherglykole und Polyesterglykole sind ebenfalls als Glykole für die Bildung von Mischpolyester-Polymeren
für die Massen gemäß der Erfindung verwendbar. Bei Polyesterglykolen ist im allgemeinen
Sorgfalt notwendig, um die Neigung solcher Glykole zur Austauschreaktion während der Polymerisation zu ω
vermindern. Als langkettige Glykole für die Zwecke der Erfindung sind auch Polybutadien- oder Polyisoprenglykole
wie auch Mischpolymere und gesättigte Hydrierungsprodukte derselben verwendbar. Auch Glykolester
von Dicarbonsäuren, die durch Oxidation von Polyisobutylen-Dien-Mischpolymeren erhalten werden,
sind als Glykole für die Mischpolyester-Polymeren für die Massen gemäß der Erfindung verwendbar.
Poly-(tetramethylenoxid)-g3ykol,
PoIy-(1,2-propylenoxid)-glykol,
Poly-(äthylenoxid)-glykol und
Poly-(l,2-propylenoxid)-glykol
mit Äthylenoxid-Einheiten verkappt, sind bevorzugte langkettige Glykole.
mit Äthylenoxid-Einheiten verkappt, sind bevorzugte langkettige Glykole.
Dicarbonsäuren für die Bildung des Mischpolyester-Polymeren für die Massen gemäß der Erfindung sind
aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Dicarbonsäuren von niedrigem Molekulargewicht, d.h. mit
einem Molekulargewicht von unter 300. Zu den Dicarbonsäuren in dem hier gebrauchten Sinn gehören
auch Säureäquivalente mit zwei funktionellen Carboxylgruppen, die sich bei der Umsetzung mit Glykolen und
Diolen zur Bildung von Mischpolyester-Polymeren im wesentlichen wie Dicarbonsäuren verhalten. Zu diesen
Äquivalenten gehören Ester, esterbildende Derivate, wie Säurehalogenide und -anhydride, und andere
Derivate, die sich im wesentlichen wie Dicarbonsäuren verhalten, die mit Glykolen und Diolen Ester bilden. Die
Molekulargewichts-Forderung gilt für die Säure und nicht für deren Äquivalent, Ester oder esterbildendes
Derivat. So sind auch ein Ester einer Dicarbonsäure mit einem Molekulargewicht von über 300 .oder ein
Säureäquivalent einer Dicarbonsäure mit einem Molekulargewicht von über 300 verwendbar, wenn die Säure
ein Molekulargewicht von unter etwa 300 hat. Die Dicarbonsäuren können auch jegliche Substituentengruppen
oder -kombinationen enthalten, welche sich nicht wesentlich störend auf die Bildung des Mischpolyester-Polymeren
und den Einsatz des Polymeren in den thermoplastischen Massen gemäß der Erfindung auswirken.
Aliphatische Dicarbonsäuren in der hier gebrauchten Bedeutung sind Carbonsäuren mit zwei Carboxylgruppen,
deren jede an einem gesättigten Kohlenstoffatom sitzt. Wenn das Kohlenstoffatom, an dem die Carboxylgruppe
sitzt, gesättigt ist und sich in einem Ring befindet, ist die Säure cycloaliphatisch. Aliphatische
oder cycloaliphatische Säuren mit konjugiertem ungesättigtem Bestandteil sind nicht verwendbar, da solche
Säuren keine zufriedenstellende Bildung der für die Massen gemäß der Erfindung benötigten Mischpolyester-Polymeren
ergeben, aber Säuren mit ungesättigtem Bestandteil, der nicht konjugiert ist, sind verwendbar.
Aromatische Dicarbonsäuren in der hier gebrauchten Bedeutung sind Dicarbonsäuren mit zwei Carboxylgruppen,
die an einem Kohlenstoffatom in einem isolierten oder kondensierten Benzolring sitzen. Es ist
nicht notwendig, daß beide funktioneile Carboxylgruppen an dem gleichen aromatischen Ring sitzen, und
wenn mehr als ein Ring vorliegt, können sie auch durch aliphatische oder aromatische, zweiwertige Reste oder
zweiwertige Reste wie — O— oder — SO2— vereinigt
sein.
Beispielhafte aliphatische und cycloaliphatische Säuren für die Zwecke der Erfindung sind
Sebacinsäure,
1,3-Cyclohexandicarbonsäure,
1,4-Cyclohexandicarbonsäure,
Adipinsäure,
Glutarsäure,
Bernsteinsäure,
Kohlensäure,
Oxalsäure,
Azelainsäure,
Diäthylmalonsäure,
Allylmalonsäure,
4-Cyclohexen-1,2-dicarbonsäure,
2-Äthylsuberonsäure,
2,2,2,3-Tetramethylbernsteinsäure,
Cyclopentandicarbonsäure.
Decahydro-l.S-naphthylendicarbonsäure,
4,4'-Bicyclohexyldicarbonsäure,
Decahydro^e-naphthylendicarbonsäure,
4,4'-Methylen-bis-(cyclohexylcarbonsäure),
3,4-Furandicarbonsäure und
1,1 -Cyclobutandicarbonsäure.
Bevorzugte aliphatische Säuren sind Cyclohexandicarbonsäuren und Adipinsäure.
Zu beispielhaften aromatischen Dicarbonsäuren für die Zwecke der Erfindung gehören Phthal-, Terephthal-
und Isophthalsäure, Diphensäure, substituierte Dicarboxyverbindungen mit zwei Benzolkernen, wie
Bis-(p-carboxyphenyl)-methan,
p-Oxy-(p-carboxyphenyl)-benzoesäure,
Äthylen-bis-(p-oxybenzoesäure),
1,5-Naphthalindicarbonsäure,
2,6-Naphthalindicarbonsäure,
2,7-Naphthalindicarbonsäure,
Phenanthracen- bzw. Phenanthralendicarbonsäure, Anthracen- bzw. Anthralendicarbonsäure,
4,4'-Sulfonyldibenzoesäure
sowie Ci- bis Ci2-Alkyl- und Ring-Substitutions-Derivate
derselben, wie Halogen-, Alkoxy- und Arylderivate. Hydroxylsäuren, wie p-(j3-Hydroxyäthoxy)-benzoesäure,
sind mit der Maßgabe ebenfalls verwendbar, daß auch eine aromatische vorliegt.
Aromatische Dicarbonsäuren stellen eine bevorzugte Klasse für die Herstellung der Mischpolyester-Polymeren
für die Massen gemäß der Erfindung, da diese elastomeren Polymeren ihrer Natur nach eine gute
hydrolytische Beständigkeit haben. Von den aromatischen Säuren werden wiederum diejenigen mit 8 bis 16
Kohlenstoffatomen bevorzugt, insbesondere die Phenylendicarbonsäuren,
d. h. Phthal-, Terephthal- und Isophthalsäure.
Niedermolekulare Diole für die Bildung von Mischpolyester-Polymeren
für die Massen der Erfindung sind aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Diole
mit einem Molekulargewicht von unter etwa 250 und mit zwei funktionellen Hydroxylgruppen. Dioläquivalente,
die Ester mit Dicarbonsäuren bilden, sind hierbei eingeschlossen, und die Molekulargewichts-Forderung
gilt nur für das Diol und nicht für sein Äquivalent. Der Erläuterung solcher Äquivalente können Äthylenoxid
und Äthylencarbonat dienen, die an Stelle von Äthylenglykol Verwendung finden können.
Die Begriffe aliphatisch, cycloaliphatisch und aromatisch haben in dem hier zur Definition der Diole für die
Zwecke verwendeten Sinn die gleiche allgemeine Bedeutung wie bei der obigen Anwendung auf die
Dicarbonsäuren und Glykole, wobei ähnlich wie die Stellung der Carboxylgruppen für die Dicarbonsäuren
hier die Stellung der funktionellen Hydroxylgruppen den bestimmenden Faktor bildet.
Zu bevorzugten niedermolekularen Diolen für die Herstellung von Massen gemäß der Erfindung gehören
Diole mit 2 bis 15 Kohlenstoffatomen, wie Äthylen-, 1,2- oder 1,3-Propylen-, Isobutylen-, Tetramethylen-, Pentamethylen-,
2,2-Dimethyltrimethylen-, Hexamethylen- und Decamethylen-glykole, Dihydroxycyclohexan, Cyclohexandimethanol,
Hydrochinon-bis-(j3-hydroxyäthyl)-äther, Resorcin, Hydrochinon, 1,5-Dihydroxynaphthalin
usw. Besonders bevorzugt werden aliphatische Diole mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen. Bisphenole
wie Bis-(p-hydroxy)-diphenyl, Bis-(p-hydroxyphenyl) methan und Bis-(p-hydroxyphenyl)-propan, sind eben
falls verwendbar.
■-> Eine besonders bevorzugte Gruppe von Mischpoly
estern bilden diejenigen auf Grundlage von Terephthal säure, Butandiol-1,4 und Poly-(tetramethylenoxid)-gly
kol, wobei diese gegebenenfalls in der zur Senkung de: Schmelzpunktes des Mischpolyesters auf die gewünsch·
in te Höhe notwendigen Menge Phthal- und/odei
Isophthalsäure enthalten können.
Wie oben erwähnt, ist für die Zwecke der Erfindung ein Einsatz von segmentierten Mischpolyestern erwünscht,
deren Schmelzpunkt unter etwa 215°C liegt
ij Die allgemeine Beziehung zwischen Monomer-Mol
fraktion und Polymer-Schmelzpunkt ist in Flory »Principles of Polymer Chemistry«, S. 570, Cornel
University Press, 1953, erörtert, wonach folgende Abhängigkeit des Mischpolymer-Schmelzpunktes (Tm,
2» von dem Schmelzpunkt der HomopolymerenH "«) , dei
Homopolymer-Molfraktion (Na), der Homopolymer-Schmelzwäre (ΔΗμ-)\ιχ\Α der Gaskonstante (7?,)besteher
soll:
l/7m - 1/7;, = -[Rl I //,")/./Vλ
Diese Gleichung ist für die Klasse von in der Mischungen gemäß der Erfindung eingesetzen Misch
polyestern annähernd gültig. Bei Mischpolyestern, be
id denen die hauptsächlichen kurzkettigen Estereinheiter
1,4-Butylenterephthalat-Einheitensind,gilt7„, s 234°C
und Δ Ημ == 12,1 cal/g. Zur Herstellung vor
Mischpolyestern mit Schmelzpunkten unter etwi 2150C läßt sich errechnen, daß die Molfraktion dei
jj 1,4-Butylenterephthalat-Einheiten unter etwa 0,90 liegen
muß. Der errechnete Wert wird von der beobachteten Schmelzpunkten einer Anzahl von Mischpolyestern
auf Grundlage von 1,4-Butylenterephthalat-Einheiten
gestützt. In ähnlicher Weise hat sich gezeigt daß zur Erzielung von Mischpolyestern, die unter etw£
215°C schmelzen, Mischpolyester auf Grundlage vor Äthylenterephthalat-Einheiten eine Molfraktion ar
Äthylenterephthalat-Einheiten von nicht über etwa 0,8! habensollen.
r> Zu den Vinylchloridpolymeren für die Zwecke dei
Erfindung gehören Homo- und Mischpolymere, die be Abwesenheit von Mitteln in Art von Flexibilisierungsmitteln oder Weichmachern einen Zugmodul vor
mindestens etwa 3500 kg/cm2 haben. Die Bestimmung
jo des Zugmoduls erfolgt nach ASTM-Prüf norm D-638.
Zu den Mischpolymeren für die Zwecke gemäß dei Erfindung gehören auch diejenigen, die bis zu etwa 3C
Gew.-% an Einheiten von mischpolymerisierbaren Comonomeren enthalten, wie Vinylacetat, Vinylstearat
Vi Vinylidenchlorid, Acrylnitril, Acrylat- und Methacrylat·
ester, Dibutylformiat und Diäthylmaleat.
Zu für die Zwecke der Erfindung bevorzugter Vinylchloridpolymeren gehören Vinylchloridhomopolymere
und -mischpolymere mit Vinylacetat und Vinyli-
Mi denchlorid.
Die Mischungen gemäß der Erfindung enthalten etwa 5 bis 95 Gew.-% des Mischpolyesters, bezogen auf das
Gesamtgewicht des Mischpolyester- und Vinylchloridpolymeren (ohne Berücksichtigung des Gewichtes von
iir>
herkömmlichen Zusatzstoffen, Weichmachern und Verarbeitungshilfsmitteln, die naturgemäß bei den Mischungen
gemäß der Erfindung Verwendung finden können), Mischungen von steifen Vinylchloridpolymeren, die 5
bis 25 Mischpolyester enthalten, werden zur Verbesserung der Schlagzähigkeit und Verarbeitungseigenschaften
steifer Vinylpolymerisate bevorzugt. Mischungen mit einem Mischpolyester-Gehalt von etwa 10 bis 50%
werden zur Verbesserung der Eigenschaften von ·-, weichgestellten Vinylchloridpolymeren bevorzugt. Solche
Mischungen zeigen verbesserte Abriebfestigkeitsund Belastbarkeits-Eigenschaften und eignen sich für
Absätze. Mischungen von 30 bis 60% Mischpolyester mit nichtweichgestellten Vinylchloridpolymeren, in ι ο
denen der Mischpolyester als Weichmacher für das Vinylchloridpolymere wirkt, eignen sich besonders für
Bezugs- und Polsterzwecke, Einsatz im Automobil-Innenraum, Folie für Nahrungsmitlelverpackung, Wand-
und Bodenbelag, Draht- und Kabelbeschichtungen und π dergleichen. Diese Mischungen haben eine gute
Niedertemperatur-Flexibilität und eignen sich für den Einsatz bei hohen Temperaturen. Der Mischpolyester
zeigt in diesen Mischungen eine bleibende Natur und ist extraktions-, auswanderungs- und alterungsbeständig.
Mischungen mit einem Mischpolyester-Gehalt von etwa 60 bis 90% werden zur Versteifung und zur Verbesserung
der Trittfestigkeit und in verschiedenen Fällen Reißfestigkeit der Mischpolyester unter Aufrechterhaltung
einer brauchbaren Abriebfestigkeit bevorzugt. Die mischpolyesterreichen Mischungen erweisen sich beim
Einsatz zur Schuhbesohlung, für formgepreßte Reifen, Drahtbeschichtungen und beschichtete bzw. kaschierte
Gewebe und dergleichen ais wirtschaftlich.
Zur Erzielung bester Ergebnisse muß man bei der Herstellung der Mischungen gemäß der Erfindung die
Komponenten gründlich und gleichmäßig mischen, da sonst Eigenschaftsunterschiede in örtlichen Bereicher:
auftreten.
Zur Herstellung der Massen kann man die Kompo- r,
nenten auf eine zu ihrer Erweichung genügende Temperatur erhitzen und bis zur Bildung einer
gleichmäßigen Mischung bewegen. Die zur Erweichung oder zum Schmelzen von Komponenten erforderliche
Temperatur hängt von dem jeweiligen Mischpolyester- und Vinylchlorid-Polymeren ab, liegt aber im allgemeinen
im Bereich von 150 bis 215°C. Im allgemeinen arbeitet man vorzugsweise bei der niedrigsten Temperatur,
die einen wirkungsvollen Einsatz des verfügbaren Mischprinzips erlaubt. Wenn gewünscht, kann man
Lösungsmittel oder Weichmacher einsetzen, um das Mischen des Mischpolyesters mit dem Vinylchloridpolymeren
bei niedrigeren Temperaturen zu unterstützen oder die Mischtemperatur von über etwa 2150C
schmelzenden Mischpolyestern zu erniedrigen. Zu w geeigneten Mischvorrichtungen gehören beheizte
Kautschukmahlwerke, Innenmischer (Banbury-Mischer) und Doppelzylinder-Extruder oder Einschnecken-Extruder
mit einem Schnecken-Mischansatz. Eine besonders bequeme Methode zur Herstellung der Massen «
besteht darin, ein feines Pulver des Vinylchloridpolymeren mit einem feinen Pulver des Mischpolyesters zu
vermischen und das Vinylchloridpolymere dem Mischpolyester im Zylinder eines Extruders oder einer
Spritzgießmaschine zu dem Zeitpunkt einzuverleiben, mi zu dem mit dem Mischpolyester Strangpreß- oder
Formlinge gebildet werden. Man kann auch bequem das Vinylchloridpolymere zu dem geschmolzenen Mischpolyester
unmittelbar nach vollständiger Polykondensation bei der Mischpolyesterherstellung hinzugeben. Die b5
Mischungen lassen sich auch herstellen, indem man Latizes oder Pulverdispersionen mit Mischpolyester-Dispersionen
vermengt. Solche Mischungen sind bei Verfahren anwendbar, die normalerweise bei Latizes
oder Dispersionen Anwendung finden. Zur Erzielung einer maximalen Verbesserung der Eigenschaften ist
gewöhnlich ein Plastifizieren bzw. Fluxen der Mischung während der Bearbeitung notwendig.
Die Strangpressung von Mischungen gemäß der Erfindung ergibt auch Vorteile gegenüber dem Einsatz
von polymeren Weichmachern, wie thermoplastischen Urethanen. Zunächst erlaubt die ausgezeichnete
Schmelzbeständigkeit der segmentierten Mischpolyester ein Arbeiten in einem breiteren Bereich von
Strangpreßtemperaturen. Zweitens neigt die extrudierte Mischung wenig dazu, an hochpolierten, verchromten
Walzen für Fellbildung und Kalandrierung zu haften (während thermoplastische Urethane bekanntlich an
nochpolierten Oberflächen stark kleben). Drittens gestattet bei den höheren Anteilen an segmentiertem
Mischpolyester (ca. 50 bis 95%) die ausgezeichnete Schmelzbeständigkeit und geringe Schmelzviskosität
den Einsatz von Strangpreßschnecken mit höherem Verdichtungsverhältnis, was höhere Schneckendrehzahlen
und Ausstöße ohne unerwünschte Erhöhung der Schmelztemperatur erlaubt.
Über diese Verarbeitungsvorteile hinaus bieten die Mischungen gemäß der Erfindung, wie schon erwähnt,
Vorteile bezüglich der Eigenschaften, wie verbesserte Abriebfestigkeit, Schlagfestigkeit und Niedertemperatur-Eigenschaften.
Die Mischungen gemäß der Erfindung sind im wesentlichen nach allen Verfahren verarbeitbar, die für
Thermoplasten allgemein Anwendung gefunden haben, und bieten in vielen Fällen gegenüber konkurrierenden
thermoplastischen Stoffen wesentliche verarbeitungstechnische Vorteile. Die Mischungen können durch
Spritzgießen, Formpressen, Preßspritzen und Blasen zu elastischen Formkörpern (wie Reifen) verformt werden,
die, wenn gewünscht, auch Einlagen enthalten können, wobei engen Toleranzen genügt werden kann.
So lassen sie sich leicht zu Folien (Blasfolien wie auch anderen), Rohren und Schläuchen und anderen Formen
auch verwickelten Querschnitts extrudieren, und ebenso ist die Querkopf-Extrudierung zu Hüllen für Schläuche,
Drähte, Kabel und andere Substrate durchführbar. Sie lassen sich auch leicht zur Bildung von Folien und
Bahnmaterial oder Erzeugung kaschierter Gewebe und nichtgewebter Stoffe und anderer Stoffe und Materialien
kalandern.
In feinteiliger Form bieten die Mischungen gemäß der Erfindung auch bei Arbeitsweisen Vorteile, bei denen
gepulverte Thermoplasten Anwendung finden. Darüber hinaus sind sie auch in Krumenform verwendbar. Die
Fließeigenschaften der Mischungen erleichtern Schmelzbindemethoden, wie das Rotationspressen (einwie
zweiachsig), die Pastenverarbeitung zu Hohlkörpern in Gießformen und die Schleudergußformung, wie
auch Pulverbeschichtungstechniken, wie in der Wirbelschicht, durch elektrostatisches Spritzen, durch Flammspritzen,
durch Beflocken, durch Fließpulverbeschichtung, durch Beschichtung in einer Teilchenwolke und
nach der »Heat-Fused«-Technik (bei flexiblen Substraten). Mit Dispersionen der Vinylchloridpolymerisat-Mischpolyester-Mischungen
hergestellte Piastisole eignen sich für Oberflächenbeschichtung, beschichtete Gewebe und dergleichen und Schaumstoffe.
Die Eigenschaften dieser Mischungen bieten Vorteile für den Einsatz auch bei bestimmten Beschichtungs- und
Klebtechniken, wie dem Tauch-, Transfer-, Walzen- und Rakelauftrag und bei Arbeitsweisen für heißschmelzen-
de Klebstoffe. Die gleichen Vorteile sind ausnutzbar bei verschiedenen Verbindungs- und Laminierarbeiten, wie
der Warmwalz-, Bahn- und Flammlarninierung, wie auch bei anderen Thermoplast-Heißsiegel- bzw. -Warmschweiß-Methoden.
Alle Teil-, Verhältnis- und Prozentangaben beziehen sich, wenn nicht anders gesagt, hier auf das Gewicht. Die
folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Mischpolyester A wurde durch Umesterung von 4,53 Mol Dimethylterephthalat (nachfolgend kurz DMT),
1,27 Mol Dimethylisophthalat (nachfolgend kurz DMI), 1,0 Mol Polytetramethylenätherglykol mit einem Zahlendurchschnitt-Molekulargewicht
von etwa 980 (nachfolgend kurz PTMEG-980) und überschüssigem 1,4-Butandiol in Gegenwart eines Tetrabutyltitanat/Magnesiumacetat-Katalysators
und eines Stabilisators (sym-Dij3-naphthyl-phenylendiamin oder l,3,5-Trimethyl-2,4,6-tri-(3,5-di-tert.-butyl-4-hydroxybenzyl)-benzol)
hergestellt. Die Umesterung wurde bei Atmosphärendruck bis auf eine Endtemperatur von 2200C durchgeführt. Auf
die Umesterung folgte eine Polykondensation von etwa 90 Min. Dauer bei 2500C und etwa 1 Torr. Bei höheren
Drücken erhält man ein Produkt niedrigerer inhärenter Viskosität, aber eine höhere Bildungsgeschwindigkeit.
Drücke von unter etwa 5 Torr erlauben ein bequemes Arbeiten. Das anfallende Polymere hatte eine inhärente
Viskosität von etwa 1,45 bis 1,55.
Mischpolyester B wurde durch Umesterung von 3,5 Mol DMT, 1 Mo! PTMEG-980 und überschüssigem
1,4-Butandiol unter Anwendung der Umesterungs- und Polykondensationsbedingungen und des Katalysators
und des Stabilisators durchgeführt, die oben für die Herstellung von Mischpolyester A beschrieben sind.
Mischpolyester B hatte eine inhärente Viskosität von etwa 1,5.
Mischpolyester C wurde durch Umesterung von 7,85 Mol DMT, 1 Mol PTMEG-980 und überschüssigem
1,4-Butandiol unter Anwendung der Umesterungs- und Polykondensationsbedingungen und des Katalysators
hergestellt, die oben für die Herstellung von Mischpolyester A beschrieben sind. Mischpolyester C hatte eine
inhärente Viskosität von etwa 1,45.
Die inhärente Viskosität der oben beschriebenen Mischpolyester wurde bei 3O0C und bei einer Konzentration
von 0,5 g/100 ml in einem Mischlösungsmittel aus 60 Teilen flüssigem Phenol (90% Phenol, 10%
Wasser) und 40 Teilen 1,1,2-Trichloräthan bestimmt.
Bei der Bestimmung der Eigenschaften der in den folgenden Beispielen hergestellten Polymeren sind
folgende ASTM-Prüfnormen angewandt worden:
20
J-J
4(1
Eigenschaft | ASTM-Norm |
Modul bei 100% Dehnung, Mion | D412 |
Modul bei 300% Dehnung, M3oo | D412 |
Zugfestigkeit beim Bruch, Tb | D412 |
Bruchdehnung, % | D412 |
Reißfestigkeit | D470 |
Härte, Shore D | D1484 |
NBS-Abriebindex | D1630 |
Izod-Import-Kerbschlagzähigkeit | D256 |
Beispiel 1 |
Es wurden vier Polymermischungen mit der Zusammensetzung und den Eigenschaften gemäß der Tabelle
hergestellt, die zum Vergleich auch Eigenschaften der in den Mischungen enthaltenen Polymeren nennt. Mischpolyester
A enthaltende Mischungen wurden durch 10 Min. Mahlen auf einem beheizten Kautschukmahlwerk
bei etwa 165°C und Mischpolyester C enthaltende
in der gleichen Weise bei einer Mahlwerk-Temperatur von 1850C hergestellt. Durch Formpressen bei Temperaturen,
die ungefähr den für das Mahlen benötigten Werten entsprachen, wurden Platten von 1,9 mm Dicke
zur Bestimmung der physikalischen Eigenschaften hergestellt.
Als Vinylchlorid- Homopolymeres wurde ein Polyvinylchlorid eingesetzt, das mit Gleitmitteln, Stabilisatoren
und Pigmenten aufgemischt war und ein spezifisches
Gewicht von 1,40 und einen Zugmodul von 21 092 kg/cm2 hatte.
Polymermischung oder | I-B | Kontrollprobe | I-D | 1-K | 1-F | I-G | |
1-A | 1-C | ||||||
Komponente | 67 | 100 | 67 | 50 | - | ||
Vinylchlorid-Homopoly meres | - | 33 | 50 | - | - | - | - |
Mischpolyester A | 100 | - | 50 | - | 33 | 50 | 100 |
Mischpolyester C | - | - | |||||
Eigenschaften: | 359,3 | 576,5 | 379,7 | 356,8 | 441,2 | ||
Zugfestigkeit, kg/cm* | 414,8 | 290 | 363,1 | 35 | 250 | 335 | 730 |
Bruchdehnung, % | 805 | 182,8 | 370 | - | 216,5 | 162,8 | 158,2 |
Modul, 100%, kg/cm2 | 65,0 | 522 | 123,4 | 275 | 1275 | 1275 | 3540 |
NUS-Abricbindex | 800 | 72 | 410 | 83 | 73 | 70 | 55 |
Shorle-I liirlc D | 40 | 57 | |||||
Der Zusatz der Mischpolyester zu dem Vinylchlorid-Homopolymeren erteilt dem letzteren, wie in den
starken Erhöhungen der Bruchdehnung zum Ausdruck br>
kommt, einen elastomeren Charakter. Gleichzeitig nimmt die Abriebbeständigkeit des Polyvinylchlorids
deutlich zu.
10 Teile Mischpolyester A wurden mit 100 Teilen eines Vinylchlorid-Homopolymercn (spezifisches Gewicht
1,4; inhärente Viskosität, bestimmt nach ASTM-Prüfnorm D-1243,-60, Methode A, 1,11; ZuRmodul
21 092 kg/cm2) und 3 Teilen Dibutylzinndilaurylmercaptid-Stabilisator
durch 10 Min. Mischen auf einem Kautschukmahlwerk bei etwa 165°C vermengt. Die
Izod-Kerbschlagzähigkeit betrug 0,103 kg · m/cm im Vergleich mit 0,022 kg · m/cm bei dem einfachen
Vinylchlorid-Homopolymeren.
Beim Ersatz des Vinylchlorid-Homopolymeren durch ein Vinylchlorid-Vinylacetat-Mischpolymeres (14% Vinylacetat-Anteil)
mit einem Zugmodul von 9140 kg/cm2 betrug die Izod-Kerbschlagzähigkeit 0,142 kg · m/cm
im Vergleich zu 0,038 kg · m/cm bei dem einfachen Mischpolymeren.
Die Izod-Schlagzähigkeit dieser Mischungen bei
— 40° C ist mindestens doppelt so hoch wie bei den entsprechenden einfachen Vinylchloridpolymeren. Die
Mischungen zeigen auch eine niedrigere Sprödigkeitstemperatur als die einfachen Vinylchloridpolymeren.
Die Shorc-D-Härte dieser Mischungen gleicht im wesentlichen derjenigen der nicht in Mischung vorliegenden
Vinylchloridpolymeren.
Durch Mahlen bei 155 bis 165°C wurde eine Mischung von 8 Teilen des in Beispiel 1 verwendeten
Vinylchlorid-Homopolymeren, 4 Teilen Mischpolyester A und 3 Teilen Dioctylphthalat hergestellt. Die
Mischung, die 20% Weichmacher enthielt, hatte einen NBS-Abriebindex von 960. Eine Mischung von 4 Teilen
des Vinylchlorid-Homopolymeren und 1 Teil Dioctylphthalat zeigte einen NBS-Äbriebindex von nur 515.
Durch 10 Min. Mahlen auf einem Kautschukmahlwerk bei etwa 165°C wurde eine Mischung von 10
Teilen eines Vinylchlorid/Vinylacetat-Mischpolymeren (14% Vinylacetat-Anteil) mit einem spezifischen Gewicht
von 1,36 und einem Zugmodul von 10 546 kg/cm2, 100 Teilen Mischpolyester B und 3 Teilen eines
handelsüblichen Triarylphosphit-Mischstabilisators hergestellt. Die anfallende Mischung war optisch klar und
durchsichtig. In Abwesenheit des Vinylmischpolymeren andererseits erweist sich Mischpolyester B in Form
einer 1,9 mm dicken Folie als so trübe, daß er nahezu undurchsichtig ist.
Die Mischung hatte folgende physikalischen Eigenschaften:
Modul, 100%, kg/cm2 | 74,5 |
Modul, 300%, kg/cm2 | 94,9 |
Bruchdehnung, % | 800 |
Zugfestigkeit, kg/cm2 | 154,7 |
Weiterreißfestigkeit, kg/cm | 25,9 |
pli | 145 |
Wie die abgetragene Materialmenge und die sich ergebende »Ratter«-Marken beim Hinwegziehen einer
Klinge über Folien aus der Mischung und aus dem Kontrollmischpolyester zeigen, hat die Mischung eine
wesentlich bessere Trittfestigkeit als der einfache Mischpolyester B.
Besonders bevorzugte, spezielle Mischpolyester-Polymere für die Mischungen gemäß der Erfindung sind:
Mischpolyester, erhalten durch Umesterung von etwa 4,5 Mol Dimethylterephthalat, 1,3 Mol Dimethylisophthalat,
1 Mol Polytetramethylenglykol mit einem Zahlendurchschnitt-Molekulargewicht von etwa 980
und überschüssigem 1,4-Butandiol in Gegenwart eines Katalysators und eines Stabilisators und Polykondensation
des anfallenden Reaktionsprodukts bei etwa 250° C.
Mischpolyester, erhalten durch Umesterung von etwa 3,5 Mol Dimethylterephthalat, 1 Mol Polytetramethylenäiherglykol
mit einem Zahlendurchschnitt-Molekulargewicht von etwa 980 und überschüssigem 1,4-Butandiol
in Gegenwart eines Katalysators und eines Stabilisators und Polykondensation des anfallenden
Reaktionsprodukts bei etwa 250° C.
Mischpolyester, erhalten durch Umesterung von etwa 7,9 Mol Dimethylterephthalat, etwa 1 Mol Polytetramethylenätherglykol
mit einem Zahlendurchschnitt-Molekulargewicht von etwa 980 und überschüssigem 1,4-Butandiol in Gegenwart eines Katalysators und
eines Stabilisators und Polykondensation des anfallenden Reaktionsprodukts bei etwa 250° C.
Claims (3)
1. Gleichmäßige Mischung aus A) 5 bis 95 Gew.-% Vinylchloridpolymeren und B) 95 bis 5 Gew.-%
thermoplastischen, segmentierten Mischpolyestern, die langkettige Estereinheiten aus mindestens einem
langkettigen Glykol und mindestens einer Dicarbonsäure
mit einem Molekulargewicht unter 300, kurzkettige Estereinheiten aus mindestens einem
Diol mit einem Molekulargewicht unter 250 und mindestens einer Dicarbonsäure mit einem Molekulargewicht
unter 300 enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische, segmentierte
Mischpolyester elastomer ist und
1. 30 bis 65 Gew.-% langkettige Estereinheiten aus mindestens einem langkettigen Glykol mit
einem Molekulargewicht von 600 bis 6000 und mindestens einer Dicarbonsäure mit einem
Molekulargewicht von unter 300 und
2. 70 bis 35 Gew.-% der kurzkettigen Estereinheiten enthält
2. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das langkettige Glykol Poly-(tetramethylenoxid)-glykol
ist
3. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie nichtweichgestelltes Vinylchloridpolymeres
enthält und 30 bis 60 Gew.-% Mischpolyester.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |