DE2343982A1 - Thermoplastische masse - Google Patents

Thermoplastische masse

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Description

FARBWERKE HOECHST AG, vormals Meister Lucius & Brüning Aktenzeichen: - HOE 73/F 264
Datum: 29. August 1973 - I>r.ZR/N
Thermoplastische Masse
Es ist bereits bekannt, Polyvinylchlorid und Vinylchlorid-Misohpolymerisate durch einen Zusatz von Chiorierungsprodukten von Polyolefinen, welche durch Chlorieren von Polyolefinen in wäßriger Suspension erhalten wurden und die einen Chlorgehalt von 25 bis 50 Gew.% besitzen, zu elastifizieren (vgl. deutsche Auslegeschrift 1 469 990 und deutsche Patentschrift?31! 236 774 und 1 266 969).
Um jedoch Chlorierungsprodukte mit guter Elastifizierung bei ausreichender Kornfeinheit zu erhalten, ist es notwendig, die Chlorierung in Gegenwart von feinkörnigen, inerten anorganischen bzw. organischen Zuschlagstoffen zur Unterbindung der Agglomeration vorzunehmen. Als anorganische Zuschlagstoffe sind u.a. beispielsweise Kieselsäure oder Kieselgur vorgeschlagen worden (vgl.deutsche Auslegeschrift 1 420 4O7).
Nachteilig ist dabei jedoch die relativ große Menge an Kieselsäure, die als Antiagglomerisationsmittel der Chlorierungsreaktion zugegeben werden muß und die bei der Abmischung des Chlor-Polyolefins mit dem PVC in dem resultierenden Gemisch zum Teil verbleibt und eine Verschlechterung der Theologischen und mechanischen Eigenschaften bewirkt. _ 2 _
509811/0944
Es wurde nun gefunden, daß man Mischungen aus Vinylchlorid-Polymerisaten und Chlorierungsprodukten von Polyolefinen herstellen kann, die diese Machteile nicht besitzen und die für die Dryblend-Technik sehr gut geeignet sind, wenn man ein chloriertes Niederdruckpolyäthylen verwendet, das durch Chlorierung in wässriger Salzsäure, vorzugsweise in Gegenwart von großflächiger Kieselsäure und Silikonöl, hergestellt wurde.
Gegenstand der Erfindung ist daher eine thermoplastische Masse, bestehend aus
a) 98 bis 50 Gew.% eines Vinylchlorid-Polymerisates und
b) 2 bis 50 Gew.% eines chlorierten Niederdruckpolyäthylens,
dadurch gekennzeichnet, daß das chlorierte Miederdruckpolyäthylen einen Chlorgehalt von 25 - 42 Gew.%, eine reduzierte spezifische Viskosität von 1 bis 5 dl/g, einen Rückstandswert von 2 bis 4o % (gemessen durch Extrahieren mit Toluol-Aceton 1:1) und einem Quellwert von 10 bis 70 % (gemessen in Methylcyclohexan) aufweist und in 10 bis J55 ^iger, vorzugsweise 15 - 30 ^iger Salzsäure in Gegenwart von 0 bis 2 Gew.% Kieselsäure und 0 bis 1 Silikonöl, jeweils bezogen auf eingesetztes Niederdruckpolyäthylen bei zwischen 50 und 100°C beginnenden und zwischen 120 und 130°C endenden Reaktionstemperatüren hergestellt wurde, wobei mindestens 10 % Chlor zwischen 120 und IjJO0C eingeführt wurde.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer thermoplastischen Masse durch Mischen von
a) 98 bis 50 Gew.^ eines Vinylchlorid-Polymerisates und
b) 2 bis 50 Gew.% eines chlorierten Niederdruckpolyäthylens,
dadurch gekennzeichnet, daß man ein chloriertes Niederdruckpolyäthyleri verwendet, das einen Chlorgehalt von 25 - 42 Gew.^, eine reduzierte spezifische Viskosität von 1 bis 5 dl/g, einen Rück-
- 3 50981 1 /09U
standswert von 2 bis 40 % (gemessen durch Extrahieren mit Toluol : Aceton 1:1) und ein Quellwert von 10 bis 70 % (gemessen in Methylcyclohexan) aufweist und das in 10 bis JO ^iger, vorzugsweise 15 - J5 $iger Salzsäure in Gegenwart von 0 bis 2 Gew.% Kieselsäure und 0 bis 1 Gew.$ Silikonöl, jeweils bezogen auf eingesetztes Niederdruckpolyäthylen, bei zwischen 50 und 3 00 C beginnenden und zwischen 1200C und IJO0C endenden Reaktionstemperaturen aus einem Niederdruckpolyäthylen, vorzugsweise in feinteiliger Form, das gegebenenfalls bei Temperaturen von 100°C bis zu seinem Kristallitschmelzpunkt getempert bzw. vorgesintert sein kann, hergestellt wurde, und wobei mindestens 10 % Chlor zwischen 120 und IJO0C eingeführt wurde.
Die erfindungsgemäße thermoplastische Masse besteht zu 98 bis 50 Gew.%, vorzugsweise 95 bis 80 Gew.$, aus Polyvinylchlorid oder einem Copolymerisat des Vinylchlorids mit anderen Comonomeren, wie beispielsweise Vinylacetat, Acrylsäureester oder Methacrylsäureester, wobei die Menge an Comonomeren-Einheiten im Copolymerisat höchstens 20 Gew.%, vorzugsweise 1-5 Gew.% beträgt. Der K-V/ert liegt zweckmäßigerweise im Bereich von JO bis 80.
Die restlichen 2 bis 50 Gew.^, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.%, der thermoplastischen Masse bestehen aus dem erfindungsgemäß zu verwendenden chlorierten .hochmolekularen Niederdruckpolyäthylen, welches 25 bis 42 Gew.%, vorzugsweise JO bis 40 Gew.^, Chlor enthält. Die Verteilung der Chloratome im Polyäthylenkorn, der "Durchchlorierungsgrad" ist durch den Ruckstandswert nach der Toluol-Aceton-Methode bzw. durch den Quellwert in Methylcyclohexan charakterisiert. Für die erfindungsgemäßen Formmassen geeignete chlorierte Niederdruckpolyäthylene sollen einen Rückstandswert von 2 bis 4o $, vorzugsweise von 2 bis JO %» und einen Quellwert von 10 bis 70 %, vorzugsweise von 20 bis 50 %, haben. Fernerhin soll das chlorierte Niederdruckpolyäthylen eine reduzierte spezifische Viskosität von 1 bis 5 dl/g, vorzugsweise 1 bis J,5 dl/g besitzen.
_ 4 -50981 1/09 A 4
Das erfindungsgemäß verwendete chlorierte hochmolekulare Nieder-■ druckpolyät'hylen ist feinteilig und läßt sich gut homogen mit Vinylchlorid-Polymerisat-Pulvern mischen.
Die Herstellung des erfindungsgemäß eingesetzten chlorierten Niederdruckpolyathylens erfolgt durch Chlorierung von feinteiligem Niederdruckpolyäthylen, das gegebenenfalls bei einer Temperatur von 1000C bis zum Kristallit-Schmelzpunkt des jeweiligen Niederdruckpolyathylens getempert bzw. vorgesintert sein kann, in wäßriger Salzsäure (zweckmäßig in der 3- bis ^0-fachen Salzsäuremenge, bezogen auf Niederdruckpolyäthylen), bei Temperaturen, die zwischen 50 und 1000C beginnen und zwischen 120 und 1300C enden. Zweckmäßigerweise beginnt die Chlorierung im Temperaturbereich von 70 - 90 C und wird dann unter kontinuierlicher Temperatursteigerung fortgeführt und bei Temperaturen im Bereich von 120 bis 130 C beendet. Es ist aber auch möglich, die Chlorierung als Zweistufenreaktion durchzuführen, d.h. bei 50 bis 100 C zu beginnen, danach die Temperatur unter Stoppen der Chlorzufuhr auf 120 bis 130°C zu erhöhen und dann die Chlorierung fortzuführen und zu beenden.
Das als Ausgangsmaterial verwendete Niederdruckpolyäthylen hat eine reduzierte spezifische Viskosität von 1 bis 5 dl/Sj vorzugsweise 1 bis 3*5 dl/g.
Unter Kieselsäure, die als Agglomerisationshemmer bei der Chlorierung anwesend ist, seien die verschiedenen wasserhaltigen oder wasserfreien Arten des feinporigen, und vorzugsweise großoberflächigen Siliziumdioxids verstanden; deren innere Oberfläche sollte zweckmäßigerweise im Bereich von 50 bis 400 em /g
(nach BET), vorzugsweise I50 bis 300 cm /g, liegen sollten.
Die mittlere Teilchengröße der Kieselsäure liegt im allgemeinen zwischen 1 und 50 um.
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Der Antiagglomerationseffekt der Salzsäure wird durch den Zusatz von Kieselsäure und Silioonöl weiter verbessert. Ein solcher Zusatz wird deshalb bevorzugt. In der Regel genügen 0,1 bis 2 Gew.% vorzugsweise 0,1-1 Gew.% Kieselsäure in Verbindung mit 0,01 bis 1,0, vorzugsweise 0,02 bis 0,7* Gew.^ Silikonöl, jeweils bezogen auf eingesetztes Niederdruckpolyathylen. Die Menge der Kieselsäure und des Silikonöls ist nach oben nicht streng begrenzt und kann die vorstehend genannten Obergrenzen unter Umständen übersteigen. Dies verbessert die Agglomerisationshemmung, hat aber gewisse Nachteile für die Mischung mit PVC zur Folge.
Unter den, dem technischen Sprachgebrauch zufolge als Siiikonöl bezeichneten Organo-Siliciumverbindungen werden Polysiloxane verstanden, die auf der wiederkehrenden Einheit der allgemeinen Formel
OR1
0 - Si -
OR,
aufgebaut sind, worin R- und R2 Alkyl-, Aryl- bzw. Aralkylreste und χ eine ganze Zahl von 10 bis 10 000, vorzugsweise 100 bis 1000, bedeutet. Verbindungen aus der Reihe der Dirnethylpolysiloxane haben sich als besonders wirksam gezeigt. Die Viskosität liegt zweckmäßigerweise zwischen 1000 und 500 000 Centistokes und insbesondere zwischen 1000 und 60 000 Centistokes.
Der Zusatz der gegebenenfalls miteinander vorgemischten Kieselsäurekomponente und des Polysiloxans erfolgt zweckmäßigerweise vor oder zu Beginn der Chlorierung, und zwar in einem Temperaturintervall, bei dem der Schmelzpunkt des Polyäthylens noch nicht erreicht ist.
5098 11/0 9kk
Nach einer anderen Ausführungsform kann man zunächst die Kieselsäure allein zusetzen und das Silikonöl im Verlauf der Chlorierung zugeben. Eine eventuell eingetretene leichte Agglomeration läßt sich durch den späteren Silikonzusatz mindestens teilweise wieder rückgängig machen.
Es ist selbstverständlich auch möglich, die vorgesehene Menge Silikonöl in Portionen innerhalb einzelner oder aller Verfahrensstufen zuzusetzen.
Die erfindungsgemäße thermoplastische Masse kann zusätzlich noch bekannte PVC-Stabilisatoren, wie beispielsweise Barium- Cadmium-Laurat, Epoxyd-Stabilisatoren, organische Phosphite, Zinn- oder Blei-Verbindungen sowie andere bekannte Zusatzstoffe, wie z.B. UV-Absorber, Gleitmittel, Verarbeitungen!Ifsmittel, Farbstoffe und Pigmente, enthalten.
Die erfindungsgemäße thermoplastische Masse eignet sich je nach Anteil des chlorierten Niederdruckpolyathylens für Rohre, Profile, Platten, Folien, Kabel, Schläuche, Spritzgußteile und andere Formkörper. Durch ihr gleichmäßig feines Korn ist sie sehr gut nach der Dry-blend-Technik verarbeitbar. Ein Mischen der Bestandteile im plastifizierten Zustand ist nicht erforderlich.
Für die Charakterisierung des erfindungsgemäß zu verwendenden chlorierten Niederdruckpolyathylens werden folgende Methoden angewendet:
1. Rückstandswert nach der Toluol-Aceton-Methode (TAc): 4 g des zu prüfenden Chlorpolyäthylens v/erden in 100 ml eines Gemisches von Toluol mit Aceton (1 : 1) 1 Stunde unter Rückfluß erhitzt. Die Menge des unlöslichen Rückstandes, der aus nicht ausreichend chlorierten Anteilen besteht, ist ein Maß für die DurchChlorierung des Polyäthylenkorns. Je geringer der Rückstand, desto geeigneter ist das Chlorierungsprodukt für die erfindungsgemäßen Mischungen.
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2. Quo11wert in Methylcyelohexan (MCH): Die Gewichtszunahmen einer Probe nach 24-stündiger Lagerung in Methylcyclohexan ist ebenfalls ein Maß für die Durchchlorierung des Polyäthylenkorns. Nicht ausreichend chlorierte Anteile quellen kaum. Produkte mit hohem Q.uellwert sind besonders geeignet.
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Beispiel 1
In einem Chlorierkessel werden 100 Gewichtsteile Niederdruckpolyäthylen mit der red. spez. Viskosität von 1,3 in 900 Gewichtsteilen 20 foiger Salzsäure zunächst bei 8o° auf 28 % Chlorgehalt chloriert, danach wird die Temperatur auf 121,5° angehoben und bis zu einem Endchiorgehalt von 59,2 % chloriert. Der TAc-Wert beträgt 13 % und der MCH-Wert 14 %.
Verwalzt man 10 Gewichtsteile dieses Chlorierungsproduktes mit • 90 Gewichtsteilen Suspensions-PVC mit K-Wert 70 unter Zusatz von 3 Gewichtsteilen Ba-Cd-Stabilisator und 1 Gewichtsteile Diphenyloctylphosphit bei 175° 10 Minuten lang, so werden an den hieraus hergestellten Preßplatten folgende Werte gemessen:
Kerbschlagzähigkeit nach DIN 53 453 = 4l,7 emkp/cm Schlagzähigkeit bei -20°C nach DIN 55 453 = "ohne Bruch" Kerbschlagzugzahigkeit nach DIN 53 448 (Anmerkung) =197 cmkp/cm
Vergleichsversuch
Wird dagegen das gleiche Niederdruckpolyäthylen unter den gleichen Bedingungen, jedoch in Wasser ohne Salzsäurezusatz chloriert, so tritt eine starke Agglomerierung ein, die die weitere Chlorierung sehr erschwert. Es wird ein Chlorierungsprodukt mit dem Chlorgehalt von 39,1 .mit einem TAc-Wert von 45 und MCH-Wert von 3 erhalten. In der Abmischung von 10-Gew.# dieses Chlorierungsproduktes mit 90 Gew.% S-PVC vom K-Wert 70 unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 wird eine KerbSchlagzähigkeit nach DIN 53 453 von 19,2 cmkp/cm erreicht. Die Schlagzähigkeit bei -20°C nach DIN 55 453 ist "ohne Bruch", die Kerbschlagzähigkeit nach DIN 53 448 (Anmerkung) beträgt 102 cmkp/cm2.
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Beispiel 2
In einem Chlorierkessel werden 100 Gew.-Teile Niederdruckpolyäthylen mit der red. spez. Viskosität von 1,2 in 1200 Gew.-Teilen 24 $iger Salzsäure, der o,48 Gew.-Teile Kieselsäure" mit mittlerer Teilchengröße von 12 um und einer inneren Oberfläche nach BET
Ο /
von 200 cm /g und 0,048 Gew.-Teilen Silieonöl mit einer Viskosität von 1 000 Centistokes zugesetzt wurden, zunächst bei 8o° auf 20 % Chlorgehalt chloriert, danach wird die Temperatur auf 122° angehoben und bis zu einem Endchlorgehalt von 36,6 fo chloriert. Der TAc-Wert beträgtJ>J>%,der MCH-Wert 16 %.
In der Abmischung von 10 Gew.-Teilen dieses Chlorpolyäthylens mit 90 Gew.-Teilen Suspensions-PVC mit K-V/ert 70 entsprechend
Anspruch 1 wird eine Kerbschlagzähigkeit von 38,9 crnkp/cm und eine Schlagzähigkeit von -20° von "ohne Bruch" gefunden.
Beispiel 3
In einem Chlorierkessel v/erden 100 Gew.-Teile Niederdruckpolyäthylen mit einer red. spez. Viskosität von 3*5 dl/g in 1000 Gew.-Teilen 20 $iger Salzsäure zunächst bei 70° auf 20 % Chlorgehalt chloriert, danach wird die Temperatur auf 126° angehoben und bis zu einem Endchiorgehalt von 36,3 % chloriert.
Der TAc-Wert beträgt 15 % und der MCH-Wert 21 %.
In der Abmischung von 10 Gew.-Teilen dieses Chlorpolyäthylens mit 90 Gew.-Teilen S-PVC vom K-Wert 70 entsprechend Beispiel 1 wird
eine Kerbschlagzähigkeit von 51,3 cmkp/cm und eine Schlagzähigkeit bei -200C von "ohne Bruch" gemessen.
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Claims (5)

- 10 - HOE 73/F 264 Patentansprüche:
1. Thermoplastische Masse, bestehend aus:
a) 98 bis 50 Gew.-^ eines Vinylchlorid-Polymerisätes und
b) 2 bis 50 Gew.-% eines chlorierten Niederdruckpolyäthylens,
dadurch gekennzeichnet, daß das chlorierte Niederdruckpolyäthylen einen Chlorgehalt von 25 - 42 Gew.^, eine reduzierte spezifische Viskosität von 1 bis 5 dl/g, einen Rückstandswert von 2 bis 4o fo (gemessen durch Extrahieren mit Toluol-Aceton 1:1) und einem Quellwert von 10 bis 7Θ % (gemessen in Methylcyclohexan) aufweist und in 10 bis 35 ^iger Salzsäure in Gegenwart von 0 bis 2 Gew.-^ Kieselsäure und 0 bis 1 Gew. fo Silikonöl, jeweils bezogen auf eingesetztes Niederdruckpolyäthylen bei zwischen 50 und K)O0C beginnenden und zwischen 120 und 13O0C endenden Reaktionstemperatüren hergestellt wurde, v?obei mindestens 10 % Chlor zwischen 120 und IJO C eingeführt wurde
2. Thermoplastische Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das chlorierte Niederdruckpolyäthylen bei einer zwischen 70 und 90°C beginnenden und zwischen 120 und 130°C endenden Reaktionstemperatur hergestellt wurde.
3· Thermoplastische Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Chlorgehalt des chlorierten Niederdruckpolyäthylens 30 bis 40 Gew.% beträgt.
4. Thermoplastische Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das chlorierte Niederdruckpolyäthylen aus Niederdruckpolyäthylen hergestellt wurde, das bei Temperaturen von 1000C bis zum Kristallitschmelzpunkt getempert bzw. vorgesintert wurde.
- 11 509811/0944
- 11 - HOE 73/F 264
5. Verfahren zur Herstellung einer thermoplastischen Masse durch Mischen von
a) 98 bis 50 Gew.% eines Vinylchlorid-Polymerisates und
b) 2 bis 50 Gew.% eines chlorierten Niederdruckpolyäthylens,
dadurch gekennzeichnet, daß man ein chloriertes Niederdruckpolyäthylen verwendet, das einen Chlorgehalt von 25 bis 42 Gew.%, eine reduzierte spezifische Viskosität von 1 bis 5 dl/g, einen Ruckstandswert von 2 .bis 40 % (gemessen durch Extrahieren mit Toluol : Aceton 1 : l), einen Quellwert von 10 bis 70 % (gemessen in Methylcyclohexan) aufweist und das in 10 - J>0^>±^er Salzsäure in Gegenwart von 0 bis 2 Gew.% Kieselsäure und 0 bis 1 Gew.% Silikonöl, jeweils bezogen auf eingesetztes Nieder— druckpolyäthylen, bei zwischen 50 und 1000C beginnenden und zwischen 120°C und 1500C endenden Reaktionstemperatüren hergestellt wurde, wobei mindestens 10 % Chlor zwischen 120 und 0C eingeführt wurde.
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