DE2426178A1 - Thermoplastische formmassen aus celluloseestern und aethylen-vinylester-copolymerisaten - Google Patents
Thermoplastische formmassen aus celluloseestern und aethylen-vinylester-copolymerisatenInfo
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Description
Gegenstand der Erfindung sind transparente thermoplastische Formmassen aus organischen Celluloseestern und ÄthyIen-Vinylester-Copolymerisaten,
die gegebenenfalls noch niedermolekulare Weichmacher enthalten können.
Bekanntlich wird Cellulose erst nach der Veresterung mit bestimmten organischen Säuren thermoplastisch verarbeitbar
und dies oftmals erst auch nach Einarbeitung von niedermolekularen Weichmachern in das veresterte Produkt. Die drei
Hydroxylgruppen der Anhydroglucose-Einheiten der Cellulose können prinzipiell mit einer Vielzahl von organischen Säuren
verestert werden, wovon aber nur Celluloseacetate, -acetopropionate
und -acetobutyrate besondere technische Bedeutung erlangt haben. Aus diesen Estern werden thermoplastisch
verarbeitbare Formmassen sowie z.B. Acetatseide, Blockacetat,
Folienträger für Sicherheitsfilme, Elektroisolierfolien und
Lacke hergestellt.
Formmassen aus Celluloseacetat können praktisch ohne Zusatz von niedermolekularen Weichmachern nicht thermoplastisch verarbeitet
werden, da sich dieser Ester vor dem Erweichen zu zersetzen beginnt. Auch bei Celluloseacetopropionaten und
-acetobutyraten liegen die Erweichungs- und Zersetzungstem-
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peratur ziemlich beieinander, so daß auch diese Formmassen vor ihrer thermoplastischen Verarbeitung mit niedermolekularem
Weichmacher abgemischt werden müssen. Damit erreicht man die notwendige Herabsetzung der Verarbeitungstemperatur und Verarbeitungsviskosität.
Als Weichmacher für organische Celluloseester dienen vornehmlich aliphatische Ester der Phthalsäure, Adipinsäure, Azelainsäure,
Sebacinsäure und Phosphorsäure wie beispielsweise Dimethylphthalat, Diäthylphthalat, Dibutyladipat, Dioctyladipat,
Dibutylazelat, Trichloräthylphosphat und Tributylphosphat.
Oft ist es auch vorteilhaft, Weichmachergemische einzusetzen.
Obwohl die mit Weichmachern modifizierten Celluloseesterformmassen
eine sehr gute Transparenz zeigen, wäre es wünschenswert, für manche Anwendungszwecke ihre Warmeformbeständigkeit
weiter zu verbessern. Außerdem wandern die Weichmacher mit der Zeit an die Oberfläche der Formkörper, so daß z.B. Folien
aus modifizierten Celluloseestern nicht zur Verpackung von bestimmten Lebensmitteln verwendet werden können.
Aus der deutschen Auslegeschrift 1 J5o5 219 sind Abmischungen
aus organischen Celluloseestern, niedermolekularen Weichmachern und Olefinpolymerisatenbekannt. Bei einem höheren
Gehalt an Olefinpolymerisaten sind jedoch solche Formmassen
nicht mehr transparent. Außerdem dienen hier herkömmliche niedermolekulare Ester mit den bekannten Nachteilen als
Weichmacher.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß man transparente,
thermoplastisch sehr gut verarbeitbare Formmassen ohne
die oben dargelegten Nachteile erhält, wenn man Celluloseester
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mit Copolymerisaten aus Äthylen-Vinylestern mischt.
Gegenstand der Erfindung sind daher thermoplastische Formmassen
bestehend aus
1) ι _ 99 Gewichtsprozenten, vorzugsweise 5o - 99 Gewichtsprozenten,
mindestens eines Celluloseester einer aliphatischen Carbonsäure,
2) 99 - 1 Gewichtsprozenten, vorzugsweise 1 - 5o Gewichtsprozenten
eines Kthyleri-Vinylester-Copolymerisats mit 3o - 98 Gewichtsprozenten, vorzugsweise 6o Gewichtsprozenten
eingebautem Vinylester und
3) 0-35 Gewichtsprozenten, vorzugsweise 0 - 2o Gewichtsprozenten
eines niedermolekularen Weichmachers wobei die Summe I)- 3) loo Gewichtsprozente beträgt.
Besonders· bevorzugte thermoplastische Formmassen bestehen aus
1) 95 - 7o Gewichtsprozenten mindestens eines Celluloseester
einer aliphatischen Säure,
2) 5 - 3o Gewichtsprozenten eines Äthylen-Vinylacetat-Copoly-
merisats mit 30 - 98 Gewichtsprozenten eingebautem
Vinylacetat und
3) 0 - 2o Gewichtsprozenten eines niedermolekularen Weichmachers, wobei die Summe 1) - 3) loo Gewichtsprozente
beträgt.
Ein besonders hervorstehendes Merkmal der erfindungsgemäßen
Formmassen ist ihre Transparenz und ihre sehr guten mechanischen Eigenschaften.
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Geeignete Celluloseester zur Herstellung der erfindungsgemäßen
Formmassen sind Celluloseester aliphatischer Carbonsäuren mit 1-5 C-Atomen, vorzugsweise Celluloseacetat, -acetopropionat
und -acetobutyrat.
Die Verfahren zur Herstellung von organischen Celluloseestern sind seit langem bekannt und werden beispielsweise in Ulimanns
Encyklopädie der technischen Chemie (Verlag Urban & Schwarzenberg,
München-Berlin, 19^3) im 5. Band auf den Seiten 182 bis
2ol beschrieben.
Bevorzugte Celluloseacetobutyrate enthalten
4o bis 5ο % Buttersäure,
15 bis 26 % Essigsäure und 0,75 bis 1,95 % Hydroxyl.
Besonders bevorzugt für die erfindungsgemäßen Formmassen eignen
sich Celluloseacetobutyrate mit folgender Zusammensetzung:
42 bis 46 % Buttersäure, 18 bis 21 % Essigsäure und
1,0 bis 1,7 % Hydroxyl.
Bevorzugte Celluloseacetopropionate enthalten im allgemeinen
5o bis 63,5 % Propionsäure,
1 bis 12 % Essigsäure und 1,2 bis 1,95 % Hydroxyl
und besonders bevorzugte Celluloseacetopropionate haben folgende Zusammensetzung:
54 bis 58 % Propionsäure
5 bis 8 % Essigsäure 1,5 bis 1,8 % Hydroxyl.
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Von den Celluloseacetaten werden bevorzugt Sekundär-Celluloseacetateeingesetzt.
Prozentangaben bedeuten hier und im folgenden Gewichts-Prozente.,
unter Teilen sind Gewichtsteile zu verstehen.
Die relativen Viskositäten (^rel) von 2 %-igen Lösungen der
verwendeten aliphatischen Celluloseester in Azeton liegen bei Raumtemperatur zwischen 3,5 und 4,5, besonders bevorzugt
zwischen 4,0 und 4,5.
Als Vinylester kommen organische Vinylester von gesättigten,
gegebenenfalls durch Halogen, insbesondere durch Chlor, substituierten
Monocarbonsäuren mit 1-18 C-Atomen oder aromatischen Monocarbonsäuren mit 7-H C-Atomen in Frage. Namentlich seien
genannt: Vinylformiat, Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylchlorpropionat,
Vinylbutyrat, Vinylisobutyrat, Vinylcapronat, Vinyllaurinat,
Vinylmyristinat, Viny1stearat, Vinylbenzoat,
vorzugsweise Vinylacetat.
Die Ä'thylen-Vinylester-Copolymerisate werden nach den bekannten
Verfahren der Hoch- oder Mitteldrucksynthese, gegebenenfalls in Lösungsmitteln wie tert. Butanol, hergestellt.
Die nach dem Verfahren der Hochdrucksynthese hergestellten Ä'thylen-Vinylester-Copolymerisate besitzen Schmelzindexwerte
- nach DIN 53 735 bei 19o°C und einer Belastung von 2,16 kp zwischen
0,1 und loo, vorzugsweise zwischen 1,0 und lo, insbesondere
4,5 bis 6. Die in Tetralin bei 12o°C gemessenen Grenzviskositäten liegen im allgemeinen zwischen 0,6 und 1,5. Die
nach der Methode der Lichtstreuung ermittelten Molekulargewichte liegen vorzugsweise zwischen 5o ooo und etwa 1 Million. Die nach
der Beziehung M/M - 1 definierte Uheinheitlichkeit U
(G. Schulz, Z. phys. Chem. (B) 43 (1939) Seiten 25-34) liegt
im Bereich von 5 bis 3o. Diese Copolymerisate sind bevorzugt
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in heißen Kohlenwasserstoffen löslich.
Die beispielsweise nach dem "Verfahren der Lösungs- oder
Emulsionspolymerisation hergestellten Äthylen-Vinylester-Copolymerisate,
die z.B. 3o bis 98 Gewichtsprozent Vinylester, vorzugsweise 60 bis 80 Gewichtsprozent Vinylester enthalten,
besitzen Schmelzindexwerte (1900C - 2,16 kp), die größer als
loo sein können, vorzugsweise liegt der Schmelzindexbereich unter 15, insbesondere zwischen 0,5 und 5. Die mittels Lichtstreuung
gemessenen Molekulargewichte liegen vorzugsweise zwischen 4o 000 und einer Million. Die Uneinheitlichkeit U
beträgt 1 bis 6. Die Copolymerisate sind löslich in Kohlenwasserstoffen und Alkoholen und besitzen vorzugsweise Grenzviskositäten
in Toluol zwischen 0,5 und 2,5.
Die Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisate können, falls gewünscht, ganz oder teilweise verseift sein.
Zusammensetzung und Meltindices der verwendeten 'tthylen-Vinylacetat-Copolymerisate:
Bezeichnung | Vinylacetat- | MFI - |
Gehalt £%JJ | ||
EVA - 800 | 78 | 0,45 |
EVA - 700 | 7o | 3o |
EVA - βοο | 60 | lo,4 |
EVA - 45ο | 44 | 0,54 |
EVA - 338 | 33 | 64 |
EVA - 8o | 8 | 5 |
Hierbei bedeuten:
EVA:. Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat
MPI: Schmelzindex /~g/lo min_/ nach DIN 53 735 bei einer Belastung
von 2,16 kp und einer Temperatur von 1900C.
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Geeignete niedermolekulare Weichmacher sind Dimethylphthalat,
Diäthylphthalat, Triphenylphosphat, Methylphthalyläthylglykolat,
Di-n-butylsebacat, Kthylphthalyläthylglykolat, Butylphthalylbutylglykolat,
Dibutylphthalat, Dioctyladipat, Dioctylphthalat, Butylbenzylphthalat und Triacetin.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Formmassen aus organischen
Celluloseestern und ftthylen-Vinylester-Copolymerisaten, die
gegebenenfalls noch mit niedermolekularen Weichmachern modifiziert
sein können, erfolgt durch intensives Vermischen der Komponenten. Es können hierzu alle bekannten Mischverfahren
benutzt werden wie z.B. das Mischen auf Walzwerken oder in Schneckenextrudern.
Die Mischungen können auch über die Lösung hergestellt werden. Hierzu löst man die Komponenten in geeigneten Lösungsmitteln
oder Lösungsmittelgemischen und fällt die Polymermischungen
mit geeigneten Nichtlösern. Die Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemische können auch durch Abdampfen entfernt werden.
Geeignete Lösungsmittel für organische Celluloseester und Äthylen-Vinylester-Copolymerisate sind beispielsweise Methylenchlorid
oder Eisessig, als gemeinsames Fällungsmittel kann z.B. im Falle der Lösung in Methylenchlorid Hexan verwendet
werden.
Die erfindungsgemäßen Mischungen können gewisse andere Additive
enthalten, um die Polymermischungen zu färben, zu pigmentieren, um ihre Oxydationsbeständigkeit, Lichtbeständigkeit oder ihre
Entflammungsbeständigkeit zu verbessern und dergleichen mehr.
Die erfindungsgemäßen Formmassen aus Sthylen-Vinylester-Copolymerisaten
und organischen Celluloseestern zeigen einen bemerkenswerten Anstieg der nach DIN 53 ^5J>
gemessenen Kerbschlagzähigkeit. · . . , ·
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Außerdem zeichnen sich die erfindungsgemäßen Formmassen
durch eine verbesserte Formbeständigkeit in der Wärme aus, die z.B. nach DIN 53 46o als Vicat-Erweichungstemperatur
gemessen wird.
Die Vicat-Erweichungstemperaturen liegen bis zu 4o°C über den
Erweichungstemperaturen der mit niedermolekularen Weichmachern modifizierten Celluloseestern.
Gegenüber herkömmlichen Celluloseester-Formmassen, die niedermolekulare
Weichmacher enthalten, zeigen die erfindungsgemäßen
Polymermischungen außerdem noch verbesserte mechanische Eigenschaften wie beispielsweise eine Erhöhung der Härte, der Zugfestigkeit,
der Biegefestigkeit und des Elastizitäts-Moduls.
Der bekannte Effekt der sogenannten Weichmacherwanderung tritt bei den Polymermischungen aus organischen Celluloseestern und
Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisaten praktisch nicht auf, wodurch solche Formmassen auch beispielsweise für Anwendungen, die einen
Kontakt mit Lebensmitteln schaffen, besonders gut geeignet sind.
Die verbesserte Heißluftbeständigkeit der Abmischungen macht ihren Einsatz für Außenverkleidungen möglich.
Aus den erfindungsgemäßen Formmassen lassen sich Formkörper
Jeder Art herstellen sowie Acetatseide, Blockacetat, Folienträger für Sicherheitsfilme, Elektroisolierfolien und Lacke/
Mischungen aus organischen Celluloseestern und Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisaten
lassen sich problemlos auf bekannten Extrudern und Spritzgußmaschinen kontinuierlich und diskontinuierlich
verarbeiten und zeigen dabei eine gute Fließfähigkeit.
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Beispiele 1 bis 15;
Celluloseacetobutyrat mit 42 - 46 % Buttersäure, 18 -21 %
Essigsäure und 1,0 - 1,7 % Hydroxylgruppen wird, wie in der
folgenden Tabelle angegeben, mit 'Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisaten
auf einer Walze bei 17o°C intensiv vermischt.
Die Walzfelle werden granuliert und anschließend bei einer Massetemperatur von
körpern verspritzt.
körpern verspritzt.
Massetemperatur von 23>o°C auf einer Spritzgußmaschine zu Prüf-
Bei den mit L bezeichneten Beispielen werden die Polymermischungen
über die Lösung mit anschließendem Ausfällen hergestellt. Hierzu vermischt man entsprechende Volumenanteile
von Io %-igen Methylenchlorid-Lösungen von Celluloseacetobutyrat
bzw. ''ithylen-Vinylacetat-Copolymerisat und fällt die
Polymermischung mit Hexan aus. Die so erhaltenen Gemische werden getrocknet und wie zuvor angegeben, zu Prüfkörpern
verspritzt.
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σ co ο co
Beispiel | EVA | V Ac % | an | ak | Vicat | 'ObP | f | v° | Transparenz | % EVA |
1 2 2L 3 4 |
8oo 8oo 8oo 8oo 8oo |
78 78 78 78 78 |
ung. ung. ung. ung. ung. |
4 8 3 Io 15 |
loo 91 84 79 |
69 ββ 71 62 56,5 |
5 5 5,5 5,2 5,5 |
74 70 87 63 56 |
+ + + + + |
5 Io Io 15 2o |
5 6 |
7oo 700 |
7o 7o |
ung. ung. |
4 22 |
Ho 75 |
77 5o |
81 44 |
+ | Io 2o |
|
7 8 |
βοο 6oo |
60 60 |
ung. ung. |
15 25 |
CO LfN ON VO |
65 46 |
5,5 β |
63 42 |
+ + |
Io 2o |
9 Io loL 11 12 |
450 450 450 450 450 |
44 44 44 44 44 |
ung. ung. 6o ung. ung. |
2o 12 12 Io 33 |
loo 90 I03 78 74 |
ββ βο 68 53 47 |
5,2 5,1 β 5,1 5,7 |
67 59 65 51 41 |
+ + + + + |
5 Io Io 15 2o |
13 14 15 |
000 CO CO CO |
P 8 |
19 34 27 |
21 32 28 |
Ιοβ 94 56 |
64 5Q 33 |
4,9 5,5 4,5 |
65 56 34 |
5 Io 2o |
Le A 15
- Io -
In der Tabelle bedeuten:
a : Schlagzähigkeit nach DIN 53 453; Dimension : ^/~kj/m JJ.
a, : Kerbschlagzähigkeit nach DIN 53 453;
Dimension : /~kj/m _J.
Vicat : Vicat-Erweichungstemperatur nach Verfahren B
(Kraft: 49,o5 N) nach DIN 53 4βο; Dimension : /~°C_7·
PbP : BieSei>ließsPannung nach DIN 53 452;
Dimension : ^"N/mm JJ.
f_ : Durchbiegung bei £"!„ :
Dimension : /~rt
H1 3o : Kugeldruckhärte nach'3o s nach DIN 53 456;
K , " 2 "
Dimension : ^/"N/mm __7.
Transparenz : + steht für glasklare Transparenz, - für nicht transparent.
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Beispiele 16 - 29;
Celluloseacetopropionat enthaltend 54- - 58 ^ Propionsäure,
5 - 8 $ Essigsäure und 1,5 - 1*8 $ freie Hydroxylgruppen
wird, wie in der folgenden Tabelle angegeben, mit A'thylen-Vinylacetat-Copolymerisat
auf einer Walze bei l8o°C intensiv vermischt.
Die Walzfelle werden granuliert und anschließend bei einer Massetemperatur von 24o°C auf einer Spritzgußmaschine zu
Prüfkörpern verspritzt.
Bei den mit L bezeichneten Beispielen werden die Polymermischungen,
wie unter Beispiele 1-15 beschrieben, über die Lösung mit anschließendem Ausfällen hergestellt.
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Beispiel | EVA | V Ac fo | % EVA | an | ak | Vicat | 86 | f | v° | Transparenz |
16 | 8oo | 78 | 5 | ung. | 4 | Ho | 76 | 6 | 83 | + |
17 | 8oo | 78 | Io | ung. | 9 | I09 | 80 | 5,7 | 75 | + |
17L | 8oo | 78 | Io | 12 | 2,6 | loo | 74 | 5,2 | 95 | + |
18 | 8oo | 78 | 15 | ung. | 19 | loo | 65 | 6 | 70 | + |
19 | 8oo | 78 | 2o | ung. | 26 | 93 | 78 | 5,5 | 61 | + |
2o | 7oo | 7o | 5 | ung. | 4 | 114 | 73 | 5,6 | 80 | + |
21 | 7oo | 7o | Io | ung. | 5 | llo | 68 | 5,5 | 78 | + |
22 . | 7oo | 7o | 15 | ung. | 9 | Io2 | 63 | 5,6 | 7o | + |
23 | 7oo | 7o | 2o | ung. | 22 | 91 | 74 | 5,8 | 63 | + |
24 | 45o | 44 | 5 | 60 | 5 | 112 | 64 | 5,5 | 75 | + |
25 | 450 | 44 | Io | 4o | 7 | loo | 56 | 5,5 | 65 | + |
26 | 450 | 44 | 15 | 34 ■ | 18 | 84 | 47 | 5,4 | 57 | + |
27 | 450 | 44 | 2o | 45 | 33 | 72 | 60 | 5,3 | 44 | + |
28 | 338 | 33 | Io | 14 | 5 | 95 | 4o | 4,4 | 7o | + |
29 | 338 | 33 | 2o | 14 | 8 | 4o | 4,3 | 38 | + | |
Le A 15
13 -
V/erden entsprechende Celluloseacetopropionate mit dem nieder molekularen Weichmacher Dibutyladipat abgemischt, so zeigen
die Prüfkörper sehr viel geringere Vicat-Erweichungspunkte
% Dibutyladipat | Vicat 0C |
5 | loo |
Io | 82 |
15 | 68 |
2o | 54 |
Beispiele 3o -
3Ί>'
Sekundärcelluloseacetat wird, wie in der folgenden Tabelle angegeben, mit Ä'thylen-Vinylacetat-Copolymerisat auf einer Walze
bei 22o°C intensiv vermischt.
Die Walzfelle werden granuliert und anschließend bei einer
Massetemperatur von 23o°C auf einer Spritzgußmaschine zu Prüfkörpern
verspritzt.
Bei den mit L bezeichneten Beispielen werden die Polymermischungen,
wie unter Beispiele I-I5 beschrieben, über die Lösung mit anschließendem Ausfällen hergestellt.
Le A 15 757
509851/0909
Beispiel | EVA | % EVA | V Ac % | an | ak | Vicat | ^bF | f | Hk3Q | Transparenz |
3o | 800 | Io | 78 | 15 | 2 | 151 | 8^bB | 3,6 | Io2 | + |
3oL | 800 | Io | 78 | Io | 2,5 | 155 | ■ ^bB | 2,3 | I08 | + |
31 | 800 | 2o | 78 | 17 | 2 | 122 | 72 | 5,8 | 7o | + |
32L | 800 | 25 | 78 | 27 | 4,8 | 73 | 44 | 4,9 | 35 | + |
33 | 700 | 2o | 7o | 50 | 2 | 126 | ^bB | 4,5 | 55 | + |
Le A 15 757
Claims (6)
1) 50 - 99 Gewichtsprozenten mindestens eines Celluloseesters
einer aliphatischen Carbonsäure,
2) 1 - 5o Gewichtsprozenten eines Äthylen-Vinylester-Copolymerisats
mit 6o - 98 Gewichtsprozenten eingebautem Vinylester und
3) 0 - 2o Gewichtsprozenten eines niedermolekularen Weichmachers, wobei die Summe 1) - 3) 300 Gewichtsprozente
beträgt.
3. Thermoplastische Formmassen bestehend aus
1) 95 - 7o Gewichtsprozenten mindestens eines Celluloseester
einer aliphatischen Carbonsäure,
2) 5 - 3o Gewichtsprozenten eines Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisats
mit 3o - 98 Gewichtsprozenten eingebautem Vinylacetat und
3) 0 - 2o Gewichtsprozenten eines niedermolekularen Weichmachers,
wobei die Summe 1) - 3) loo Gewichtsprozente beträgt.
Le A 15 757 - 16 -
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4. Thermoplastische Formmassen nach Anspruch 1, enthaltend als Komponente 2) ein Äthylen-Vinylester-Copolymerisat
mit 6o - 98 Gewichtsprozenten eingebautem Vinylester.
5. Thermoplastische Formmassen nach Anspruch 1, enthaltend als Celluloseester Celluloseacetobutyrat, Celluloseacetopropionat,
Celluloseacetat oder eine Mischung der genannten Ester.
6. Verwendung der thermoplastischen Formmassen nach Anspruch zur Herstellung von Formkörpern jeder Art.
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509851/0909
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