DE2620579A1 - Hochschlagfestes polystyrolpraeparat - Google Patents
Hochschlagfestes polystyrolpraeparatInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Polystyrolformmassön,
insbesondere auf Polystyrolmassen bzw. -präparate mit hoher Schlagfestigkeit. Die Schlagbeständigkeit sowie die Zug- und
Biegefestigkeit, Dehnung und Biegbarkeit bestimmter Polystyrolformmassen ermöglichen eine breite Anwendbarkeit dieser Polystyrole
auf Gebieten, ujo Festigkeit, Dauerhaftigkeit und leichte
Herstellung erwünscht sind. Daher werden Polystyrole mit diesen Eigenschaften in Folien- und Strukturform verformt, die als Verpackungsstrukturen,
Gehäuse, Trägerstrukturen, Mobilar, geformte Gegenstände, Spielwaren, Architekturzubehör usw. anwendbar sind.
Wesentlich verbesserte Polystyrole mit hoher Schalgfestigkeit, Dehnung und Biegewerten erhält man aufgrund der Feststellung einer
Beziehung zwischen der- Kautschukteilchengröße- des Styrolmischpolymerisates
und den oben genannten physikalischen Eigenschaften des Präparates=, Die Berücksichtigung dieser Beziehung ermöglicht
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die vorliegende Erfindung durch Wahl eines spezifischen Verhältnisses
aus einem schlagfesten Polystyrol mit kleiner Kautschukteilchengröße
Nund einem Polystyrol mit großer Kautschukteilchengröße.
So erhält man ein gemischtes Polystyrolpräparat mit überraschend
verbesserten Eigenschaften, wie Schlagbeständigkeit,
Zug- und Biegefestigkeit sowie hohen Dehnungs- und Biegewerten.
Bekanntlich sind schlagfeste Polystyrole durch Einverleibung emusionspolymerisierter
synthetischer Kautschuke in Styrolmonomeres und Polymerisation der Mischung hergestellt morden. Obgleich die
Sprödigkeit des Polystyrolmaterials durch dieses Verfahren in gewissem Maß verringert suird, ist die sntsprechende Erhöhung der
Schlagboständigkeit gewöhnlich in vielen Fällen unzureichend, um den Bedingungen zu entsprechen, denen ein Polystyrol für allgemeine
Zuiecke bei der üblichen Verwendung unterworfen werden.
Weiterhin wird die verbesserte Schlagbeständigkeit nur auf Kosten einer oder mehrerer anderer, oft ebenso wichtiger Eigenschaften
erzielt.
Es ist weiter bekannt, daß die Teilchengröße des in das Styrolpolymerisat
einverleibten Kautschuks einen großen Einfluß auf die Schlagbeständigkeit des Präparates hat. Für einen gegebenen Kautschukgehalt
läuft die Schlagfestigkeit für Proben mit einer
Elastotnerenteilchersgiö3e zwischen 0,5-5 ,u durch ein Maximum
bei etu:a 1 /U.
Präparats mit größeren Teilchen (d.h· 5 Ai) werden gewöhnlich zur
v/erbssssruns der Eigenschaften s sie Biegsamkeit und Dehnung,
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Die Formpräparate wurden allgemein vielen Verarbeitungsmodifikationen
und Änderungen von Molekulargewicht, Kautschukgehalt, Kautschukteilchengröße usw., unterworfen, um die Erzielung eines
richtigen Ausgleiches der wichtigen physikalischen Eigenschaften
zu versuchen. Sn lehrt z.B. die sich auf ABS Harze beziehende US PS 3 652 721 ein Emulsionspolymerisationsverfahren, das ABS
Polymerisatteilchen mit unterschiedlichen Größen in einem einzigen
.Polymerisationszyklus .und einem einzigen Reaktor herstellen
kann. Durch dieses einstufige Polymerisationsverfahren werden ABS Harze mit verbesserten Eigenschaften hergestellt. Andere
Verarbeitungsverfahren werden z.B. in der japanischen Patentanmeldung 33 305 und 7 123 145 sowie in den deutschen OLS
2 101 650 und 2 161 136, ebenfalls für ABS Präparate, beschrieben.
Erfindungsgemäß wurde nun festgestellt, daß man ein hoch schlag«·
festes Polystyrol mit verbesserten Eigenschaften mit einem gemischten Polystyrolpräparat'aus Polystyrol mit sehr feinen Kautschukteilchen
und Polystyrol mit größeren Kautschukteilchen erzielen kann. Überraschenderweise besitzen die erfindungsgemäßen
gemischten Polystyrolpräparate, wesentlich stärker verbesserte physikalische Eigenschaften, als zu erwarten war. Graphisch dargestellt
mit dem Mischungsverhältnis auf der Horizontalachse und den Werten von Schlagbestädnigkeit und/oder Biegung auf der
Vertikalachse (vgl. Fig. 1, 3 und 4) ergeben die erfindungsgemäßen
gemischten Präparate höhere Werte, als sie aus der direkten linearen Beziehung zu erwarten sind. Die Kurve hat einen hohen
Anstieg bei einem hohen Gehalt an feinen Teilchen und durchläuft ein Maximum für 50-B5 % feiner Teilchen zu 15-50 % großer Teilchen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung
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hoch schlagfester Polystyrolformpräparate mit verbesserten Schlagbeständigkeit
und hohen Biegewerten ohne Verminderung der ausgeglichenen anderer), wünschenswerten physikalischen Eigenschaften.
£in weiteres Z.isl ist die Schaffung hoch sch.lagfester Polystyrolformprsparate
mit außergeiuöhnlich hoher Schlagbei'tärdicjkeit und
ungewöhnlich hohen Biegewerten ahne Verlust der anderen wünschenswerten
physikalischen tEigenschaften. Außerden schafft die vorliegende
Erfindung ein Verfahren zum Mischen von Polystyrolen mit großer Kautschukteilchengröße mit oder ohne kristallines Polystyrol
in spezifischen Mengen zur Erzielung eines hoch schlagfesten Polystyrolformpräparates mit verbesserten physikalischen
Eigenschaften.
Die erfindungsgemäßen hoch schlagfesten Polystyrole umfassen allgemein
eine Mischung aus Polystyrol mit feiner Kautschukteilchengröße
(d.h. 0,9 Micron oder weniger) und Polystyrol mit größerer
Kautschuk-
/teilchengröße. Das Herstellungsverfahren dieses hoch schlagfesten
Polystyrols erfolgt, indem man einerseits ein Polystyrol mit feinen Kautschukteilchen in geeigneter Weise unter Rühren herstellt
und andererseits ein Polystyrol mit größeren Kautschukteilchen unter unterschiedlichen Arbeitsbedingungen herstellt.
Danach werden diese beiden Arten von Polystyrolen in genau definierten Verhältnissen vor dem Strangpressen und/oder anderen
abschließenden Verarbeitungsverfahren gemischt.
Die in schlagfestem Polystyrol anwesenden Kautschukteilchen sind gewöhnlich Polybutadienkautschuke, die mit einem weiten Größenbereich
der elastomeren Teilchen hergestellt werden können.
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Erfindungsgemäß liegt die Größe der kleinen Kautschukteilchen
unter 1 Micron, vorzugsweise zwischen etwa 0,2-Ü,-9 Micron und insbesondere
zwischen 0,5-0,9 Micron.
Besonders günstige Ergebnisse erzielt man, wenn die Größe der größeren Teilchen mindestens Jas 1,5-Fache der Größe der kleinen
Teilchen beträgt, d.h. wann bei einer kleinen Kautschukteilchengröße von 0,6 Micron die Größe der größeren Kautschukteilchen 1
Micron oder mehr beträgt. Die Größe der größeren Teilchen variiert zwischen 0,9-5 Micron, gewöhnlich zwischen 2-5 Micron.
Da die erfindungsgemäßen, überraschend verbesserten Ergebnisse
erzielt werden, indem man Polystyrol mit kleiner bzw. größerer Kautschukteilchengröße mischt, xst die Wahl der richtigen Mischverhältnisss
zur Erzielung optimaler physikalischer Eigenschaften wichtig. Es wurde gefunden, daß Polystyrole, die größere Mengen
kleiner Kautschukteilchen enthalten, in den gemischten Formpräparaten bevorzugt werden. So zeigen z.B. Mischungen mit 50-85 %
Polystyrol mit kleiner Kautschukteilchengröße und 15-50 % Polystyrol mit größerer Kautschukteilchengröße die höchsten Schlagfestigkeiten
sowie hohe Biege- und Dehnungswerte neben ausgezeichneten Zug- und Biegafestigkeiten. Besonders bevorzugt werden
Mischungen aus 65-85 % Polystyrol mit kleiner Kautschukteilchengröße
und 15-35 % Polystyrol mit größerer Kautschukteilchengröße.
Neben der Wahl des richtigen Verhältnisses von Polystyrolen mit kleiner bzw. großer Teilchengröße erzielt man einen optimalen
Ausgleich der Eigenschaften weiter durch Einstellung des Gesamtkautschukgehaltes
im gemischten Präparat. Erfindungsgemäß snthält das gemischte Polystyrolpräparat etwa 2-12 %t vorzugsweise etwa
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6-10,5 %, Kautschuk. Die höchsten Schlagfestigkeits- und Biegeujerte
erzielt man mit hohen Kautschukgehalten, wie 10,5 %. Die
Einstellungen im Gesamtkiuutschukgehalt kennen erfolgen, indem man
den schla<jfesten Polystyrolen mit großer und kleiner Teilchengröße
in der Mischstufs kristallines Polystyrol zufügt. In die.ser Weise
verdünnt Polystyrol ohne Kautschuk den Kautschukgehalt auf die gewünschten Werte, z.B. 8 %, 6 % usw., om ein endgültiges Präparat
mit ausgeglichenen Eigenschaften herzustellen.
Selbstverständlich können den erfindungsgemaßen Präparaten andere Materialien, wie Weichmacher U3'jj.; zugefügt werden. Besonders
günstig aufgrund der Weichmachungswirkung ist die Zugabe von Mineralöl
j η Mengen zwischen 2-5 % des gesamten Präparates.
Fig* 1 ist die graphische Darstellung von Mischungen aus Polystyrol
mit kleiner Kautschukteilchengröße und Polystyrol mit
großer Kautschukteilchengröße. Die Horizontalachse zeigt das Mischungsverhältnis der Polystyrole mit großer bzw. kleiner
Kautschukteilchengro'fle in Proben von 100 % kleiner Kautschukteilchengröße
am linken Ende bis 100 % größerer Kautschukteilchengröße
am rechten Ende. Bezüglich der verschiedenen Verhältnisse der Mischungen sind auf dar Uertikalachse die Vierte der Schlagbeständigkeit
als unterbrochene Linie und die Biegewerte als kontinuierliche Linie aufgetragen. Wie erwähnt, sind die physikalischen
Eigenschaften der erfindungsgemäßen gemischten Polystyrole (Kurve)
immer höher als die erwarteten Werte (Gerade).
Fig« 2 ist die graphische Darstellung der Beziehung zwischen Schlagfestigkeit und: Gesasntkautschukmenge in Präparaten mit 25 %
Kautschuk in Form van Teilchen mit 5 M Größe und 75 % Kautschuk
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einer Teilchengröße von Ο,ό u. Eine ähnliche Darstellung gibt die
Beziehung zwischen Schlagfestigkeit und Gesamtkautschukgehalt von
Mischungen, in welchen der Kautschuk in Form von Teilchen mit
0,9 /U Größe vorliegt. Wie ersichtlich, erziplen die erfindungsgemäß
hergestellten Präparate eine synergistisch«=? Wirkung, mährend Mischungen mit Kautschuk
einer einzigen Teilchengröße zu niedrigeren und progressiv flacher
werdenden Werten führen.
Schwierigkeiten treten jedoch bei der Herstellung durch Pfropfen von Polystyrolen mit hohem Kautschukgehalt auf, weshalb die erfindungsgemäßen
gemischten Polystyrolpräparate gewöhnlich einen Kautschukgehalt nicht über etwa 12 % haben.
Fig. 3 ist die graphische Darstellung der physikalischen Eigenschaften
einer anderen Mischung aus Polystyrolen mit kleiner bzw. größerer Kautschukteilchengröße. Die getesteten Mischungen hatten
alle einen Gesamtkautschukgehalt von 6 % und ergaben Schlagfestigkeitswerte
mit einem ähnlichen Trend wie bei den in Fig. 1 dargestellten Mischungen mit 10,5 % Kautschuk.
In Fig. 4 sind wiederum wie in Fig. 1 und 3 gemessene physikalische
Eigenschaften für Mischungen aus Polystyrolen mit kleiner bzw. größerer Teilchengröße aufgetragen, wobei jedoch in diesen
Probe die kleinen Kautschukteilchen eine Größe von 0,9 Micron hatten. Die Kurve zeigt eine wesentliche Verbesserung der Schlagfestigkeit,
die jedoch etwas niedriger ist als die Werte für Mischungen mit demselben Kautschukgehalt und kleinen Kautschukteilchen
einer GröQe von 0,6 Micron.
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Obgleich die in Fig. 1-4 dargestellten Kurven für sich selbst sprechen, werden in den folgenden bevorzugten Ausführungsformen
t'nd Beispielen besondere Einzelheiten der Präparate, Verfahrensbedingungen
unci Testverfahren aufgeführt.
Die Polystyrole mit kleiner bzu/. größerer Kautschukteilchengröße
werden nach üblichen Herstellungsverfahren durch Pfropfen schlagfester
Polystyrole, z.B. mittels Massen-, Lösungs-, Suspansions-
und Emulsionspolymerisation, hergestellt. Die Polystyrole werden aus Styromonomeren und kautschukartigen Polymeren hergestellt.
Gewöhnlich wird de*- Kautschuk in das Styrolmonomere einverleibt,
worauf die Micchung zur Herstellung von Polystyrol mit pfropfmischpolymerisiertem
Kautschuk Polyraerisationsbedingungen unterworfen wird.
Für Schlagfestigkeit werden in die Polystyrole z.B. natürlicher Kautschuk und in den meisten Fällen synthetische Kautschuke einverleibt.
Die synthetischen Kautschuke sind Polymerisate aus konjugierten Dienen mit 4-6 C-Atomen, insbesondere Polymerisate
von 1,3-Butadien, Isopren oder 2,3-Dimethyl-1,3-butadien. Stereospezifische
Polymerisate mit regelmäßiger Molekularstruktur mit 1,4 Einheiten und mit einem niedrigen Anteil an 1,2-Additionsprodukt
werden bevorzugt. Der relative Kautschukanteil im Polystyrol kann in weiten Grenzen variieren, wobei optimale Anteile
zwischen etwa 1-15 % Kautschuk zu Polystyrol liegen.
Die erfindungsgemäßen Präparate können nach üblichen Mischverfahren
mechanisch gemischt werden, solange die Beziehung der Teilchengröße, der Kautschukgehalt und die richtigen Verhältnisse
beachtet werden. So kann z.B. das Mischen mechanisch in einem
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Banbury-Mischer, einer Mühle oder Strangpresse erfolgen. Mischer
oder Gefäß können mit dem geu/ünschten Verhältnis schlagfester Polystyrole mit den erforderlichen Kautschuktei.lchengrößen beschickt
werden, wobei zusätzlich kristallines Polystyrol einer im Handel verfügbaren Art zugefügt werden kann. Unter einem
"kristallinen Polystyrol" wird ein Polystyrol ohne darin einverleibtes
kautschukarti^es Elastomeres verstanden. Das gemeinsame Mischen des kristallinen Polystyrols mit den verschiedenen schlagfesten
Polystyrolen ermöglicht die Regelung des Kautschukgehaltes des Präparates. Selbstverständlich kann der Kautschukgehalt auch
durch Mischen ausgewählter schlagfester Polystyrole mit unterschiedlichem
Kautschukgehalt geregelt und variiert werden.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung,
ohne sie zu beschränken. Falls nicht anders aufgeführt, sind alle Mengen in Gew.-Teilen angegeben. Die Daten wurden nach den
folgenden Testverfahren erhalten:
Mineralöl: "echter" Prozentsatz in der endgültigen Probe (das
Mineralöl wirkt als Weichmacher)
MFI: Schmalzflußindex (2000C; 5 kg)
F.D.: fallender Pfeil ("falling dart") (wird zusammen mit dem
Izod-Wert zur Auswertung der Schlagfestigkeit verwendet)
Es wurden die folgenden ASTM Verfahren angewendet:
Schmelzflußindex ASTM D 1238
Vicat- oder Erweichungs- flCTM n .,.„^ ,_ ... .
temperatur AS™ D O 1525 (Erhitzgeschwindigkeit:
-50+5 C./std)
Izod (sofort ader gealtert)ASTM D 256 Zugwerte ASTM D 638
Biegewerte ASTM D 790
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- ίο -
Kristalline Polystyrole sind durch die Zahlen 500, 501, 510 und 525 gekennzeichnet.
Es wurde rin erfindunosg^mäß«= Formpräpc:rat hergestellt durch
gründliches Mischen von 12,5-50 Teilen eines als L-1 bezeichneten
Kautschuk-Polystyrols mit großer/teilchengröße und 87,5-50 Teilen eines als
Ξ-1 bezeichneten Polystyrols mit kleinem Kautsc'ruktQ.ilchengröße
in einer Strangpresse. Dann wurden die polymeren Mischungen zu Testproben spritzgußveifbrmt, worauf die physikalischen Eigenschaften
festgestellt wurden.
Vergleichsweise wurden unter denselben Bedingungen auch Testproben
aus 100 Teilen L-1 Polystyrol und 100 Teilen S-1 Polystyrol hergestellt.
Dann wurden die für jedes hoch schlagfeste Polystyrol gemessenen Schlagfestigkeits- und Biegewerte graphisch aufgetragen (Fig. 1).
Auf der rechten Seite der Kurve sind die Werte für ein Präparat aus 1 GO ^ L-1 Polystyrol aufgeführt, während sich links die Werte
für 100 % S-1 Polystyrol finden. Es wurde eine gerade, die Werte für die Polystyrole L-1 und S-1 verbindende Linie gezogsn, da zu
erwarten war, daß Mischungen aus L-1 und S-1 Polystyrolen Schlagfestigkeitswerte
ergeben würden, die direkt für den entsprechenden Prozentsatz an L-1 und S-1 auf diese Linie fallen würden. Überraschenderweise
zeigte sich jedoch, daß die Polystyrolmischung aus 12,5 Teilen L-1 und 87,5 Teilen S-1 einen höheren als zu erwartenden
Wert hatte, die auf die gestrichelte Kurve oberhalb der Geraden fiel. Auch die Schlagfestigksitswerte von Mischungen
mit herren Mengen an L-I waren immer größer als eruiartet.
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Das als S-1 bezeichnete Polystyrol mit sehr feiner Kautschukteilchengröße
ujar hergestellt u/orden, indem man 42 kg Styrolmonomeres
in einen entlüfteten Lösungstank gab und dann 5,14 kg fein zerteilten
Kautschuk ("Solprene 201", ein Produkt der Petrochim N.V.,
Antwerpen) zufügte. Die Mischung wurde 12 Stunden bei Zimmertemperatur
und 90 Umdr./min gerührt, worauf der Reaktor geschlossen und vor der Massenpolymerisation mittels Sticl-.stoff entlüftet
wurde.
Dithiobis-(benzothiazol) (im folgenden "Thiofid" genannt) als
Kettenübertragungsmittel wurde in einer Menge von 13,8 g in 300 g Styrol dispergiert und in den Reaktor gegeben. Dann wurde
Mineralöl als Weichmacher in einer Menge von 965 g zugegeben.
Das Gefäß wurde entlüftet und unter Rühren bei 225 Umdr./min auf
11O0C. erhitzt. Nach Erreichen von 11O0C. wurden 4,2 g tert.-Butylperbenzoatkatalysator
zugefügt. Nach erfolgter Phasenumkehrung wurden 33,6 g tert.-Dodecylmercaptan als Kettenübertragungsmittel
zugefügt. Das Massenvorpolymerisat war zur Suspension bereit, als die Viskosität 20 000 centipoises erreicht hatte und
der Gesamtstyrolgehalt des Massenvorpolymerisates auf 40 kg eingestellt war.
Die Suspensionsmischung wurde aus 40 kg Wasser, 515 g Trinatriumphosphat,
674 g Calciumchlorid, 37 g Calciumhydroxid und 240 g einer 2,85-^igen Seifenlösung hergestellt. Nach Suspendieren der
Masse wurden 40 g tert.-Butylperbenzoat zugefügt. Die Mischung wurde während 5 Stunden auf 1120C. erhitzt, dann wurden 11 g
Dicumylperoxid und 6,4 g Calciumhydroxid zur Mischung zugefügt. Ein endgültiges, 3-stündiges Erhitzen auf 1320C. lieferte ein
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Polystyrolformpräparat mit einer Kautschukteilchengröße von 0,6 Micron.
Ein Teil des Polymerisates wurde für Testzu/ecke zu Proben verformt,
während der restliche Anteil erfindungsgemäß mit verschiedenen anderen Polystyrolen gemischt wurde. Die verformtan proben
besaßen die in Tabelle 1 genannten physikalischen Eigenschaften.
Das als L-1 bezeichnete Polystyrol mit großer Kautschukteilchengröße
wurde nach einem ähnlichen Verfahren wie oben beschrieben heigestellt,
wobei die größere Kautschukteilchengröße er7ielt wurde, indem die Rührgeschwindigkeit während der Massenpolymeriisation verringert
und die Menge an Kettenübertragungsmittel im Vergleich zum Verfahren zur Herstellung von Polystyrolen mit sehr feiner Kautschuktsilchengröße
erhöht wurde. Im einzelnen wurden 4"2kg Styrolmonomeres
in einem ttit Stickstoff entlüfteten Lösungstank gegeben. Nach Zugabe von 5,14 kg fein zerteiltem Kautschuk ("Solprene 201")
wurde die Mischung 12 Stunden bei 90°Umdr./min bei Zimmertempe- .
ratur (etwa 2O0C.) gerührt, worauf der Reaktor geschlossen und
zur Vorbereitung auf die Massenpolymerisation mit Stickstoff entlüftet
wurde.
Das Kettenübertragungsmittel Thiofid wurde in einer Menge von 48,3
g in 300 g Styrolmonomerem dispergiert und in den Reaktor gegeben. Dieser wurde wiederum mit Stickstoff entlüftet und unter Rühren
•bei 180 Umdr./min auf 1050C. erhitzt. Nach Erreichen einer Temperatur
von 1050C. wurden 12,6 g tert.-Butylperbenzoatkatalysator'
zugefügt. Nach erfolgter Phaseninversion wurden 44,5 g tert.-Dodecylmercaptan zugegeben und die Temperatur auf 1120C. erhöht.
Dann wurde das Massenvorpolymerisat eine Viskosität zwischen
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- 13 7000-8000 centipoises erreichen gelassen.
In einem getrennten Gefäß ujurde eine Suspensionsmicchung aus
14 kg Wasser, 515 g Trinatriunphosphat, 719 g Calciumchlorid und
37 g Calciumhydroxid Hergestellt. NachJem der Gesamtstyrolgehalt
des Massenvorpolymerisates auf 40 kg eingestellt war, uurden 920
g Mineraöl zum Reaktor gegeben. Dann wurde die Suspensionsmischung
in den Uorpolymeris&tionsreaktar gegeben und dieser mit 26 kg
Wasser, 240 g einer 2,85-/£igen Seifenlösung und 40 g tert.-Butylperbenzoatkatalysator
beschickt. Die Mischung wurde 5 Stunden auf 112°C. erhitzt, worauf 11 g Dicumylperoxid und 6 g Calciumhydroxid
zugefügt wurden.
Dann wurde die Mischung 3 Stunden auf 1320C. erhitzt. Nach beendeter
Polymerisation wurde das Polymerisat aus dem Reaktionsgefäß entfernt und ein Teil desselben zu Testproben verformt, während
der restliche Anteil mit verschiedenen anderen Polystyrolen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gemischt wurde. Die Proben hatten
die in Tabelle 1 genannten physikalischen Eigenschaften.
Es wurden Mischungen aus 87,5-50 Teilen S-1 und 12,5-50 Teilen L-1
für Vergleichstests hergestellt und deren Werte wie in Fig. 1 aufgetragen. Aus der Kurve ist ersichtlich, daß für alle Mischungen
unerwartet hohe Werte der Schlagbeständigkeit erzielt wurden. Die Kurve zeigt weiter, daß man optimale Werte der Schlagbeständigkeit
erzielte mit Polystyrolen, die etwa 15-30 Teile L-1 enthielten. Die tatsächlichen, in dieser Versuchsreihe erzielten
Werte sind in Tabelle 1 aufgeführt.
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Ein als S-2 bezeichneten zweites Polystyrol mit sehr feiner Kautschukteilchengröße
wurde ähnlich wie S-1 hergestellt. Während d°.r Massenpolymerisatior wurde mit 20Π Umdr./min g^rünrt, und die
Mineralülmenge betrug 53'r c,.. Fs wurden 2Z g Thiofid als Kettenübertragungsmittel
zugefügt. Wach Erreichen einer Temperatur von 11C1°C. wurden 8,4 g tJrt.-Butylperbenzoatkatalysator zugefügt. [\!ach
erfolgter Phaseninversion wurden dem Reaktor 32,2 g tert.-Dodecylmercaptan
als Kettenübertragungsmittel zugegeben. Diese Verfahrensmodifikation
lieferte ein endgültiges Polystyrolformpräparat mit einer Kautschukteilchengröße von 0,9 Micron und den in Tabelle 1
genannten physikalischen Eigenschaften.
Aus S-2 wurden Proben mit unterschiedlichem Kautschukgehalt mit der entsprechenden Menge an kristallinem Polystyrol ("Cosden 525",
ein Produkt der Cosden Oil & Chem.Co., Big Spring, Tex.) hergestellt, um die Schlagbeständigkeit der Präparate zu testen. So
wurde eine Reihe von Mischungen mit 8,5, 5 und 4 % Kautschuk hergestellt,
getestet und die Werte wie in Fig. 2 zusammen mit dem Wert des Ausgangspolystyrols mit 10,6 % Kautschuk aufgetragen.
Zur Darstellung der erfindungsgemäß erzielbaren Ergebnisse wurde
eine Reihe von Mischungen mit 8,6 und 4 % Kautschuk aus 75 Teilen
S-1 und 25 Teilen L-1 mit der entsprechenden Menge an kristallinem
Polystyrol ("Cosden 510") gemischt. Die verformten Proben wurden
getestet und ihre physikalischen Eigenschaften in Tabelle 2 zusammen
mit dem Wert der entsprechenden Mischung der Ausgangspolystyrole S-1 mit 10,5 % Kautschuk und L-1 aufgeführt. Die Schlagfestigkeitswerte
wurden wie in Fig. 2 aufgetragen. Wie ersichtlich, ergaben
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dia erfindungsgemäß aus S-1 und L-1 Polystyrolen hergestellten
Präparate eine Erhöhung dar linearen Beziehung zwischen Schlagbeständigkeit und Kautschukmenge in den Mischunger.
Aus Fig. 2 ist auch ersichtlich, daß die aus S-2 Polystyrol-hergestellten
Mischungen mit einer KautschUKteilchengröße von 0,9 Micron zu niedrigeren und progressiv flacher u/erdenden 'Werten
führten. Tabelle 1 zeigt weiterhin, daß S-2 Polystyrol die höchste Schlagbeständigkeit unter einer großen Reihe synthetisierter Polystyrole
mit einer einzigen Teilchengröße liefert.
In diesem Beispiel wurden Polystyrolmischungen mit 6 % Kautschukgehalt
hergestellt, um die optimale Menge an Polystyrol mit großer Teilchengröße und Polystyrol mit kleiner Teilchengröße zu bestimmen.
So wurde Polystyrol S-1 mit kleiner Kautschukteilchengröße
mit Polystyrol L-1 mit großer Kautschukteilchengröße gemischt. Der Kautschukgehalt der Mischungen von 6 % wurde wie in
Beispiel 2 durch Zugabe von kristallinem Polystyrol (hier "Cosden 501") erreicht.
Für Vergleichstests wurden 4 Mischungen aus 87,5-25 Teilen S-1 und
12,5-75 Teilen L-1 sowie Mischungen mit gleichem Kautschukgehalt nur aus S-1 oder L1 hergestellt. Die erhaltenen Werte der physikalischen
Eigenschaften sind in Tabelle 3 aufgeführt. Schlagbeständigkeita- und Biegewerte wurden wie in Fig. 3 aufgetragen.
Wie in den obigen Beispielen wurde überraschenderweise gefunden, daß die gemischten Polystyrole mit sowohl kleinen als auch großen
Kautschukteilchen überlegene physikalische Eigenschaften hatten gegenüber Polystyrolen mit gleichem Kautschukgehalt, die nur große
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- 16 oder kleine Teilchen enthielten.
Die tatsächlich erhaltenen Werte sind in Fig. 3 dargestellt. Die vorausgesagten Werte würden auf die Geraden von Fig. 3 fallen.
Zur weiteren Darstellung der erfindungsgcvnäßen Ergebnisse zeigt
dieses Beispiel auch den optimalen Bereich von Polystyrolen mit großer zu kleiner Kautschukteilchengröße in diesen '"lischungen.
Die .in der Kurve von Fig. 3 aufgetragenen höchsten Punkte der Scnlagfestigkeitswerte erschsinen zwischen 25-50 Teilen L-1 und
75-50 Teilen S-1 .
Ein als S-3 bezeichnetes drittes Polystyrol mit sehr feiner Kautschukteilchengröße
wurde gemäß Verfahren zur Herstellung von S-2 in Beispiel 2 hergestellt; dabei bestand der einzige Unterschied
darin, daß in der Massenpolymerisation anstelle von 200 Umdr./min mit 1B0 Umdr./min gerührt und anstelle von 32,2 g tert.-Dodecylmercaptan
als Kettenübertragungsmittel 36,4 g zugefügt wurden. Diese l/erfahrensmodif ikationen lieferten ein Massenvorpolymerisat
mit einer Viskosität von 16 000 centipoises und ein endgültiges Polystyrolformpräparat mit einer Kautschukteilchengröße
von 0,9 Micron und den in Tabelle 1 genannten physikalischen Eigenschaften.
Einzweites, als L-2 bezeichnetes Polystyrol mit großer Kautschukteilchengröße
wurde wie L-1 in Beispiel 1 hergestellt, wobei im Massenpolymerisationszyklus 16,8 g tert.-Butylperbenzoat als
Katalysator verwendet wurden und die Rührgeschwindigkeit 170 Umdr./min betrug. Das tert.-Dodecylmercaptankettenübertragungs-
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mittel wurde in ziuei Anteile von 20,2 bziu. 24 g unterteilt. Diese
wurden dem Reaktor nach Phaseninversion und unmittelbar vor der
Suspensionsstufe zugegeben. Diese Verfahrensmodifrkation ergab ein
Massenvorpolymerisat mit einer Viskosität von 17 000 centipoiset*
und ein endgültiges PtiLys'-yri lfTrmpräparar. mit einer Kautschukteilchengröße
von 4 Micron und den in Tabelle 1 genannten physikalischen Eigenschaften.
Es wurden verschiedene Mischungen aus S-3 und L-2 Polystyrolen
mit einem Kautschukgehalt von 6 % hergestellt, wie in Beispiel 3 getestet und die physikalischen Eigenschaften in Tabelle 3 aufgeführt
und in Fig. 4 aufgetragen. Das mit dem 5-3 und L-2 Proben gemischte kristalline Polystyrol war "Cosden 500". Wiederum geben
die Kurven von Fig. 4 die tatsächlichen Schlagbeständigkeits- und Biegewerte und zeigen deutlich, daß für die erfindungsgemäßen
Mischungen höhere als erwartete Werte erhalten wurden. Der bevorzugte Bereich von L-2 zu S-3 Polystyrol in dieser Reihe betrug
etwa 25-50 %t wobei die höchste Schlagbeständigkeit mit etwa 30 %
L-2 erzielt wurde.
Es wurde eine Reihe von Mischungen aus Polystyrol S-1 und L2 mit
Kautschukteilchengrößen von 0,6 bzw, 4 Micron durch Mischen dieser Polystyrole mit der entsprechenden Menge an kristallinem Polystyrol
"Cosden 525" hergestellt und auf einen Kautschukgehalt von 5,6 % gebracht. Für Vergleichszwecke wurden 3 Mischungen aus 75-25
Teilen S-1 u d 25-75 Teilejn L-2 sowie Mischungen mit demselben
Kautschukgehalt nur aus S-1 oder L-2 Kautschukteilchen hergestellt,
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deren physikalische Eigenschaften in Tabelle 4 gezeigt sind. Wiederum uiurden höhere als erwartete Schlagbeständigkeits- und
Biegewerte erhalten, uotei die höchsten Schlagbeständigkeitswerte
in einem Bereich von 25-50 % L-2 Polystyrol erzielt wurden.
Bc-: spiel 6
Wie in Beispiel 1 dargestellt (vgl. Fig. 1), kann man Mischungen
aus kleinen und großen Kautschukteilchen bei einem Kautschukgehalt
von 10,5 % durch Mischen entsprechender Mengen der erhaltenen
Polystyrole, in diesem Fall in Abwesenheit von zugefügtem kristallinem Polystyrol, herstellen. So erhielt man Polystyrole
mit außergewöhnlich hoiiar Schlagbeständigkeit; vgl. Tabelle 1, Probe 2 bis 4.
Zur weiteren Darstellung der erfindungsgemäßen Ergebnisse wurden
mehrere verschiedene Mischungen aus Polystyrolen mit großer und kleiner Kautschukteilchengröße aus L-3, L-4 und S-5 hergestellt,
die nach ähnlichen Verfahren wie in Beispiel 1 bis 4 erhalten worden waren. Die physikalischen Eigenschaften der Mischungen
mit S-1, S-2 und L-1 Polystyrolen sind in Tabelle 4 genannt.
In der Mischstufe können größere Mineralölmengen zugefügt werden. Der normale Mineralölgehalt von etwa 2,6 % wurde in Probe 37 auf
4 % erhöht. Dabei wurde eine noch höhere Schlagbeständigkeit festgestellt,
wie ein Vergleich der Werte von Probe 37 mit der Probe 3 (Tabelle 1) deutlich zeigt.
Das Polystyrol S-4 mit einer Kautschukteilchengröße von 0,5 Micron wurde mit 25 Teilen Polystyrol L-4 mit einer Kautschukteilchengröße
von 3 Micron gemischt (Probe 38). Eine ähnliche Mischung wurde aus Polystyrol S-4 mit 25 Teilen Ξ-2 mit einer
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Kautschukteilchengröße von 0,9 Micron (Probe 39) hergestellt,
diese
Alle'Präparate sowie die Proben 34 bis 36 zeigten höhere als erwartete
Schlagfestigkeitsujerte als solche aus Polystyrolen mit nur
rainer Art von Kautschukteilchen.
Polystyrole mit kleiner Kautschsukteilchengröße sind snröde. So
wurde z.B. Polystyrol mit einer Kautschuktsilcher.größe von 0,24
Micron mit kristallinem Polystyrol "Cosden 525" und Mineralöl gemischt. Diese 10,5 Geuu.-^ Polybutadien und 2,34 \Jol-% Mineralöl
enthaltende Mischung hatte eine (gealterte) Schlagfestigkeit von nur 2,3 kgcm/cm.
Eine ähnliche Mischung wurde aus einer Polystyrolmischung mit Kautschukteilchengrößen von 0,24 bzw. 0,5 Micron hergestellt, wodurch
die Schlagfestigkeit nur wenig verbessert wurde.
Eine weitere Mischung aus Polystyrol mit einer KautschukteilchengröSe
von 0,24 Micron und Polystyrol mit einer Kautschukteilchengröße von 1 Micron hatte eine Izod-Schlagfestigkait von 11,4.
Ähnliche andere Mischungen wurden aus Polystyrol mit einer Kautschukteilchengröße
von 0,24 Micron und unterschiedlichen Mengen an Polystyrol mit Kautschukteilchengröße von 5 Micron hergestellt,
wobei der Polybutandiengehalt der Mischungen 10,5 Gew.-^ und der
Mineralölgehalt zwischen 2,0-2,5 V0I-/S lag. Die Ergebnisse waren
wie folgt:
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2620573
Polystyrcünenge mit Kautsch.- gealterte Izod-Schlagfestigk.
teilchengröße von 5 Micron; kgcm/cm
Gew.-^
2,3
12,5 14,0
25,0 16,8
50,0 17,8
Diese Ergebnisse zeigen deutlich, daß ein Elastomeres mit großer T&ilchengröße eine wesentliche Erhöhung der Izod-Schlagbeständigkeit
ergibt. Diese Verbesserung ist bereits bei einer Konzentration dieses Elastomeren von nur 12,5 % (bezogen auf das Gewicht
des Polystyrols mit kleiner Teilchengröße) bemerkenswert.
Weiter ist ersichtlich, daß die Schlagfestigkeit von Polystyrol
S
mit kleiner Kautschukteilchengrööe/unter 1 Micron durch Mischen desselben mit einem Polystyrol mit größerer Kautschukteilchengröße L erhöht wird, wobei L das 1,5-fache von S ist und mindestens 0,9 Micron beträgt.
mit kleiner Kautschukteilchengrööe/unter 1 Micron durch Mischen desselben mit einem Polystyrol mit größerer Kautschukteilchengröße L erhöht wird, wobei L das 1,5-fache von S ist und mindestens 0,9 Micron beträgt.
In den folgenden Tabellen bedeuten die Abkürzungen:
T.S. = Zugfestigkeit
U.T.S. = endgültige Zugfestigkeit
Mod. = Modul
Dehn. = Dehnung
F.S. = Biegefestigkeit
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26 | S-3 | 6 | 0.9+ | 2.05 | 3.02 | 97.1 | 11.9 | 13.7 | < 1 |
27 | S-3+L-2(257.)+"5OO" | 6 | 0.9+ | 2.18 | 3.45 | 96.8 | 12/, | 13.6 | 1 |
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L-2 | 6 | 4.46 | 95.0 | 10.7 | 1 |
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1.77. | 2.36 | 97.0 | 15.7 | 15.6 | < 1 |
32 | S-l+L-2(507.)+"525" | 5.6 | 4 0.6+ ζ. |
1.77 | 2.72 | 97.0 | 15.1 | 12.6 | 1 |
' 33 , | S-l+L-2(757.)+"525" | 5.6 | 4 | 1.77 | 2.93 | 97.0 | 12.6 | 10.5 | 1 |
34 | L-2+"525" | 5.6 | 0.6+ | 1.77 | 3.14 | 97.1 | 10.3 | 24.3 | 1 |
35 | S-1+L-3C12.57.) | 10.5 | 0 0.5+ C |
2 | 1.13 | 95.7 | 24.1 | 25.1 | 20 |
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2 | 1.48 | 95.4 | 23.9 | 22.6 | 18 |
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2 | 2.71 | S'4.3 | 22.4 | 26.3 | 20 |
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5
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39 | S-4+L-4(25%) | 10.5 |
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2 | 1.61 | 95.0 | 23.4 | 21.2 | 22 |
S-4+S-2(257.) | 10.52 | 1.77 | 1.32 | 96.4 | 20.7 | 20 |
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609849/0880
Claims (1)
- Patentansprüche.1.- Hoch schlagfestes Polystyrolpräparat mit verbesserten physikalischen Eigenschaften, bestehend aus einer Mischung ausa) einem achlagfesten Polystvrol mit kleiner Kautschukteilchengioßo S von 0,2-0,9 Micron undb) einem schlagfesten Polystyrol mit größerer Kautschukteilchengröße L über etwa 0,9 Micron, uiobei L mindestens das 1,5-Fache von S ist.2.- Schlagfestes Polystyrolpräparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, rfai3 (a) ein Polystyrol mit einer Kaustschukteilchengröße von 0,5-0,9 dicron, vorzugsweise 0,6 Micron, ist.3.- Schlagfestos Polystyrolpräparat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß (b) ein Polystyrol mit einer Kautschukteilchengröße von 2-5 Micron, vorzugsweise 5 Micron, ist.4.- Schlag,festes Polystyrolpräparat nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtkautschukgehalt etwa 2-12 Gew.-^, vorzugsweise etwa 5,6-10,5 Geu).-^, des Präparates ausmacht.5,- Schlagfestes Polystyrolpräparat nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß'(a) in einer Menge zwischen 50-85 Geuu-$, vorzugsweise 65-85 Gew.-^, des Präparates und (b) in einer Menge zwischen 15-50 Gew.-%, vorzugsweise 15-35 Gew.-^, des Präparates anwesend ist.6,- Schlagfestes Polystyrolpräparat mit verbesserten physikalischen Eigenschaften, umfassend eine Mischung aus609849/0880a) 58-85 GeuJ.-/£ eines schlagfesten Polystyrols mit einem Kautschuk von kleiner Kautschukteilchengröße S von 0,2-0,9 Micron undb) 15-50 Gew.-$ eines schlagfesten Polystyrols mi1- einem Kautschuk mit größerer Kautschukteilchengrööe L '"ber etwa 0,9 Micron, wobei L mindestens das 1,5-Fache von Ξ ist.I- Verfahren zur Herstellung von Polystyrolpräparaten mit verbesserten physikalischen Eigenschaften, daaui'^h gekennzeichnet, daß man mechanisch ein schlagfestes Polystyrol mit kleiner Kautschukteilchengröße S uon G,2-0,9 Micron mit einem schlagfesten Polystyrol mit größerer Kautschukteilchengröße L über etwa 0,9 Micron mischt, wobei L mindestens das 1,5-Fache von 5 ist.8,- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Polystyrol mit größerer Kautschukteilchengröße ein' solches von 2-5 Micron, vorzugsweise 5 Micron, verwendet wird.9,- Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Polystyrol mit kleinerer Kautschukteilchengröße ein solches von 0,5-0,9 Micron, vorzugsweise 0,6 Micron, verwendet wird·10.- Verfahren nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß kristallines Polystyrol mechanisch mit dem Polystyrol mit kleiner Teilchengröße in ausreichender Menge zur Bildung eines Polystyrolpräparates mit einem Gesamtkautschukgehalt von etwa 2-12 Gew.-^, vorzugsweise von etwa 5,6-10,5 Gew.-^, des Präparates gemischt wird«11.- Verfahren nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanisch gemischte Präparat 50-85 %, vorzugsweise 65-85 %, Polystyrol mit kleiner Kautschukteilchengröße und 15-50 %, vorzugsweise 15-35 %, Polystyrol mit größerer Kautschukteilchengröße umfaßt.6Q98A9/088012.- Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanisch gemischte Präparat 50-85 Geui.-$ Polystyrol mit Einern Kautschuk von kleiner Teilchengröße* S von 0,2-0,9 Micron und 15-50 Ge*.-^ Polystyrol mit ainem Kautschuk von größersr Teilchengröße L über etwa 0,9 Micron umfaßt, u;obei L mindestens das 1,5-Fache von S ist.Der Patentanwalt:609849/0880
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Date | Code | Title | Description |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8365 | Fully valid after opposition proceedings |