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Translucent weiße und farbige Kunststoffe Die Erfindung betrifft translucent
weiße und eingefärbte Kunststoffe auf der Basis von Acrylnitril mit Methylmethacrylat,
Acrylsäureestern, Styrol, Vinyltoluol u.ä. als Copolymeren.
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Die Technik verwendet in steigendem Maße translucent
weiße und farbigc Kunststoff, vor allem auf dcm Gebiet der Beleuchtungstechnik neben
den transparenten farblosen und eingefärbten Kunststoffen.
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FUr beleuchtungstechnische Zwecke bieten sich die glas artigen Polymeren
an, die aufgrund ihrer Lichtdurchlässigkeit technisch analog zu Silikatgläsern verwendet
werden können ("organische Gläser").
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Die verschiedenen transparenten Kunststoffe weichen hinsichtlich ihrer
optischen Eigerschaften (Absorption, Lichtstreuung, Reflexionsverhalten, Brechungsindex,
Glanz usw.) oft beträchtlich voneinander und von den Silikatgläsern ab. Die mechanischen
Eigenschaften der verschiedenen organischen Gläser sind innerhalb eines gewissen
Spielraums beeinflußbar.
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In einzelnen mechanischen Eigenschaften sind die organischen Gläser
den Silikatgläsern zum Teil überlegen, sie erreichen jedoch nicht die Wärmebeständigkeit
und die Härte der Silikatgläser.
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Als Werkstoffe für die Anwendung in Optik und Lichttechnik eignen
sich beispielsweise Kunststoffe auf der Basis von Cellulose, Polycarbonat, Polyallyldiglykolcarbonat,
Polystyrol, vor allem auch polymere Derivate der Acryl- und Methacrylsäure (sogenannte
Acrylgläser) sowie Mischpolymerisate und Polymerisatgemische.
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Den Zielvorstellungen in Richtung "organisches Glas" kommt der Polymethacrylsäuremethylester
(PMMA) in verschiedener Hinsicht recht nahe. Der durch Polymerisation in situ hergestellte
Kunststoff ist ein völlig klares, hartes und außergewöhnlich witterungsbeständiges
Material.
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Bei der Weiterentwicklung der Acrylgläser traten Polymerisate mit
einem Anteil von über 50 SQ Acrylnitril (AN) neben Methylmethacrylat (MMA) bzw.
Acrylsäureestern, Styrol, Vinyltoluol wegen ihrer günstigen mechanischen Eigenschaften,
insbesondere ihrer Zähigkeit, in den Vordergrund. Durch Verstrecken (Recken) kann
die Bruchfestigkeit noch weiter erhöht werden.
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Zwar ist die Wärmeformbeständigkeit der Acrylnitril-Copolymerisate
mit Methylmethacrylat der des Polymethacrylsäuremethylesters etwas unterlegen, aber
bei Einhaltung geeigneter Verhältnisse der Monomeren kann in homogener Polymerisation
ein Kunststoff mit einer Vicatzahl von 85 - 900C erhalten werden.
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Verschiedene Acrylgläser auf der Basis eines Mischpolymerisats von
Acrylnitril mit Methylmethacrylat, beispielsweise im Verhältnis 70 : 30 Gew. (Kurzbezeichnung:
AMMA) finden seit geraumer Zeit Anwendung vor allem in der Schutz- und Sicherheitsverglasung.
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Im allgemeinen gelangt man zu translucenten, gegebenenfalls farbigen
Kunststoffen auf z.B. PMMA-Basis in verhältnismäßig einfacher Weise, indem man in
einem geeigneten Stadium der Herstellung anorganische und/oder organische Pigmente
zusetzt.
Man kann beispielsweise so vorgehen, daß man die Pigmente
dem als Gießsirup vorliegenden Material zusetzt.
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Im Fallc der Copolymerisate des Acrylnitrils war jedoch bisher die
Herstellung translucent weißer oder farbiger Produkte ni nicht oder nicht in befriedigender
Weise gelungen.
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Im Gegensatz zu anderen glasartigen Kunststoffen wird bei der Herstellung
organischer Glaser auf der Basis von Acrylnitril (AN), beispielsweise der Copolymerisate
von Acrylnitril mit Methylmethacrylat (MMA), gegebenenfalls zusammen mit geeigneten
einschlägig verwendeten Comonomeren, wie Acrylsäureestern, Styrol, Vinyltoltol,
in den fiir die technische Nutzung als Acrylgläser iiblichen Bereichen (z.B. 50-90
Gew.-%, AN zu 50-10 Gew.-% der genannten Comonomeren bzw. Gemischen derselben) kein
Stadium durchlaufen, in dem sinnvollerweise und technisch beherrschbar diejenigen
Pigmente oder Füllstoffe zugesetzt werden könnten, die Ublicherweise Transluzenz
bzw. den gedeckten Farbcharakter hervorrufen.
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Es wurde gefunden, daß sich translucent weiße und farbige Acrylgläser
auf der Basis von Copolymerisaten des Acrylnitrils mit Methylmethacrylat und gegebenenfalls
den obengenannten Comonomeren in den für die technische Nutzung als Acrylgläser
geeigneten Bereichen herstellen lassen, wenn man beim Polymerisationsverfahren Cumaron-Inden-Harze
zusetzt.
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Gegebenenfalls können zur farbigen Einstellung noch geeignete Farbstoffe
zugesetzt werden.
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Untcr den erfindungsgemäß zu verwendenden Cumaron-Inden-Harzen werden
Mischpolymerisate von Cumaron mit Inden (vgl. Ullmann's Encyclopaedie der Techn.
Chemie, Dritte Auflage, Bd. 8, S. 423, Urban a Schwarzenberg, MUnchen 1957), beispielsweise
handels-
Ublicher Provenienz, vcrstanden. Der Zusatz von Cumaron-Inden
-Harzen zum Plymerisationsansatz erfolgt vorzugsweise in Anteilen von 0,2 bis 2
Gew.-% besonders zwischen 0,4 and 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Monomerengewicht.
Durch Veränderung der Konzentration an Cumarom-Inden-Harze können auf einfache Weise
verschiede lichttechnische Sorten von Acrylgläsern erzeugt werden, d.h.
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man kann das Verhältnis Transmission/Remission in bestimmten Grenzen
variieren.
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Vor der Verwendung der Cumaron-Inden-Harzc in der Polymerisation ist
eine Reinigung der technischen Produkte durch Umfällen aus einem geeigneten Lösungsmittel,
wie beispielsweise Essigester, Tetrahydrofuran, Cyclohexanon usw. zweckmäßig. Eine
bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bedient sich thermostabilisierter
Polymerisate gemäß DT-OS 25 28 201.
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Die Verfahrensbedingungen, die allgemein bei der Copolymerisation
von Acrylnitril/Methylmethacrylat gegebenenfalls zusammen mit anderen geeigneten
Comonomeren angewendet werden, können vorteilhafterweise auch bei dem Verfahren
gemäß der vorliegenden Erfindung eingehalten werden. Die Polymerisationsroaktion
wird gewöhnlich durch einen Initiator, z.B. ein Peroxid, in Gang gebracht. Die Cumaron-Inden-Harze
werden vorzugsweise der Monomerenmischung zugefügt. Der Polymerisationsvorgang kann
in Ublicher Weise unter Wärmeregulation in einem Bad (Wasserbad) stattfinden.
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Außer dem genannten Comonomeren können dem Polymerisationsansatz vernetzende
Monomere, wie Glykoldimethacrylat, Triallylcyanurat, Di-Vinylbenzol u.ä., in den
üblichen Anteilen, beispielsweise bis zu 2 Gew.-%, zugefügt werden.
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Weiter können die Polymerisationsansätze gemaß der vorliegenden Erfindung
die üblichen Zusätze, beispielsweise Thermostabilisatoren, Emulgatoren, Wiechmache,
Trennmittel, optische Aufheller u.a., enthalten.
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Der Zusatz der erfindungsgemäß zum Zwecke der translucent weißen Einstellung
von Polymerisation zu verwendenden Cumaron-Inden-Harzen in den angegeben Mongenverhältnissen
Beeimträchtigt in der Regel die mechanischen Eingeschaften der Polymerisate nicht.
Aus diesem Grund kann die Zusammensetzung der Polymerisate, denen die Cumeron-Inden-Harze
zugefügt werden können, nach Maßgabe der angestrehten technologischen Zwecks innerhalb
der üblichen Grenzen schwenken. Im allgemeinem enthalten die Polymeren, denen die
Cumaron-Inden-Harze im Sinne der vorliegenden Erfindung beigefügt werden, Acrylnitril
und Methylmethacrylat *) im Gewichtsverhältnis/50 bis 90 zu 50 bis 10.
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AN zu Copolymer Die erfindungsgemäßen hergestellten Polymerisate
erfüllen die Anforderungen an die optischen und die mechanischen Eingeschaften in
helvorragendcr Weise. Auf der einen Seite besitzen die Copolymerisate auf der Basis
Acrylnitril/Methylmethacrylat, ggf.
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copolymerisiert mit anderen geeigneten Monomeren, die besonders günstigen
mechanischen Eingeschaften dieser Polymerenklasse, wie Zähigkeit, Bruchfestigkeit
usw.. Auf der anderen Seite sind sie iii optischer Hinsicht und in ihrer Eignung
für licht-technische Zwecke den mit entsprechenden Trübungsmitteln versehenen Acrylgläsern
auf der Basis von Folymethylmethacrylat ebenbUrtig.
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Vergleichen mit Polymethylmethacrylat ist allerdings die Wärmeformbeständigkeit
etwas geringer.
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Es muß hervorgehoben werden, daß die Ublicherweise ztrtranslueent
weißen oder farbigen Einstellung von organischen Gläsern, etwa die bei Polymethylmethacrylat
verwendeten Pigmente und Trübungsmittel, sich nicht fUr Acrylgläser auf der Basis
von oder gegebenenfalls andere für Acrylgläser verwendbare Comonomere, wie Acrylsäureester,
Styrol, Vinyltoluol beziehungsweise Gemische geeigneter Comonomerer
Acrylnitril
eignen. Die mechanische Eingenschaften werden unweigerlich beeinträchtigt; meistens
resultiert ein sprödes Material.
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Die vorliegenden Erfahrungen haben die Erhaltung der optischen und
mechanischen Eingenschaften der erfindungsgemäßen hergestellten Kunststoffe über
längere Zeiträume hinweg unter Normalbedingungen erwiesen.
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Dies gilt für die Meaterialeigenschaften sowohl vor als nach der Bearbeitung
durch Umformung.
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Auch die weitere Verarbeitung der erfindungsgemuß hergestellten translucent
weißen und farbigen Kunststoffe gestaltet sich über Erwarten gUnstig.
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Die Polymerisate können mit konventionellen Methoden, z.B. mit der
Blastechnilc (Blasen in den freicn Raum) oder durch Tiefziehen umgeformt werden.
Auch bei hohen Reckgraden des Materials erhalt man - beispielsweise an den gebildeten
Eclcen - eine gutc Lichtstreuung.
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Dic Vergilbungsneigung des Materials ist nach vorliegenden Erfahrungen
unbedeutend.
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Die nachstehenden Ausführungsbeispiele dienen zur Erläuterung der
Erfindung, sollen aber den nachgesuchten Schutz in keiner Weise einschränken. Die
Mengenangaben beziehen sich auf Gewichtsteile.
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teispiele Beispiel 1 Zu einem Stammansatz, bestehend aus 70 Teilen
AN, 30 Teilen MMA, 0,2 Teilen Dilauroylperoxid, 0,2 Teilen Divinylbenzol und 0,4
Teilen Diäthyldicarbonat wurde 1 Teil (gereinigtes) Cumaron-Inden-Iiarz, Handelsprodukt
der Firma Rütgerswerke (Meiderich), Typenbezeichnung B 1 - 135, hinzugegeben und
hunter Rühren gelöst. Die fertige Lösung wurde in eine Polymerisationskammer - bestehend
aus zwei Silikatglasscheiben mit einer dazwischenliegenden, 6 mm dicken Distanzierungsschnur
- gefüllt und in einem Wasserbecken bei 450C über einen Zeitraum von 20 Stunden
polymerisiert. Anschließend wurde noch n h bei 1000C 3etempert. Die fertige weiße
Scheibe wies eine Lichtdurchlässigkeit von 63 9' und eine Lichtreflexion von 17
% auf. Auffallend war das sehr gute Streuverhalten.
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Beispiel 2 Analog zu Beispiel 1 wurde durch Zusatz von 0,5 Teilen
des gereinigten Cumaron-Inden-Harzes, Handelsprodukt der Firma Rütgerswerke (Meiderich),
Typenbezeichnung B 1 -135 eine weiße Scheibe hergestellt, deren Lichtdurchlässigkeit
84 5' bzw. deren Reflexion 12 % betrug.