DE3106218C2 - Polyolefinzusammensetzungen stabilisiert gegenüber UV-Strahlen durch Pyrrolidinderivate - Google Patents
Polyolefinzusammensetzungen stabilisiert gegenüber UV-Strahlen durch PyrrolidinderivateInfo
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Abstract
Polyolefinpolymere können zufriedenstellend gegenüber den schädlichen Wirkungen von UV-Strahlen stabilisiert werden durch Kompoundierung derselben mit einem Stabilisator aus der Klasse von Verbindungen, die einen Pyrrolidinring enthalten und die sterisch in der 3-Stellung gehindert sind und auch in dieser Stellung durch Substituenten mit einem hohen Molekulargewicht substituiert sind. Die Ester des 2,2,5,5-Tetraalkyl-4-methyl-3-methylol-pyrrolidins sind beispielhafte Verbindungen: Die Adipin- und die Stearinsäureester sind bevorzugt.
Description
l\
worin:
der veresterten Gruppe 1st, die den Pyrrolldlnrlng enthalt,
π größer oder gleich Ö Ist mit der Ausnahme des Falls, daß R4 Wasserstoff 1st, wöbe! η größer als oder gleich
1 Ist, In ether Menge von 0,5 bis 0,9 Gew.-% als Antl-UV-Stablllsator.
2. Polyoleflnzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Adlplnsäurcbls(2,2,4,5,5-pentametyl-pyrrolldln-3-methyl-ester oder 2t2,4,5,5-Pentamethyl-pyrrolldln-3-methyl-stearal als
Antl-UV-Stablllsator enthält.
3. Verwendung der Ester des 2,2,5,5-Tetraalkyl-4-methyl-3-methyIol-pyrrolldlns der allgemeinen Formel
H3C-C-
-C-CH2-O-C-(CHj)11-R4
Rj
r/ Nä/ NRj
worin:
der veresterten Gruppe Ist, die den Pyrrolldlnrlng enthält,
η größer oder gleich 0 !st mit der Ausnahme des Falls, daß R, Wasserstoff Ist, wobei η größer als oder gleich
1 Ist, zum Stabilisieren von Polyolefinen gegen die schädliche Wirkung von UV-Strahlen.
Die Erfindung betrifft neue Polyoleflnzusammcnsetzungen, die gegenüber der schädlichen Wirkung von
Ultravloleitstrahlen durch Einbringen bestimmter Pyrrolldlnderlvate stabilisiert sind, wobei die Ringstruktur
derselben stark sterlsch In der 3-Stellung gehindert Ist.
Wie bekannt Ist, sind Polyolefine und Insbesondere Polypropylen und Poiyäthylen In zeitlichem Abbau durch
Exponierung an Bewltterungsmltteln Insbesondere der Wirkung von UV-Strahlen unterworfen.
Ein solcher Abbau macht sich durch einen Abfall der physikalischen Eigenscharten der Artikel, wie einer
Abnahme der Zugfestigkeit und der Dehnbarkelt bemerkbar.
Dieser Abfall der Eigenschaften des Polymeren wird durch einen deutlichen Anstieg des Viskosltätslndcx des
geschmolzenen Polymeren, d. h. des Schmelzflußindex MFI angezeigt.
So gibt die Bestimmung des Trends der MFI-Werte btl der Exponierung an Abbau-mlttel. wie UV-Strahlen,
ein Anzeichen der Intensität des Holymerabbaus.
Damit der Schädigung der Polyolefine entgegengewirkt werden kann, und der Abfall Ihrer physikalischen
Eigenschaften In der Folge vermieden werden kann, war es allgemeine Praxis In die Polymermasse klein.·
Anteile an stabilisierenden Verbindungen von solcher Natur einzubringen, daß sie nicht die anderen innewohnenden Eigenschaften der betreffenden Polymeren angreifen.
Aus den I)E-OS 2745058. 24 59 381, 24 59 331 und 23 37 865 sind schon verschiede c Verbindungen vom
Piperidin- oder Pyrruiidlntyp als Stabilisatoren, unter anderem auch für Polyolefine, bekannt, deren zum Stickstoffatom
benachbarte Kohlcnsioffatome je zwei Mclhylgruppcn tragen. Überraschenderweise wurilc gefunden,
dall völlig anilcis strukturierte clienil.sche Verbindungen, die einen Pyrrolldlnrlng enthüllen, und In der 3-Stel-
lung gehindert sind, und auch In dieser Stellung durch Susiltuenten mit einem hohen Molekulargewicht substituiert sind, ganz ausgezeichnete stabilisierende Eigenschaften gegenüber der schädlichen Wirkung von
UV-Slrahlen für Polyolefine wie Polyäthylen und Polypropylen, besitzen.
Die Erfindung betrifft daher Polyoleflnzusammensetzungen enthaltend Polyoleflnpolymere, die gekennzeichnet sind durch einen Gehalt an mindestens einem Ester des 2,2,5,5-Tetraalkyl-4-methyl-3-methylol-pyrrolidlns
der aligemeinen Formel
HjC-C
r/
R1
CHj
CH,
mli konzentrierter Schwefelsaure bei einer Temperatur im Bereich von 125° C bis 130° C für etwa I Vj Stunden
unter Verwendung von 50 g des Amins In 140 ml Wasser und 220 ml 96%lger H2SO4 spezifisches Gewicht 1,8.
wonach das umkrl.stalllslcrlc Rcaktlonsprodukt wie folgt hydriert wurde.
20 g des so erhaltenen Peniaalkyl-formyl-pyrrollns wurden In einen Autoklaven zusammen "ilt 50 ml Äthanol
und 2 g eines Pci-Katalysators auf einem Träger aus Aktivkohle eingeführt. Die Reaktionsmischung wurde bei
einer Raumtemperatur unter Rühren unter einem Wasserstoffdiuck von annähernd 5 bar zur Reaktion gebracht.
UcI Vervollständigung der Hydrierungsstufe wurde der Katalysator abfiltriert und das Produkt abdestilliert: Es
lsi dnc farblose Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von 90" C bis 91" C unter einem abolutcn Druck von I mm
20 g des entstehenden Penta-alkyl-formyl-pyrrolldlns wurden In 40 ml Äthanol in einem mit einem Rührer
und einem Tropftrichter versehenen Flasche gelöst, wobei eine Lösung bestehend aus 50 ml Wasser, 10 g NaOH
und 2 g NaBH4 langsam In die Flasche eingeführt wurden.
Die Rcaktlonsmlschung wurde bei einer Raumtemperatur während 3 Stunden gehalten, wonach der Überschul! an Natrlumborhydrld durch verdünnte HCl zerstört wurde.
Die Reakllonsmlschung wurde gegebenenfalls mit einer Lösung von NaOH alkalisch gemacht und mit ÄthyliUhcr extrahiert: Die organische Schicht wurde getrocknet und verdampft, wobei das Resultat ein weißer fester
Rückstand mit einem Schmelzpunkt von 90'C bis 91° C war, dessen Struktur entsprechend 2,2,4,5.5-Pentatncthyl-3-methylol-pyrrolldln durch Infrarotanlalyse, NMR-Analyse und Massenspektrographie bestätigt wurde.
Das Produkt, das so erhalten wurde, wude mit AdIpIn- bzw. Stearinsäure entsprechend den üblichen Verfahrensweisen verestert.
worin:
vcrcstcrten Gruppe Ist, die den Pyrrolldlnrlng enthalt,
η größer oder gleich 0 ist mit der Ausnahme des Falls, daß R4 Wasserstoff Ist, wobei η größer als oder gleich 1
Das Ausgangsprodukt für die Herstellung der Verbindungen kann durch ein Verfahren erhalten wenden, das
einfach auszuführen Ist und In der DE-OS 30 20 298 beschrieben Ist.
Das letztere Verfahren schildert die Stufe des Cyclislerens von Dl-tert-propargylamlnen In einer sauren Umgebung mit einem gegebenenfalls anwesenden Katalysator, wobei 4-Methyl-2,2,5,5-tetraaIkyl-3-formyl-3-pyrrollne
erhalten werden, die In der Folge hydriert werden, um die entsprechenden 3-Methylol-pyrrolIdin-derlvate zu
erhalten. »
Der stabilisierende PyrrolIdInester der vorliegenden Erfindung wird erhalten, '.ödem das betreffende 3-Methylol-pyrrolldlnderWat mit einer Mono- oder einer Dfcarbonsäure (gegebenenfalls verestert) entsprechend der vorstehend angegebenen Forrptl verer'srt wird. Die Synthese einiger PyrrolIdInester der angegebenen Art wird Im
folgenden In Verbindung rn't Ihren praktischen Anwendungen als Antl-UV-Stablllsatoren für Polypropylenartlkcl beschrieben.
2.2,4,5.5-Pcntamcthyl-3-formyl-pyrrolldln wurde gemäß den In der DE-OS 30 20 298 besch;1ebenen Arbeitsweisen hergestellt durch die Reaktion des Dl-tert-propargylamlns der Formel 4"
CH3 CH3
I I
HCs=C-C-NH-C-C = CH
IU
20
30
Herstellung von Adipinsäure-bis- (2,2,4^,5-pentametyl-pyrrolIdln-3-niethyl)-cster
H3C-C C — CH2-0-C-(CHi)4- C — 0 — CH2-C
H3C
,CH3
-C-CH3 /CH3
H3C
Eine Flasche von geeigneter Kapazität wurde mit 10 g von 2,2,4,5,5-Pentameιhyl-3-mety!ol-pyrrolldIn, 40 ml
Xylol und 0,5 g Natriutnmethylat beschickt. Durch den speziell vorgesehenen Tropftrichter wurden 5 g Dlmethyladipat,
gelost in Xylol, zugegeben.
Die Lösung wurde bei 160° C erhitzt und bei dieser Temperatur annähernd 12 Stunden gehalten, wobei die
Xylol-Methanol-Mischung kontinuierlich entfernt wurde und eine entsprechende Zugabe eines äquivalenten
Volumens an frischem Xylol erfolgte.
Bei Vcr/cliständ igung der Reaktion wurde die Mischung In Wasser gegossen und die omanische Schicht
abgetrennt und fraktioniert. Das so erhaltene Produkt, dessen Struktur durch Massenspekirograph.c und NMR-Analyse
bestätigt wurde, hatte bei einer Raumtemperatur das Aussehen einer viskosen Flüssigkeit von leicht
strohgelber Farbe mit einem Siedepunkt von 215° C bis 220° C unter einem absoluten Druck von 0,1 mm Wg.
Genau in der gleichen Weise wurde das 2,2,4,5,5-Pentameihyl-pyrrolldin-methylstearal hergestellt, indem
man 10 g Pentamethyl-3-methylol-pyrrolldln mit 17 g Methytsteardt reagieren Heß
Die zwei Ester, der AdIpIn- bzw. Stearinsäureester, wie sie gemäß der vorausgehend angegebenen Verfahrensweise
hergestellt wurden, wurden als Antl-UV-Stabilisatoren für Polypropylen im Vergleich mit Im Mandel
zugänglichen Stabilisierungsmittel, nämlich: Benz-trlazol, ein Derivat von Tetramethylpiperldln und Benzophenon
verwendet.
Um die Vergleichsversuche durchzuführen, wurde ein Allzweckpolypropylen, das bereits mit den üblichen
Stabilisatoren und Kompoundierungsbestandtellen kompoundiert worden war, mit 0,5 Gew.-96 Adlplnsäurebis(2,2t4;5,5-penumethyi-pyrrolldln-3-metyl)-4ster
(1), mit 0,9 Gew.-% des Stearinsäureesters von 3-Melhylol,-2,2,4,5,5-pentamethyl-pyrrolldln
(2) mit 0,5 Gew.-% Benztriazol, mit 0,5 Gew.-% Tetramethylplperldln-derlvat
und mit 0,5 Gew.-« Bdnzophenon vervollständigt.
Das Mischen erfolgte nach den üblichen Verfahrensweisen der Einbringung von Stabilisatoren in Polyoleflnverblndungen:
5 Minuten Mahlen auf einer Walzenmühle bei 1800C.
Danach wurden Plättchen mit einer Dicke von 0,5 mm in einer Druckpresse bei 1800C mit einem Arbellscyclus
bestehend aus 5 Minuten Pressen hergestellt.
Die Plattchen von nlcht-stabilislertem Polypropylen wurden In gleicher Welse hergestellt.
Die so hergestellten Plättchen wurden In einem AtIa Bewltterungsmesser mit zwei Bogenlampen mil
Emisslonspeaks bei 3600, 3850 und 4200 Angström-Einhelten exponiert, wobei ein Rcgcncydus bestehend aus
102 Minuten Bestrahlung und 18 Minuten Regen angewandt wurde.
Die Widerstandsfähigkeit der Polypropylenproben gegenüber der UV-Exponlerung wurde durch Viakosltätsmessungen
annähernd bestimmt und genauer bestimmt durch Messung des Schmelzflußlndex MFI gcrnSÜ den
in AS7MD-1238 angegebenen Vorschriften entsprechend den verschiedenen Exponierungszeilen.
Die Testresultate werden In der folgenden Tabelle aufgeführt:
5u
Schmelzt! uBindextrend
All/.wcck-Polypropylen mit verschiedenen anti-UV-Stabilisatoren
Kxponicrungszcit 0 500 750 1000 1250 1800
SKI. Start
Polypropylen 3,8 4,8 5,7 7 9 > 50
als solches
Polypropylen + 5% 3,7 6 5,5 5 5,2 von (1) (Adipinsäureester)
Polypropylen-r 0,9% 3,9 5,5 6 6 6,5 6,8 (2) Stearat
Polypropylen + 0,5% 3,6 5,1 5,2 6 6,5 22
(käuflich)
Polypropylen + 0,5% 4,7 5,3 6,1 5 7 7
Derivat von Tetramethylpiperidin
Polypropylen + 0,5% 4,5 5,2 5,6 8 7 50 Benzophcnon
(käuflich)
(käuflich)
I)Ie vorausgehend angegebenen Daten zeigen, daß die ausgezeichnete Stablllslerungswlrkung der Verbindüngen
der vorliegenden Erfindung In vielen Fällen beträchtlich über der Wirksamkeit der käuflichen, jetzt In
allgemeiner Verwendung befindlichen Produkte Ist.
Claims (1)
1. Polyolefihzusammensetzungen enthaltend Polyoleflnpolymere und gekennzeichnet durch einen
Gehalt an mindestens einem Ester des 2,2,5,5-Tethalkyl-4-methyl-3-*nethylolH>yrroIldins der allgemeinen
Formel
H
H3C-C
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