DE3111653A1 - Verfahren zur herstellung von thermoplastischen, aromatischen polyphosphaten mit geringen anteilen an carbonatstrukturen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von thermoplastischen, aromatischen polyphosphaten mit geringen anteilen an carbonatstrukturen

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DE3111653A1
DE3111653A1 DE19813111653 DE3111653A DE3111653A1 DE 3111653 A1 DE3111653 A1 DE 3111653A1 DE 19813111653 DE19813111653 DE 19813111653 DE 3111653 A DE3111653 A DE 3111653A DE 3111653 A1 DE3111653 A1 DE 3111653A1
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DE19813111653
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Ludwig Dipl.-Chem. Dr. 4150 Krefeld Bottenbruch
Dieter Dipl.-Chem. Dr. 4150 Krefeld-Traar Freitag
Manfred Dipl.-Ing. Dr. 26155 New Martinsville W.Va. Schmidt
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G79/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing atoms other than silicon, sulfur, nitrogen, oxygen, and carbon with or without the latter elements in the main chain of the macromolecule
    • C08G79/02Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing atoms other than silicon, sulfur, nitrogen, oxygen, and carbon with or without the latter elements in the main chain of the macromolecule a linkage containing phosphorus
    • C08G79/04Phosphorus linked to oxygen or to oxygen and carbon

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Description

BAYER AKTIENGESELLSCHAFT 5090 Leverkusen, Bayerwerk
Zentralbereich PS/bc/c
Patente, Marken und Lizenzen Ji
Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen, aromatischen Polyphosphonaten mit geringen Anteilen an Carbonatstrukturen
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Polyphosphonaten mit Carbonatstrukturen in Mengen von 0,3 bis 4,5 Mol-%, vorzugsweise von 0,5 bis 2,5 Mol-%, bezogen auf die Summe an Phosphonat- und Carbonat-Struktureinheiten, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man in Gegenwart neutraler Umesterungskatalysatoren Diphenole mit Phosphonsäurediarylester im Molverhältnis von 1,03 bis 0,97 bei Temperaturen von 230 bis 3200C, insbesondere von 250 bis 32O0C, umsetzt und bei einem von 500 auf nicht weniger als 2 mbar, insbesondere von 400 auf nicht weniger als 5 mbar, absinkenden Druck die flüchtigen Monohydroxyaryle innerhalb von 1,5 bis 2,5 h abdestilliert, und danach durch Zugabe von Diarylcarbonat in Mengen von 0,5 Mol-% bis 8,5 Mol-%, vorzugsweise 1 Mol-% bis 4,9 Mol-%, bezogen auf molare Summe aus eingesetztem Phosphonsäurediarylester und Diarylcarbonat, bei Temperaturen von 250 bis 3200C, insbesondere von 280 bis 3200C, und einem von 300 auf nicht weniger als 1 mbar bis 0,2 mbar absinkenden Druck die Reaktion innerhalb von 1 bis 2 h vervollständigt.
Le A 20 844
Das molare Verhältnis von einzusetzendem Phosphonsäurediarylester zu Diarylcarbonat beträgt von 99,5 bis 91,5 Mol-% zu 0,5 bis 8,5 Mol-%, vorzugsweise von 99 bis 95,1 Mol-% zu 1 bis 4,9 Mol-%, bezogen jeweils auf die molare Summe aus Phosphonsäurediarylester und Diarylcarbonat.
Das Molverhältnis der Diphenole zu der Summe der Phosphonsäurediarylester und Diarylcarbonate liegt jeweils zwischen 0,91 und 0,99, vorzugsweise zwischen 0,93 und 0,97.
Die Menge an neutralen Umesterungskatalys.itoren liegt
—7 —1
jeweils zwischen 10 bis 10 Mol-%, vorzugsweise
—6 2
7 . 10 bis 8 . 10 Mol-%, bezogen auf Mole an eingesetzten Diphenolen.
Als Umesterungskatalysatoren dienen C.-C^-Tetraalkyltitanate, C0-C--Dialkylzinnoxide, C~-C,,-Dialkyl-C.,-C.-dialkoxy-zinnverbindungen, C3-C1„-Tetraalkylzirkonate, C^-C1„-Trialkylvanadylate, Zinkacetat, Tributy1zinnacetat, oder mindestens einer aus der vorstehenden Gruppe im Gemisch mit Germaniumdioxid und/oder Titandioxid.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Polyphosphonaten mit geringen Anteilen an Carbonatstrukturen besitzt gegenüber der analogen Herstellung von reinen Polyphosphonaten ohne CarbonatStruktureinheiten gemäß der deutschen Patentanmeldung P 29 25 207.1 (Le A 19 491) und gemäß der deutschen Patentanmeldung P 29 44 093.5 (Le A 19 968) den Vorteil der höheren Reaktionsgeschwindigkeit.
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Gegenüber den Polyphosphonatocarbonaten mit höheren Carbonatstruktureinheiten gemäß der deutschen Patentanmeldung P 29 25 208.2 (Le A 19 605) und gemäß der deutschen Patentanmeldung P 30 01 863.4 (Le A 20 000) besitzen die erfindungsgemäß erhältlichen Polyphosphonate mit geringen Carbonatstruktureinheiten noch das ausgeprägte Eigenschaftsbild der Polyphosphonate.
Gegenüber den mit alkalischen Verbindungen als Umesterungskatalysatoren erhaltenen Polyphosphonaten bzw. Polyphosphonatocarbonaten (gemäß deutscher Patentanmeldung P 29 25 207.1 (Le A 19 491) und gemäß deutscher Patentanmeldung P 29 25 208.2 (Le A 19 605) besitzen die erfindungsgemäß erhältlichen PoIyphosphonatocarbonate außerdem die bessere thermische Alterungsbeständigkeit.
Erfindungsgemäß geeignete neutrale Umesterungskatalysatoren sind:
a) C.-C18-Tetraalkyltitanate wie beispielsweise Titan-tetraethylat,
Titan-tetrapropylat,
Titan-tetraisopropylat,
Titan-tetrabutylat,
Titan-tetraoctonat,
Titan-tetrastearat,
b) C^-C.-Dialkylzinnoxide wie beispielsweise Di-isopropylzinnoxid,
Dibutylzinnoxid,
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/t -
c) C2-C4-DIaIkYl-C1-C4-dialkoxy-2innverbindungen wie beispielsweise Diisopropyl-dimethoxy-zinn, Dibutyl-diisopropoxy-zinn,
Dibutyl-dimethoxy-zinn,
d) C3-C1Q-Tetraalkylzirkonate wie beispielsweise Zirkon-tetraacetylacetonat,
Zirkontetrabutylat,
Zirkontetraoctonat,
Zirkontetrastearat,
e) C2~C1Q-Trialkylvanadylate wie beispielsweise Vanadyl-ethylat, VO (OC2H5)3,
Vanadyl-isopropylat, VO (0-1-C3H7)3, Vanadyl-n-butylat, VO (0^-C4H9) 3
f) Zinkacetat oder Tributylzinnacetat sowie
g) Gemische aus Germaniumdioxid oder Titandioxid mit mindestens einem der unter a) bis f) aufgeführten Katalysatoren.
Die gemäß g) einsetzbaren Katalysatorkombinationen liegen im Gewichtsverhältnis 1:3 bis 3:1 vor.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten thermoplastischen aromatischen Polyphosphonatocarbonate mit mittleren Molekulargewichten (Zahlenmittel M ) von mindestens 11 000, vorzugsweise von 11 000 bis 200 000 und insbesondere von 20 000 bis 80 000 entsprechen der Formel (1)
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- er -
E-O-X-O—I—M-O-X-O 1 E (1)
worin
E -M-O-Ar ist, wobei Ar ein Arylrest mit vor-. zugsweise 6 bis 14 C-Atomen, insbesondere Phenyl, C.-C.-alkylsubstituiertes Phenyl und/oder halogensubstituiertes (Halogen = F, Cl, Br) Phenyl ist, R
M das Bindeglied -C- oder -P- ist, wobei das molare
Il Il
0 0 R
Verhältnis der Bindeglieder -C- und -P- im Mittel
Il Il
0 0 jeweils zwischen 4,5:95,5 und 0,3:99,7, vorzugsweise zwischen 2,5:97,5 und 0,5:99,5, liegt und R = mindestens einen der Reste: C1-C12-AIlCyI,
C2-C12-Alkenyl,
Cg-C30-Cycloalkyl, C6-C3()-Cycloalkenyl, Cg-C30-Aryl, C7-C3Q-Arylalkyl oder Cg-C3Q-Arylalkenyl, wobei die jeweilige Arylgruppe nicht substituiert oder durch 1 bis 5 C.-C.-Alkylgruppen oder durch 1 bis 5 Halogenatome (wie beispielsweise F, Cl oder Br) oder durch die genannten Alkylgruppen
und Halogenatome substituiert ist; X der Rest eines Diphenols ist und bedeuten kann:
Le A 20 844
Phenylen
Biphenylen
C2~C4-Alkylenbisphenylen ^ />-Alkylen-(\
-C5-Alkyl idenbisphenylen
c-C-
C5-C^2-Cycloalkylidenbisphenylen ^/-cycloalkyliden-γ'
Thiobisphenylen
Oxibisphenylen Sulfonylbisphenylen CarbonyIb isphenylen Naphthylen
-0
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wobei jeder Phenylenkern unsubstituiert oder durch bis 4 Cj-C.-Alkylgruppen oder durch 1 bis 4 Halogenatome (P, Cl oder Br) oder durch die genannten Alkylgruppen und Halogenatome und der Naphthylenkern unsubstituiert oder durch 1 bis 6 mindestens einer der genannten Gruppen oder Halogenatome substituiert ist;
η der mittlere Polymerisationsgrad ist, der aus den jeweiligen Molekulargewichten M (Zahlenmittel) von mindestens 11 000, vorzugsweise 11 000 bis 200 000 und insbesondere 20 000 bis 80 000, der Polyphosphonatocarbonate resultiert.
Die erfindungsgemäß erhältlichen Polyphosphonatocarbonate können jeweils sowohl aus einheitlichen Diphenolresten X als auch aus verschiedenen, also 2 oder mehr als 2 verschiedenen Diphenolresten X, aufgebaut sein. Vorzugsweise haben vorstehende Definitionen folgende Bedeutung:
R = mindestens einen der Reste Methyl oder Phenyl, insbesondere Methyl,
X= mindestens einen der Reste Phenylen, Biphenylen, C2-C4-Alkylenbisphenylen, C1-C5-Alkylidenbisphenylen, wobei jeder Phenylenkern durch 1 bis 4 Methylgruppen substituiert sein kann, Cyclohexylenbisphenylen, Cyclohexylidenbisphenylen, Thiobisphenylen, Sulfonylbisphenylen; insbesondere Cj-C4-Alkylidenbisphenylen, wobei jeder Phenylenkern durch ein oder zwei Methylgruppen substituiert sein kann,
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ar _
Ar = Phenyl oder p-Toluyl.
Erfindungsgemäß geeignete Phosphonsäurediarylester sind solche der Formel (2)
(2)
wobei
R die für die Verbindungen der Formel (1) genannte
Bedeutung hat,
B eine C.-C4-Alkylgruppe und/oder F, Cl oder Br und
P O oder eine ganze Zahl von 1 bis 5 sind.
Besonders bevorzugt werden halogenfreie Alkyl- und Arylphosphonsäurediphenylester; insbesondere bevorzugt werden Methylphosphonsäurediphenylester und Phenylphosphonsäurediphenylester.
Weitere Beispiele für erfindungsgemäß geeignete Phosphonsäurediarylester sind
Cyclohexylphosphonsäurediphenylester, Ethylphosphonsäurediphenylester, 2-Phenyl-ethylenphosphonsäurediphenylester, Butylphosphonsäurediphenylester und Isopropylphosphonsäurediphenylester.
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Bevorzugte Diphenole entsprechen den Formeln (3) und (4)
(3)
(Z)d
(Z)f
(4)
in denen
A eine Einfachbildung, eine Alkylengruppe mit 2 bis 4 C-Atomen, eine Alkylidengruppe mit 1 bis 5 C-Atomen, eine Cycloalkylengruppe mit 5 oder 6 C-Atomen, eine Cycloalkylidengruppe mit 5 bis 6 C-Atomen, eine SuIfonylgruppe, eine Carbonylgruppe, Sauerstoff oder Schwefel/ die Zahl 0 oder 1, F, Cl, Br oder Cj-C.-Alkyl bedeutet und mehrere Z in einem Arylrest gleich oder verschieden sind, die ganzen Zahlen 0 oder 1 bis 4, die ganzen Zahlen 0 oder 1 bis 3 bedeuten.
e Z
d f
Besonders bevorzugt sind Verbindungen der Formel (3), in denen e= 1 und A eine Einfachbindung, den Isopropylidenrest, die SO2~Gruppe oder Schwefel sowie d = null bedeuten, insbesondere jedoch
Le A 20
-Vb-
4,4'-Dihydroxydiphenyl,
2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan (= Bisphenol A) und 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfon.
Erfindungsgemäß geeignete Diarylcarbonate entsprechen der Formel (5)
Ar-O-C-O-Ar (5)
Il
worin
Ar die für die Formel (1) genannte Bedeutung hat und bevorzugt Ar- (ι ^ ist, mit B und ρ
entsprechend der Bedeutung für Formel (2).
Bevorzugt geeignet sind beispielsweise Diphenylcarbonat oder Di-(p-toluyl)-carbonat. Insbesondere wird Diphenylcarbonat bevorzugt.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen hochmolekularen thermoplastischen aromatischen PoIyphosphonatocarbonate können durch den Einbau geringer Mengen, vorzugsweise von Mengen zwischen 0,05 und 3,0 Mol-% (bezogen auf 100 Mol-% eingesetzter Diphenole) an drei- oder mehr als dreifunktionellen Verbindungen, beispielsweise solchen mit 3 oder mehr als 3 phenolischen Hydroxygruppen verzweigt sein. Als dreifunktionelle Verzweigungskomponente können ebenfalls Triarylphosphate wie beispielsweise Triphenylphosphat in Mengen zwischen 0,05 und 3,0 Mol-% (bezogen auf 100 Mol-% des eingesetzten Gemisches aus Diarylcarbonat
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Al
η -
und Phosphonsäurediarylester) einkondensiert werden, wodurch das resultierende aromatische Polyphosphonatocarbonat durch Phosphorsäureestergruppen verzweigt wird.
Einige der verwendbaren verzweigenden phenolischen Verbindungen mit 3 oder mehr als 3 phenoiischen Hydroxygruppen sind beispielsweise Phloroglucin; 4,6-Dimethyl-2,4 ,6-tri- (4-hydroxyphenyl) -hepten-2; 4,6-Dimethyl-2,4,6-tri-(4-hydroxy-phenyl)-heptan; 1 ,3,5-Tri- (4-hydroxyphenyl)-benzol; 1,1,1-Tri-(4-hydroxyphenyl)-ethan; Tri-(4-hydroxy-phenyl)-pheny!methan; 2,2-Bis-/3,4-bis-(4-hydroxy-phenyl)-cyclohexy XJ -propan; 2,4-Bis-(4-hydroxyphenyl-isopropyl)-phenol; 2,6-Bis-(2-hydroxy-5'-methyl-benzyl)-4-methylphenol; 2-(4-Hydroxyphenyl)-2-(2,4-dihydroxyphenyl)-propan und 1,4-Bis-(4,4"-dihydroxytriphenyl-methyl)-benzol.
Als Verzweiger lassen sich aber auch Trimesinsäuretriphenylester und Triphenylcyanurat verwenden.
Alle für die Umesterung eingesetzten Ausgangsmaterialien sollen Reinheitsgrade von >99,1 Gew.-%, vorzugsweise > 99,6 Gew.-%, besitzen.
Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt im einzelnen beispielsweise folgendermaßen:
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Yl -
Phosphonsäurediarylester und gegebenenfalls verzweigende Ester wie Triphenyltrimesat werden mit den aromatischen Dihydroxyverbindungen und gegebenenfalls den verzweigenden Tri- oder Tetrahydroxy-verbindungen in sauerstofffreier Atmosphäre, d.h. in Gegenwart eines Inertgases wie beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxid,. und in Gegenwart der genannten neutralen Katalysatoren bei Temperaturen zwischen 230 und 3200C, insbesondere zwischen 250 und 3200C zur Reaktion gebracht, wobei unter intensivem Rühren die flüchtigen Monohydroxyaryle bei einem von 500 mbar auf nicht weniger als 2 mbar, insbesondere einem von 400 mbar auf nicht weniger als 5 mbar, absinkendem Druck innerhalb von 1,5 bis 2,5 h abdestilliert werden.
Durch Einleiten von Inertgas wird der Druck im Reaktionsgefäß auf 500 bis 300 mbar erhöht, die entsprechende Menge von 0,5 bis 8,5 Mol-% Diphenylcarbonat zugegeben und anschließend unter Abdestillieren der flüchtigen aromatischen Monohydroxiaryle sowie des überschüssigen Diphenylcarbonats oder überschüssigen Phosphonsäurediarylesters bei 250 bis 3200C, insbesondere bei 280 bis 32O0C, und bei einem von 300 mbar auf nicht weniger als 1 mbar bis 0,2 mbar absinkendem Druck die Reaktion innerhalb von 1 bis 2 Stunden zu Ende geführt.
Nach Beendigung der Polykondensation wird die gebildete Schmelze des Polyphosphonatocarbonats in üblicher Weise in Granulate oder direkt in geformte Gebilde wie Filme, Fasern oder Borsten überführt. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Polyphosphonato-
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carbonate lassen sich im Schmelzfluß durch technisch gebräuchliche Verarbeitungsaggregate wie Extruder und Spritzgußmaschinen zu Formkörpern hoher Wärmeformbeständigkeit verarbeiten und zeigen unverändert eine ebenso hervorragende Brandwidrigkeit sowie ebenso gute mechanische Eigenschaften, wie sie die gemäß der deutschen Patentanmeldung P 29 44 093.5 (Le A 19 968) hergestellten Polyphosphonate aufzeigen.
Die erfindungsgemäß erhältlichen Polyphosphonatocarbo- · nate sind löslich in Methylenchlorid, 1,1,2,2-Tetrachlorethan, Chlorbenzol, 1,2-Dichlorbenzol, Chloroform, 1,1,2-Trichlorethylen, Dioxan und Hexamethylen-phosphortriamid (HMPT), mit Ausnahme der Polyphosphonatocarbonate der Struktur (1), in denen X der Thio-bisphenylen-Rest ist.
Den erfindungsgemäß erhältlichen aromatischen PoIyphosphonatocarbonaten können außerdem die für Polycarbonate üblichen Materialien wie Pigmente, antistatische Mittel, Formtrennmittel, thermische Stabilisatoren, Ultraviolettlichtstabilisatoren und/oder verstärkende Füllstoffe zugemischt werden.
Die erfindungsgemäßen thermoplastischen, aromatischen, vorzugsweise halogenfreien Polyphosphonate können überall dort Anwendung finden, wo thermoplastische Chemie-Werkstoffe höchster Brandwidrigkeit benötigt werden, und wo zusätzlich bei Einwirkung sehr hoher Temperaturen eine Entwicklung toxischer Pyrolysegase vermieden werden soll. Derartige Anwendungsgebiete sind beispiels-
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-K-
weise im Fahrzeugbau, im Flugzeugbau, auf dem Raumfahrtsektor oder auf dem Gebiet der Sicherheitstechnik zu finden.
Die erfindungsgemäß erhältlichen thermoplastischen aromatischen Polyphosphonatocarbonate können bei 240 bis 3200C extrudiert und zu Prüfkörpern ausgeformt werden.
Die Prüfung der Wärmeformbeständigkeit erfolgte durch Messung des Vicat-Erweichungspunktes VSP gemäß DIN 53 460 oder ISO/R 75. Die Prüfung des Verhaltens bei Schlagbeanspruchung erfolgte sowohl durch Messung der Schlagzähigkeit a nach Charpy gemäß DIN 53 oder nach ASTM D 256 als auch durch Messung der Kerbschlagzähigkeit ak nach Charpy gemäß DIN 53 453 oder ASTM D 256. Die Härtemessung erfolgte durch Messung der Kugeldruckhärte HK gemäß DIN 53 456. Die Prüfung der mechanisch-elastischen Eigenschaften erfolgte durch Spannungs-Verformungsversuche wie durch Messung des Biege-E-Moduls gemäß DIN 53 457, durch Messung des Zug-E-Moduls gemäß DIN 53 457, durch Messung der Reißfestigkeit ^0, 4 er Reißdehnung £ _, der Streckfestigkeit 6* s und der Streckdehnung /' „ gemäß DIN 53 455/1968 oder ASTM D 638.
Die Messung der relativen Lösungsviskositäten der erfindungsgemäßen Polyphosphonatocarbonate erfolgte in 0,5 gew.-%iger Lösung in Methylenchlorid bei 25°C.
Die Prüfung des Brandverhaltens erfolgte sowohl durch Messung des O2~Index gemäß ASTM D 2863-70 als auch durch Messung der Nachbrennzeit gemäß dem ÜL-Test (Subj. 94).
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- -Ps -
Hierbei werden Teststäbe mit den Abmessungen: 127 χ 12,7 χ 1,6 mm (1/16") und 127 χ 12,7 χ 3,2 mm (1/8") dem Testverfahren gemäß Underwriters Laboratories, Inc. Bulletin 94, Verbrennungstest zur Klassifizierung von Materialien, unterworfen.
Gemäß diesem Testverfahren wurden die so geprüften Materialien entweder mit ÜL-94 V-O, ÜL-94 V-I und UL-94 V-II klassifiziert, und zwar auf der Basis der mit den 10 Proben erhaltenen Ergebnisse. Die Kriterien für jede dieser V-Klassifizierungen gemäß UL-94 sind kurz wie folgt:
UL-94 V-O Das durchschnittliche Flammen und/oder Glühen nach Entfernung der Zündflamme soll 5 Sekunden nicht überschreiten und keine der Proben soll Teilchen abtropfen, die absorbierende Baumwolle entzünden.
'UL-94 V-I Das durchschnittliche Flammen und/oder Glühen . nach Entfernung der Zündflamme soll 25 Sekunden nicht überschreiten und keine der Proben soll Teilchen abtropfen, die absorbierende Baumwolle entzünden.
UL-94 V-II Das durchschnittliche Flammen und/oder Glühen nach Entfernung der Zündflamme soll 25 Sekunden nicht überschreiten und die Proben tropfen flammende Teilchen ab, welche absorbierende Baumwolle entzünden.
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-> # β t η ι* 4
*> * * «κ mm
* · - ■ «iS
4t
Weiterhin wurde ein Teststab, der mehr als 25 Sekunden nach Entfernung der Zündflamme brannte, nicht nach UL-94 klassifiziert, sondern derselbe wurde nach den Standardbedingungen der vorliegenden Erfindung als "brennt" bezeichnet, Die Vorschrift UL-94 erfordert weiterhin, daß alle Teststäbe eines Versuchs die jeweilige V-Bewertung erfüllen müssen, andernfalls erhalten die 10 Teststäbe die Bewertung des schlechtesten Einzelstabes. Wenn beispielsweise ein Stab mit UL-94 V-II bewertet wird und die anderen 9 Teststäbe mit UL-94 V-O bewertet werden, dann erhalten alle 10 Stäbe die Bewertung UL-94 V-II.
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- 1SL -
Beispiel 1
Polymethylphosphonat des 4,4 '-Dihydroxydiphenyls mit 1,7 Mol-% Carbonatstrukturen
97,3
(n~1.0)
4650 g (25 Mol = 100 Mol-%) 4,4'-Dihydroxydiphenyl, 6325 g (25,5 MoI = 102 Mol-%) Diphenylester der Methylphosphonsäure, 0,35 g (7,53 χ 10~ Gew.-% bezogen auf Gewicht 4,4'-Dihydroxydiphenyl) Zn(OAc)2 (7.6x10~2 Mol-%) werden unter Stickstoff auf 2850C vorgeheizt. Unter N2 werden anschließend bei 285 bis 2950C und einem von 290 auf.10 mm Hg absinkenden Vakuum innerhalb von 2,5 Stunden 87 bis 88 % des Phenols über eine Kolonne abdestilliert. Man gibt 188 g (0,88 Mol =3,5 Mol-%) ' Diphenylcarbonat zu, läßt 5 Minuten bei 50 mm Hg Vakuum und 3000C reagieren und destilliert bei bis auf 7 mm Hg absinkendem Innendruck nochmals 8 bis 9 % Phenol über die Kolonne ab. Anschließend wird die Kondensation bei 300 bis 312°C und 7 bis 0,5 mm Hg innerhalb von 1,5 Stunden beendet, wobei unter Umgehung der Kolonne nochmals ca. 4 % Destillat anfallen. Das braunfarbene zähviskose Polymer besitzt eine relative Lösungsviskosität ^rel (gemessen bei 25°C in 0,5 gew.-%iger Lösung in CH2Cl2) von 1,280. Die Glasübergangstemperatur TG beträgt 137°C (durch Differential thermoanalyse bestimmt).
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43
Der Gehalt an Carbonatstrukturen beträgt 1,7 Mol-% (bestimmt durch IR-Spektroskopie). Der Phosphorgehalt ist 12,4 Gew.-%.
Beispiel 2
Polymethylphosphonat des Bis-2-(4-hydroxyphenyl)-propans mit 1,85 Mol-% Carbonatstruktureinheiten
97,15
5700 g (= 25 Mol = 100 Mol-%) Bis-2-(4-hydroxyphenyl)-propan, 6280 g (= 25,32 Mol = 101,3 Mol-%) Diphenyl-
_2 ester der Methylphosphonsaure, 36,5 g (8,33 x 10 Mol =0,5 Mol-%) Triphenylester der Trimesinsäure, 0,35 g
_2
(1,4 χ 10 Gew.-%, bezogen auf Bis-2- (4-hydroxyphe-
_2 nyl)-propan) Zn(OAc)2 (7.6x10 Mol-%) werden unter Stickstoff auf 2700C vorgeheizt. Anschließend werden bei 270 bis 3000C und bei 300 bis 7 mm Hg Vakuum unter Stickstoff 98 % des Phenols innerhalb von 2,5 Stunden über eine Kolonne abdestilliert. Man gibt 205 g (0,958 Mol =3,83 Mol-%) Diphenylcarbonat zu, läßt 5 Minuten bei 3000C und 60 mm Hg Innendruck reagieren und führt bei 3000C und einem auf 0,7 mm Hg absinkenden Innendruck innerhalb von 2 Stunden unter Abspaltung von weiteren 2 % Destillat (Kolonne wird umgangen) die Kondensation zu Ende.
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vr-
Das braunfarbene zähe Polymer besitzt eine relative Lösungsviskosität ^,rel (gemessen bei 250C in 0,5 gew.-%iger Lösung in CH2Cl2) von 1,293. Die Glasübergangstemperatur beträgt 900C (durch Differentialthermoanalyse bestimmt). Der Gehalt an Carbonatstrukturen beträgt 1,85 Mol-% (bestimmt durch IR-Spektroskopie). Der Phosphorgehalt beträgt 10,2 Gew.-%.
Beispiel 3
Polyphenylphosphonat des 4,4'-Dihydroxydiphenyls mit 2,1 Mol-% Carbonatstruktureinheiten
96,9
4650 g (= 25 Mol = 100 Mol-%) 4,4'-Dihydroxydiphenyl, 7850 g (= 25,32 Mol = 101,3 Mol-%) Diphenylester der Phenylphosphonsäure, 0,2 g (1,3 χ 10~ Gew.-%, bezogen auf 4,4'-Dihydroxydiphenyl) Zn(OAc)2 (4,3x10 Mol-%) werden unter Stickstoff auf 2900C vorgeheizt. Anschließend werden innerhalb von 2 Stunden bei 290 bis 3100C und 200 bis 7 mm Hg Innendruck unter Stickstoff 96 % des Phenols über eine Kolonne abdestilliert. Man gibt 214 g (1,0 Mol = 4 Mol-%) Diphenylcarbonat zu, läßt 5 Minuten bei 3100C und 60 mm Hg Innendruck reagieren und führt bei 310 bis 3180C und einem auf 0,5 mm absinkenden Innendruck die Kondensation innerhalb von 1,5 Stunden zu Ende, wobei nochmals 4 % Destillat (Kolonne wird umgangen) erhalten werden.
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Das zähviskose amberfarbene Polymer besitzt eine relative Lösungsviskosität I^rel (gemessen bei 250C in 0,5 gew.-%iger Lösung in CH-Cl,,) von 1,266.
Die Glasübergangstemperatur T_ beträgt 1470C (durch Differentialthermoanalyse bestimmt). Der Gehalt an Carbonatstrukturen beträgt 2,1 Mol-% (bestimmt durch IR-Spektroskopie). Der Phosphorgehalt ist 9,85 Gew.-%.
Beispiel 4
Polymethylphosphonat des 4,4'-Dihydroxydiphenyls mit 0,3 Mol-% Carbonatstruktureinheiten
4650 g (100 Mol-%) 4,4'-Dihydroxydiphenyl, 6325 g (102 Mol-%) Diphenylester der Methylphosphonsäure und 0,35 g (7,53 χ 10 Gew.-%, bezogen auf Gewicht, 4,4'-Dihy-
-2
droxydiphenyl) Zinkacetat (7.6x10 Mol-%) werden unter N2 auf 2850C vorgeheizt. Innerhalb von 2,5 Stunden werden bei 285 bis 2950C und bei 290 bis 10 mm Hg 87 bis 88 % des Phenols abdestilliert.
Man gibt 26,86 g (0,126 Mol =0,5 Mol-%) Diphenylcarbonat zu, läßt 5 Minuten bei 50 mm Hg Druck und 3000C reagieren und destilliert bei bis auf 7 mm Hg absinkendem Innendruck nochmals 4 bis 6 % Phenol ab. Anschließend wird die Kondensation bei 300 bis 3120C und 7 bis 0,5 mm Hg Innendruck innerhalb von 1,5 Stunden beendet, wobei unter Umgehung der Kolonne nochmais 12 bis 13 % Destillat anfallen.
Le A 20 844
Zl
Das braunfarbene zähviskose Polymer besitzt eine relative Lösungsviskosität (gemessen bei 250C in 0,5 gew.-%-iger Lösung in CH2Cl2) von 1,270; die Glasübergangstemperatur = 137°C (durch Differentialthermoanalyse bestimmt).
Der Gehalt an Carbonatstrukturen beträgt 0,3 Mol-% (bestimmt durch IR-Spektroskopie).
Le A 20 844
λ a * · * ο
Zl
Vergleich mit einem Polyphosphonat aus der deutschen Patentanmeldung P 29 25 207.1 (Le A 19 491).
Beispiel 1 aus P 29 25 207.1 (= Vergleichsbeispiel)
6204 g (25,02 Mol) Methylphosphonsäurediphenylester, 4424 g (23,78 Mol) 4,4'-Dihydroxydiphenyl,
7,6 g (1,21 χ 10"2 Mol) 1,4-Bis-(4,4"-dihydroxytri-
phenylmethyl)-benzol und
0,2 g (1,72 . 10~3 Mol) Natriumphenolat
werden unter Stickstoff bei 2500C intensiv in einem Autoklaven vermischt. Innerhalb von 3 Stunden wird unter einem von 250 auf 100 mbar absinkenden Vakuum und bei einer von 250 auf 2650C ansteigenden Temperatur Phenol über eine auf 1000C beheizte Kolonne abdestilliert. Anschließend wird die Umesterung 5 Stunden unter einem allmählich auf 0,3 mbar absinkenden Druck und einer auf 31O0C ansteigenden Innentemperatur fortgesetzt, wobei die Viskosität der Schmelze ansieigt. Man belüftet den Autoklav mit Stickstoff, läßt das Polymer bei 3000C und bei stillstehendem Rührer 1 Stunde absitzen und isoliert das Produkt durch Abspinnen unter Druck (ca. 10 atm.) und Granulieren des Schmelzstranges. Man erhält 5,2 kg eines hochmolekularen amorphen Polyphosphonats mit einem Zahlenmittel-Molekulargewicht M = 27 600 und einer relativen Lösungsviskosität ^rel = 1,321 (gemessen bei 25°C in Methylenchlorid in 0,5 gew.-%iger Lösung). P = 12,6 Gew.-%.
Le A 2o 844
Brandwidrigkeitswerte und mechanische Prüfwerte dieses Polyphosphonats
Prüfung Prüfnorm Prüfwert
O^-Index
UL-Test (Subj. 94) ASTM-D 2863-70 75 %
VO (1/16")
Nachbrenn
zeit: 0 sec.
Vicat B DIN 53 460 1300C
Schlagzähigkeit a DIN 53 453 ungebrochen
Kerbschlagzähigkeit a. DIN 53 453 32
Kugeldruckhärte HK DIN 53 456 102 MPa
Biege-E-Modul DIN 53 457 •2610 MPa
Biegefestigkeit DIN 53 457 59 MPa
Zug-E-Modul DIN 53 457 2420 MPa
Streckfestigkeit b DIN 53 455 (1968) 56 MPa
Streckdehnung £,_ DIN 53 455 8 %
Reißfestigkeit (^R DIN 53 455 44 MPa
Reißdehnung £R DIN 53 455 21 %
Für das erfindungsgemäße Polymethylphosphonat des
Beispiels 1 der vorliegenden Patentanmeldung gelten die gleichen Werte für Brandwidrigkeit und Mechanik. Die Polyphosphonatocarbonate der vorliegenden Erfindung besitzen jedoch eine wesentlich bessere thermisehe Alterungsbeständigkeit als diejenigen gemäß
P 29 25 207.1 (Le A 19 491) hergestellten, wie folgender Vergleich zeigt:
Le A 2o 844
is
Aus dem Polyphosphonatocarbonat des Beispiels 1 der vorliegenden Patentanmeldung mit dem Polyphosphonat aus obigem Vergleichsbeispiel werden aus Methylenchlorid Folien einer Schichtdicke von 50μ hergestellt und bei 1000C an Luft während 7 Tagen getempert.
Die nachfolgende Tabelle faßt die erhaltenen Ergebnisse dieses Temperaturalterungsversuchs zusammen, wobei der durch die Temperaturalterung verursachte Molekulargewichtsbau anhand der relativen Lösungsviskositäten verifiziert wird, die in 0,5 gew.-%igen Lösungen in Methylenchlorid bei 250C bestimmt werden.
Tabelle
Zeitdifferenz erfindungs Vergleichs
gemäßes Bei beispiel
spiel 1 rel
rel
0 1,280 1 ,321
2 Tage 1,280 1 ,305
4 Tage 1,281 1,291
5 Tage 1,279 1 ,280
7 Tage 1,280 1,265
Le A 20 844

Claims (2)

Patentansprüche
1) Verfahren zur Herstellung von Polyphosphonaten mit Carbonatstrukturen in Mengen von 0,3 bis 4,5 Mol-%, bezogen auf die Summe an Phosphonat- und Carbonat-Struktureinheiten, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man in Gegenwart neutraler Umesterungskatalysatoren Diphenole mit Phosphonsäurediarylerstern im Molverhältnis von 1,03 bis 0,97 bei Temperaturen von 230 bis 3200C umsetzt und bei einem von 500 auf nicht weniger als 2 mbar absinkenden Druck die flüchtigen Monohydroxyaryle innerhalb von 1,5 bis 2,5 Stunden abdestilliert und danach durch Zugabe von Diarylcarbonat in Mengen von 0,5 Mol-% bis 8,5 Mol-%, bezogen auf molare Summe aus eingesetztem Phosphonsäurediarylester und Diarylcarbonat, bei Temperaturen von 250 bis 32O0C und einem von 300 auf nicht weniger als 1 mbar bis 0,2 mbar absinkenden Druck die Reaktion innerhalb von 1 bis 2 Stunden vervollständigt.
2) Verfahren zur Herstellung von Polyphosphonaten mit Carbonatstrukturen in Mengen von 0,5 bis 2,5 Mol-%, bezogen auf die Summe an Phosphonat- und Carbonat-Struktureinheiten gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man durch Zugabe von 1 Mol-% bis 4,9 Mol-%, bezogen auf molare Summe aus eingesetztem Phosphonsäurediarylester und Diarylcarbonat, die Reaktion vervollständigt.
Le A 20 844
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