DE3523572C2 - - Google Patents
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- DE3523572C2 DE3523572C2 DE3523572A DE3523572A DE3523572C2 DE 3523572 C2 DE3523572 C2 DE 3523572C2 DE 3523572 A DE3523572 A DE 3523572A DE 3523572 A DE3523572 A DE 3523572A DE 3523572 C2 DE3523572 C2 DE 3523572C2
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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- C08K5/16—Nitrogen-containing compounds
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- C08K5/3467—Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring having more than two nitrogen atoms in the ring
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- C08K5/34924—Triazines containing cyanurate groups; Tautomers thereof
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Description
Die Erfindung betrifft Formmassen und deren Verwendung zur
Herstellung von Formteilen.
Für bestimmte Anwendungen, wie z. B. bei der Herstellung verschiedener
Formteile aus Arylensulfid-Polymermassen, ist es
wünschenswert, daß der Schmelzfluß während der Verarbeitung
des Polymeren weitgehend unverändert bleibt. Es wurden verschiedene
Verfahren verwendet, um Arylensulfid-Polymere bei
der Verarbeitung gegen Veränderungen der physikalischen Eigenschaften
zu stabilisieren. Für die meisten Anwendungen,
in denen Arylensulfid-Polymere verformt werden, muß
das Arylensulfid-Polymere mit einem relativ großen Anteil
an Füllstoffen, wie z. B. Glasfasern, Graphit und/oder Mineralien
gefüllt werden. Diese hohen Füllstoffbeladungen
verursachen eine beträchtliche Verringerung des Schmelzflusses,
was in Schwierigkeiten bei der Compoundierung und beim
Spritzgießen resultieren kann.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, Formmassen, die Arylensulfid-Polymere
enthalten, mit verbesserten Verarbeitbarkeitseigenschaften
zur Verfügung zu stellen. Ein weiterer
Aspekt ist die Verbesserung der Fließeigenschaften von
solchen Formmassen.
Gemäß der Erfindung werden Formmassen zur Verfügung gestellt,
wie sie in Anspruch 1 und in bevorzugten Ausführungsformen in den
Unteransprüchen definiert sind.
Es wurde gefunden, daß die Zugabe einer kleinen Menge
mindestens eines Cyanurats und/oder Isocyanurats zu gefüllten
und ungefüllten Arylensulfid-Polymermassen die Fließeigenschaften
des gesamten Materials beträchtlich verbessert,
ohne eine wesentliche Veränderung der anderen physikalischen
Eigenschaften des Polymeren zu verursachen.
Beispiele für erfindungsgemäß geeignete Arylensulfid-Polymere
sind in den US-A 33 54 129 und US-A 39 19 177 beschrieben.
Das gegenwärtig bevorzugte Polymere ist Poly(p-
phenylensulfid), auch kurz als PPS bezeichnet. Solche
Arylensulfid-Polymere schließen Homopolymere und die unter
Normalbedingungen festen Arylensulfid-Copolymere und -Terpolymere
ein, die Schmelz- oder Erweichungspunkte von mindestens
149°C, bevorzugt von etwa 204 bis 482°C
aufweisen. Diese Polymeren sind unter Normalbedingungen
feste Massen, die in einem ungehärteten oder
teilweise gehärteten Zustand einen Schmelzfluß gemäß
ASTM D-1238-74 (316°C und 5 kg Gewicht) vorzugsweise im
Bereich von etwa 10 bis etwa 10 000, besonders bevorzugt von
etwa 100 bis etwa 3500 g/10 min aufweisen. Die erfindungsgemäß
verwendbaren Cyanurate und Isocyanurate können durch
die Formeln I und II
beschrieben werden, wobei R¹, R² und R³ entweder gleiche
oder unterschiedliche
Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen,
ausgewählt unter Alkyl-, Aryl-, Alkaryl-, Ally- und kohlen
wasserstoff-substituierten Allylresten des Typs -CH₂CR⁴=CR⁵R⁶
sind, wobei R⁴ eine Methylgruppe oder ein Wasserstoffatom
ist, und R⁵ und R⁶ bevorzugt gleich sind und ein Wasserstoffatom,
eine Alkylgruppe, eine Arylgruppe oder eine Alkarylgruppe
mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen sein können, und R⁷,
R⁸ und R⁹ die gleichen oder unterschiedliche Kohlenwasserstoffreste,
wie zuvor definiert, darstellen.
Repräsentative Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare Cyanurate und
Isocyanurate sind Triallyl-cyanurat (TAC), welches derzeit
bevorzugt wird, Trimethyl-cyanurat, Tribenzyl-cyanurat,
2,4,6-(p-Ethylphenyl)-cyanurat, Tridodecyl-cyanurat,
Trimethallyl-cyanurat, Triallyl-isocyanurat, Monoallyl-
di(beta-hydroxyethyl)-isocyanurat, Diallylmono(beta
hydroxyethyl)-isocyanurat, Tris(2-hydroxyethyl)-isocyanurat,
Tris(3-phenyl-2-propenyl)-isocyanurat und Mischungen
dieser Verbindungen.
Das Cyanurat oder Isocyanurat wird in einer solchen Menge
eingesetzt, daß die Fließeigenschaften des gesamten Materials
verbessert oder erhöht werden, ohne die anderen Eigenschaften
des Polymermaterials wesentlich zu verändern.
Die Erfindung ist besonders auf die Verbesserung der Verarbeitbarkeits-Eigenschaften
von Arylensulfid-Polymermassen
und solchen Polymermassen mit Füllstoffen, wie z. B. Ton,
Talkum, Eisenoxid, Ruß, Glas und Mischungen davon, gerichtet.
Der Anteil an Füllstoff kann bis zu 75 Gew.-% der Gesamtmasse
betragen. Der Anteil an Cyanurat und/oder Isocyanurat
liegt im Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-%.
Bevorzugte Formmassen enthalten 30 bis 70 Gew.-%
Füllstoff, 0,1 bis 10 Gew.-% Cyanurat und/oder Isocyanurat
und als Rest Arylensulfid-Polymeres.
Besonders bevorzugt beträgt der Gehalt an Poly(p-phenylensulfid)
30 bis 65 Gew.-%, der Anteil der Glasfasern 30 bis
60 Gew.-% und der Anteil an Cyanurat und/oder Isocyanurat
0,1 bis 10 Gew.-%.
Es werden auch Formmassen mit hohem Füllstoffanteil, die
vorteilhafte Eigenschaften haben, zur Verfügung gestellt.
Diese Formmassen enthalten bevorzugt 30 bis 50 Gew.-% Poly(p-
phenylensulfid), 10 bis 30 Gew.-% Glasfasern, 30 bis 60 Gew.-%
mineralische Füllstoffe, z. B. thermisch behandeltes Siliciumdioxid
(fused silica), und 0,1 bis 10 Gew.-%, besonders
bevorzugt 0,5 bis 5 Gew.-%, Cyanurat und/oder Isocyanurat.
Die Formmassen können auch Ruß und andere Zusätze, wie
z. B. organische Silane, enthalten.
Die Füllstoffe in den erfindungsgemäßen Formmassen sind,
wie die anderen Komponenten auch, alle im Handel erhältlich.
Bevorzugte Füllstoffe sind Glas und/oder Siliciumdioxid,
aber auch andere wie Ton, Talkum und Calciumcarbonat.
Glas wird bevorzugt in Faserform verwendet. In manchen
Fällen ist es jedoch vorteilhaft, bis zu etwa 75 Gew.-% der
Glasfasern durch Glasperlen zu ersetzen, um die Effekte, die
das Glas verursacht, zu verändern. Die Glasperlen sind auch
im Handel erhältlich. Die Perlen haben vorzugsweise mittlere
Durchmesser von etwa 10 bis 100 µm.
Das eingesetzte Siliciumdioxid kann natürlichen oder synthetischen
Ursprungs sein. Bevorzugt wird ein geschmolzenes
(glasartiges) Siliciumdioxid (fused vitreous silica). Ein
solches Siliciumdioxid ist im Handel als feinteiliges Material
mit einer relativ engen Korngrößenverteilung im Bereich
von etwa 1 bis etwa 100 µm erhältlich. Typischerweise
enthält dieses Material etwa 99,5 Gew.-% SiO₂ und als verbleibende
Komponenten Al₂O₃, Fe₂O₃, Na₂O und K₂O.
Die in den Formmassen verwendeten organischen Silane fungieren
als Kupplungsmittel für das Polymere und die Füllstoffe
und verbessern auch die Wasserbeständigkeit und verringern
den linearen Ausdehnungskoeffizienten. Ein besonders bevorzugtes
Silan ist 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan.
Als Färbemittel werden anorganische oder organische Materialien
verwendet, die bei den hohen angewandten Gießtemperaturen
beständig sind. Die Temperatur liegt bevorzugt im Bereich
von etwa 300 bis 600°C. Geeignete
Färbemittel sind z. B. Ruß, Titandioxid, Cadmiumsulfid, Cadmiumsulfoselenid,
Phthalocyaninblau oder Phthalocyaningrün
und Eisenoxid.
Die erfindungsgemäßen Formmassen können z. B. durch Extrudieren
oder Spritzgießen verarbeitet werden und bei der
Herstellung von Folien, und bei der Umhüllung von elektronischen
Bauteilen, wie z. B. Halbleiterbauteilen, verwendet
werden.
Der Schmelzfluß der Formmassen beträgt vorzugsweise etwa
5 bis etwa 800 g/10 min, bestimmt nach dem ASTM-Verfahren
D1238-74 (316°C und 5 kg Gewicht). Die Formmassen mit höherem
Schmelzfluß, z. B. 400 bis 800 g/10 min werden bevorzugt
spritzgegossen. Die Formmassen mit niedrigerem Schmelzfluß
werden vorteilhaft extrudiert.
Die Formmassen können z. B. dadurch hergestellt werden, daß
man zunächst die Komponenten in einem Trommelmischer oder
einem Intensivmischer, z. B. einem Henschelmischer, vermischt,
und dann die entstehende Mischung z. B. mit Hilfe
eines Extruders bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt
des Polymeren unter Bildung einer gleichförmigen Mischung
compoundiert.
Die nach üblicher Konfektionierung, z. B. Pelletierung erhaltene
fertige Masse kann extrudiert oder spritzgegossen
werden.
Eine Reihe von Versuchen wurde durchgeführt, indem jeweils
ein Brabender-Plastigraph mit 70 g einer Masse gefüllt wurde,
die aus teilchenförmigem PPS, welches nach
US-A 33 54 129 hergestellt und an der Luft auf einen
Schmelzfluß von 120±20 g/10 min gehärtet wurde, Triallyl
cyanurat (TAC), und, falls verwendet, 2,5-Dimethyl-2,5-
bis(t-butyl-peroxy)hexin-3 (DBPH), bestand. Jede Formmasse
wurde bei 300°C unter einer Stickstoffatmosphäre mit einer
Rotorgeschwindigkeit von 70 min-1 etwa 20 bis 25 Minuten
gemischt, um Veränderungen im Drehmoment als Funktion der
Zeit festzustellen. Die eingesetzte Menge an TAC und/oder
DBPH betrug 0,25 bis 1,0 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile
des Polymeren.
Die Drehmomentmessungen zeigten, daß die Anwesenheit von
TAC zu einer verringerten Schmelzviskosität, gemessen durch
das Drehmoment in gm, führt. Es wurde beobachtet, daß die
Verringerung der Schmelzviskosität umgekehrt proportional
zum Gehalt an TAC ist. Die Anwesenheit von DBPH hatte keinen
signifikanten Einfluß auf die Schmelzviskosität. Die
Schmelzviskositäts-Ergebnisse im Brabender-Plastigraph sind
in Tabelle 1 dargestellt.
Die Schmelzflußergebnisse zeigen ebenfalls, daß TAC allein oder
in Kombination mit DBPH eine Verringerung der Schmelzviskosität
(Erhöhung des Schmelzflusses) relativ zu einem
Kontrollversuch in Abwesenheit jeglichen Additivs verursacht.
Die Zugabe von DBPH allein führte zu praktisch keiner
Änderung im Vergleich zum Kontrollversuch. Die Schmelzflußergebnisse
sind in Tabelle 2 dargestellt.
Eine Reihe von Proben wurde durch Extrusions-Compoundierung
von 60 Gew.-% der PPS-Charge aus Beispiel 1 mit 40 Gew.-%
Glasfasern und, gegebenenfalls, TAC bei einer Vorratstemperatur
von 293°C hergestellt. Das heiße Extrudat
wurde in üblicher Weise pelletiert. Die abgekühlten Pellets
wurden anschließend für das Spritzgießen von Versuchsproben
zur Bestimmung der physikalischen Eigenschaften und der
Fließeigenschaften unter Verwendung einer Spiralfließform
verwendet. Folgende Testverfahren wurden verwendet:
Zerreißfestigkeit und Dehnung: | ||
ASTM D638, | ||
Kreuzkopfgeschwindigkeit 0,51 cm/min. @ | Biegemodul: | ASTM D790, |
Biegefestigkeit: | ASTM D790, | |
Izod-Schlagzähigkeit: | ASTM D256, |
Die Testansätze für die Bestimmung der physikalischen Eigenschaften
wurden bei einer Vorratstemperatur von 316°C
und einer Formtemperatur von 38°C durchgeführt.
Die Ansätze für den Spiralflußversuch wurden bei
einer Vorratstemperatur von 324°C, einer Formtemperatur
von 93°C, maximaler Einspritzgeschwindigkeit
und dem angegebenen Spritzdruck hergestellt.
Kontrollmasse A bestand aus 60 Gewichtsteilen PPS und
40 Gewichtsteilen Glasfasern.
Die erfindungsgemäße Formmasse B bestand aus 60,0 Gewichtsteilen
PPS, 40,0 Gewichtsteilen Glasfasern und 0,2 Gewichtsteilen
TAC (0,33 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile
Polymer).
Die erfindungsgemäße Formmasse C bestand aus 60,0 Gewichtsteilen
PPS, 40,0 Gewichtsteilen Glasfasern und 0,5 Gewichtsteilen
TAC (0,85 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile
Polymer).
Die erfindungsgemäße Formmasse D bestand aus 60,0 Gewichtsteilen
PPS, 40,0 Gewichtsteilen Glasfasern und 1,0 Gewichtsteilen
TAC (1,7 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile
Polymer).
Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.
Tabelle 3 zeigt, daß, mit steigendem TAC-Gehalt von 0 in
Kontrollmaterial A bis 1,0 Gewichtsteilen in erfindungsgemäßem
Material D das mittlere Gewicht der Spiralflußprobe
von 13,0 g (60,3 cm) auf 18,5 g (85,4 cm) anstieg. Überraschenderweise
nahmen die Zugfestigkeit, Dehnung und
Schlagzähigkeit mit und ohne Einkerbung relativ zur Kontrolle
allgemein zu. Die Werte für den Biegemodul zeigten
keinen nennenswerten Unterschied gegenüber dem Kontrollversuch
und die Werte für die Festigkeit waren etwa die gleichen
oder etwas höher als beim Kontrollversuch, abhängig vom TAC-
Gehalt.
Eine weitere Reihe von Proben wurde, wie zuvor beschrieben,
aus der gleichen PPS-Glasfaser-Masse wie in Beispiel 2,
aber unter Verwendung eines größeren TAC-Anteils hergestellt.
Kontrollmasse A¹ enthielt 60,0 Gewichtsteile PPS und
40,0 Gewichtsteile Glasfasern.
Die erfindungsgemäße Formmasse E enthielt 60,0 Gewichtsteile
PPS, 40,0 Gewichtsteile Glasfasern und 3,0 Gewichtsteile
TAC (5 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Polymer).
Die erfindungsgemäße Formmasse F enthielt 60,0 Gewichtsteile
PPS, 40,0 Gewichtsteile Glasfasern und 5,0 Gewichtsteile
TAC (8,3 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Polymer).
Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 angegeben.
Die Ergebnisse in Tabelle 4 zeigen allgemein die gleichen
Trends wie in Tabelle 2. Das heißt, die Zugabe von 3 und
5 Gewichtsteilen TAC auf 100 Gewichtsteile Grundmasse führte
zu einer Erhöhung der Zugfestigkeit, der Dehnung, der
Biegefestigkeit, der Schlagzähigkeit (eingekerbt,)
und des Spiralflusses relativ zur Kontrollmasse A¹. Es ist
jedoch eine Verringerung der Izod-Schlagzähigkeit (nicht
eingekerbt) relativ zu Kontroll-Masse A¹ festzustellen.
Die Kontrollmassen A und A¹ haben identische
Zusammensetzung und wurden auf die gleiche Weise compoundiert.
Die geringfügig unterschiedlichen Testergebnisse
sind erwartungsgemäß und verdeutlichen, daß nur zur gleichen
Zeit hergestellte Massen direkt verglichen werden sollten.
Der Spritzdruck wurde mit steigendem TAC-Gehalt verringert,
um sicherzustellen, daß die Kapazität der Spiralfluß-Form
angesichts des zu erwartenden Anstiegs des Schmelzflusses
nicht überschritten wurde.
Massen, die mit mineralischen Füllstoffen gefülltes PPS
enthielten, wurden compoundiert und dann wie zuvor beschrieben
untersucht. Serie 1 wurde unter Verwendung eines gemäß
US-A 33 54 129 hergestellten ungehärteten PPS-Pulvers mit
einem nominalen Schmelzfluß im Bereich von 3000 bis 8000 g/10 min
hergestellt. Serie 2 wurde unter Verwendung von
PPS des gleichen Typs wie in Serie 1, welches aber an der
Luft zu einem nominalen Schmelzfluß im Bereich von
850±100 g/10 min gehärtet worden war, hergestellt. Beide
Reihen von Massen enthielten die gleichen Mengen an mineralischem
Füllstoff, Glasfasern, TAC (falls verwendet),
Pigment, Verarbeitungshilfsmittel und organischem Silan.
Die Bestandteile sind in Tabelle 5 angegeben.
Testproben jeder der in Tabelle 5 enthaltenen Massen
die wie zuvor beschrieben geformt worden waren, wurden wie
vorstehend beschrieben untersucht. Die Ergebnisse sind in
Tabelle 6 angegeben.
Die Daten in Tabelle 6 zeigen, daß etwa 1 Gewichtsteil TAC
auf 100 Gewichtsteile PPS mit hohem Gehalt an mineralischen
Füllstoffen eine Verbesserung der Zugfestigkeit, Dehnung,
Biegefestigkeit, Izod-Schlagzähigkeit und des Spiralflusses,
relativ zu den Kontrollmassen, bewirken kann. Die Ergebnisse,
basierend auf den vorhergehenden Beispielen, lassen
vermuten, daß mehr TAC diese Eigenschaften noch weiter
verbessern wird.
Claims (11)
1. Formmassen, bestehend aus
- a) mindestens einem Arylensulfid-Polymeren,
- b) 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse mindestens eines Cyanurats und/oder Isocyanurats mit einer der Formeln I oder II worin R¹, R² und R³ gleiche oder unterschiedliche Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen aus der Gruppe der Alkyl-, Aryl-, Alkaryl-, Allyl- und kohlenwasserstoffsubstituierten Allylreste des Typs -CH₂CR⁴=CR⁵R⁶ sind, wobei R⁴ eine Methylgruppe oder ein Wasserstoffatom ist, und R⁵ und R⁶ gleich oder unterschiedlich sind und ein Wasserstoffatom, eine Alkyl-, Aryl- oder Alkarylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen darstellen, und R⁷, R⁸ und R⁹ gleiche oder verschiedene Kohlenwasserstoffreste, wie zuvor definiert, darstellen und gegebenenfalls
- c) üblichen Zusatzstoffen und Hilfsmitteln.
2. Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis zu 75 Gew.-%
eines Füllstoffes, bezogen auf die Gesamtmasse, enthält.
3. Formmasse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des
Füllstoffes 30 bis 60 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse, beträgt.
4. Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Füllstoff Glas, Talkum, Siliciumdioxid, Eisenoxid, Ruß, Ton oder
eine Mischung davon ist.
5. Formmasse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff
Glas ist.
6. Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Polymer Poly(p-phenylensulfid) ist.
7. Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Cyanurat Triallyl-Cyanurat ist.
8. Formmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Gehalte, jeweils in Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse:
30 bis 70 Gew.-% Füllstoff,
0,1 bis 10 Gew.-% mindestens eines Cyanurates und/oder Isocyanurates,
und als Rest Poly(p-phenylensulfid).
30 bis 70 Gew.-% Füllstoff,
0,1 bis 10 Gew.-% mindestens eines Cyanurates und/oder Isocyanurates,
und als Rest Poly(p-phenylensulfid).
9. Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch
folgende Gehalte in Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse:
30 bis 60 Gew.-% Poly(p-phenylensulfid),
10 bis 30 Gew.-% Glasfasern,
30 bis 60 Gew.-% mineralischer Füllstoff, und
0,1 bis 10 Gew.-% Cyanurat und/oder Isocyanurat.
30 bis 60 Gew.-% Poly(p-phenylensulfid),
10 bis 30 Gew.-% Glasfasern,
30 bis 60 Gew.-% mineralischer Füllstoff, und
0,1 bis 10 Gew.-% Cyanurat und/oder Isocyanurat.
10. Formmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich 2,5-Dimethyl-2,5-bis(t-butyl-peroxy)hexin-3
(DBPH) enthalten ist.
11. Verwendung der Formmassen nach einem der Ansprüche 1 bis 10 für die
Herstellung von Formteilen.
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