DE3752023T2 - Verfahren zur Verminderung elektrostatischer Ladungen auf transparenten synthetischen makromolekularen Materialien ausgewählt aus Polymethyl Methacrylat oder Polycarbonat - Google Patents
Verfahren zur Verminderung elektrostatischer Ladungen auf transparenten synthetischen makromolekularen Materialien ausgewählt aus Polymethyl Methacrylat oder PolycarbonatInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermindern des Aufbaus elektrostatischer Ladungen auf transparenten, synthetischen makromolekularen Materialien, ausgewählt aus Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat.
- Synthetische makromolekulare Materialien sind in der Regel hydrophob. Als Folge neigen sie dazu, elektrostatisch aufgeladen zu werden, wobei diese Eigenschaft nicht nur in der Erzeugung derartiger Materialien ein schwerwiegendes Hindernis ist, sondern auch bei der Anwendung der Erzeugnisse.
- Bei Versuchen zur Verminderung der elektrostatischen Aufladungen auf synthetischen makromolekularen Materialien wurden in der Vergangenheit elektrisch leitfähige Mittel, wie beispielsweise Kohlenstoff- und Metallpartikel oder Tenside verwendet, indem die Komponenten miteinander vermischt oder das Polymer mit einem geeigneten Mittel beschichtet wurden. Diese Methoden sind jedoch aus vielen Gründen allgemein nicht durchführbar, wie beispielsweise aufgrund zu verwendenden großen Menge eines solchen Mittels, aufgrund der Schwierigkeit des Zusetzens solcher Mittel zu den Materialien, aufgrund der Schwierigkeit beim Erhalten eines transparenten Erzeugnisses und aufgrund der hohen Kosten derartiger leitfähiger Mittel. So können derartige elektrisch leitfähige Mittel lediglich in eingeschränkten Situationen verwendet werden.
- Es gibt jedoch zahlreiche Antistatika mit Tensiden als ihre Hauptkomponente, so daß geeignete Antistatika der Situation angemessen gewählt werden können.
- Es wurden viele von der Art in Betracht gezogen und ausprobiert, die durch Compoundieren eingearbeitet werden müssen. Aniontenside sind bei Verwendung auf diese Weise schwer zu handhaben, da sie eine verminderte Kompatibilität aufweisen und nicht gleichförmig dispergiert werden oder auch zum Zersetzen oder zum Entmischen neigen, wenn sie erhitzt werden. Kationtenside, die in ihren Molekülen quaternären Stickstoff enthalten, sowie Amphotenside können lediglich in einem engen Bereich von Situationen verwendet werden, da sie trotz ihrer guten antistatischen Merkmale eine äußerst geringe thermische Stabilität aufweisen. Nichtionische Tenside sind den ionischen Tensiden in bezug auf Kompatibilität mit synthetischen makromolekularen Materialien relativ überlegen, verfügen in der Regel jedoch über schwache antistatische Merkmale mit Wirkungen, die bei hohen oder selbst bei normalen Temperaturen mit der Zeit verschwinden.
- Obgleich Metailsalze organischer Sulfonsäuren als durch Einarbeiten (d.h. Compoundieren) Antistatika für Polycarbonat- und Polyesterharze veröffentlicht wurden, die bei hohen Temperaturen (DE-P-3004017) verpreßt wurden, sind sie mit den Harzen nicht ausreichend kompatibel und besitzen eine unzureichende thermische Stabilität.
- Es gab auch eine Veröffentlichung über die Verwendung von Phosphonium-Salzen organischer Sulfonsäuren mit einem Halogen-Substituenten als ein flammenhemmendes Zusatzmittel (US-P-4093589) sowie eine weitere Veröffentlichung über die Verwendung von Phosphonium-Salzen mit einem leitfähigen Polymer als eine antistatische Zusammensetzung (US-P-4005057). Von dem ersteren ist jedoch nicht zu erwarten, daß es als ein Antistatikum wirkt, während von dem letzteren nicht zu erwarten ist, daß es eine transparente, antistatische, thermoplastische Harzzusammensetzung gewährt.
- Die vorliegende Erfindung gewährt ein neuartiges Verfahren zur Verminderung elektrostatischer Aufladungen, nach welchem Verfahren die vorgenannten Probleme der konventionellen Verfahren vermindert oder eliminiert werden können.
- Die Erfinder haben entdeckt, daß die Anwendung von Phosphoniumsulfonaten eines speziellen Typs eine erstrebenswerte Möglichkeit der Verminderung elektrostatischer Aufladungen auf transparenten, synthetischen makromolekularen Materialien ist, ausgewählt aus Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat, ohne eine Trübung oder Verfärbung hervorzurufen.
- Die vorliegende Erfindung gewährt ein Verfahren zum Vermindern des Aufbaus elektrostatischer Aufladung, ohne eine Trübung oder Verfärbung auf transparenten, synthetischen makromolekularen Materialien hervorzurufen, ausgewählt aus Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat, in welchem Verfahren ein Antistatikum, umfassend ein Phosphoniumsulfonat als solches oder ein Phosphoniumsulfonat durch Compoundieren während deren Herstellung oder Verarbeitung in das Ausgangsgranulat des Materials inkorporiert werden, wobei das Phosphoniumsulfonat durch die allgemeine Formel (I) dargestellt wird:
- worin sind: A eine Alkyl-Gruppe mit 8 Kohlenstoffatomen, R¹ bis R³ jeweils C&sub4;H&sub9; und R&sup4; eine Benzyl-Gruppe; A eine Alkyl-Gruppe mit 14 Kohlenstoffatomen und R¹ bis R&sup4; jeweils C&sub4;H&sub9;; A eine Phenyl-Gruppe, die durch eine Alkyl-Gruppe mit 9 Kohlenstoffatomen substituiert ist, und R¹ bis R&sup4; alle C&sub4;H&sub9; oder R¹ bis R³ Phenyl-Gruppen und R&sup4; Methyl; A eine Phenyl-Gruppe, die durch eine Alkyl-Gruppe mit 12 Kohlenstoffatomen substituiert ist, und R¹ bis R&sup4; alle C&sub4;H&sub9;; oder A eine Phenyl-Gruppe, die durch eine Alkyl-Gruppe mit 13 Kohlenstoffatomen substituiert ist, und R¹ bis R&sup4; alle C&sub2;H&sub5;.
- Das Phosphoniumsulfonat nach Formel (I) besteht aus einem organischen Sulfonat-Anion und einem organischen Phosphonium-Kation. Das Phosphoniumsulfonat der vorliegenden Erfindung kann hergestellt werden, indem das Metallsalz des entsprechenden organischen Sulfonats und das quaternäre Phosphonium-Salz in einem Lösemittel gemischt und das anorganische Salz als Nebenprodukt mit Wasser ausgewaschen oder das Produkt mit einem organischen Lösemittel, wie beispielsweise Methanol, Isopropanol oder Aceton, extrahiert wird. Beispielsweise kann Tetrabutylphosphoniumdodecylbenzolsulfonat mit einer Ausbeute von etwa 90% hergestellt werden, indem 34,8 g Natriumdodecylbenzolsulfonat, 33,9 g Tetrabutylphosphoniumbromid und 200 ml Wasser in einen Kolben gegeben werden, die Mischung für eine Stunde bei 80ºC gerührt wird, das Phosphoniumsulfonat, das sich als eine ölige Schicht separiert, durch Waschen mit 50 ml warmen Wassers und Wasserentziehen mit Hilfe eines Verdampfers abgetrennt wird.
- Um von ihren antistatischen Merkmalen und der thermischen Stabilität solcher antistatischer Merkmale Gebrauch zu machen, lassen sich Antistatika mit Phosphoniumsulfonat entsprechend der Formel (I) als Hauptbestandteil mit transparenten, synthetischen makromolekularen Materialien, ausgewählt aus Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat, in zwei verschiedenen Vorgehensweisen verwenden. Eines der Verfahren ist der Zusatz des Antistatikums durch Einarbeiten in, d.h. durch Compoundieren mit, einem solchen synthetischen makromolekularen Material. Eine übliche Vorgehensweise zur Ausführung dieses Verfahrens ist das direkte Zusetzen des Mittels und sein Einmischen zum Zeitpunkt der Herstellung oder Verarbeitung des Polymers. Ein anderes Verfahren umfaßt die vorhergehende Zubereitung von Ausgangsgranulat, welches das Mittel in einer hohen Konzentration enthält. Diese üblichen Verfahren lassen sich in der vorliegenden Erfindung gleichermaßen gut zur Anwendung bringen. So kann ein antistatisches Mittel im Fall von Polymethylmethacrylat und Polycarbonat entweder direkt zugesetzt und zusammen gemischt werden oder in Form von Ausgangsgranulat zum Zeitpunkt der Verarbeitung. Es kann auch zum Zeitpunkt des Formgießens des Polymethylmethacrylats zugesetzt werden. Um bei einer solchen Methode der Anwendung durch Einarbeiten ein günstiges Ergebnis zu erzielen, wird das erfindungsgemäße Mittel vorzugsweise in einem Anteil von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent in bezug auf das thermoplastische Harzmaterial und mehr bevorzugt in einem Anteil von 0,3 bis 5 Gewichtsprozent zugesetzt. Antistatika der vorliegenden Erfindung zeigen in bezug auf Wärme eine bessere Beständigkeit als konventionelle ionische Tenside, wie beispielsweise Aniontenside, Kationtenside und Amphotenside, oder als nichtionische Tenside. Da Phosphonium mit einer Kohlenwasserstoff-Gruppe, die keine anderen Substituenten aufweist, hinsichtlich der thermischen Stabilität überlegen ist, ist es besonders verwendbar bei synthetischen, makromolekularen Materialien, wie beispielsweise Polycarbonat, bei denen hohe Verarbeitungstemperaturen erforderlich sind.
- Eine antistatische Verbindung der Formel (I) hat den Vorteil, daß es keine Probleme der Trübung und Verfärbung gibt, wie sie bei den vorgenannten transparenten, synthetischen, makromolekularen Materialien bestehen könnten.
- Nachfolgend werden Beispiele der vorliegenden Erfindung gegeben, in denen die vorliegende Erfindung eingehender erklärt wird. Der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung entsprechend den beigefügten Patentansprüchen soll durch diese Beispiele nicht eingeschränkt werden.
- Um die vorgegebenen Mengen der in Tabelle 1A beschriebenen erfindungsgemäßen Antistatika mit Polymethylmethacrylat und Polycarbonat zu mischen, wurde eine Brabender-Mühle (hergestellt von der Toyo Seiki, Inc.) verwendet. Diese Harzzusammensetzungen wurden zum Formpressen von Platten einer Dicke von 2 mm unter Verwendung einer beheizten Presse (hergestellt von der Toyo Seiki, Inc.) verwendet. Nachdem jeder Plattenrohling visuell inspiziert und mit einem Vergleichs-Formteil verglichen wurde, ließ man ihn eine Nacht bei konstanter Temperatur und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 65% bei 10ºC stehen und führte unter Verwendung eines Super-Megohmmeters (Modell SM-5E, hergestellt von der Toa Denpa Kogyo, Inc.) unter den gleichen Außenbedingungen danach eine Messung seines Oberflächenwiderstandes aus.
- Die Ergebnisse sind in Tabelle 1A dargestellt, worin *1 den Logarithmus des Widerstandes angibt, *2 gibt die Mischung mit einer mittleren Kettenlänge von C&sub2;&sub2;H&sub4;&sub5; an, ∅ einen Benzol-Ring, PMMA ist Polymethylmethacrylat, PC ist Polycarbonat, "gut" bedeutet keine Verfärbung und keine Trübung, und das Mischen von PMMA wurde unter der Bedingung 130ºC x 5 Minuten, und von PC mit 260ºC x 5 Minuten ausgeführt, während R¹ bis R&sup4; wie vorstehend im Zusammenhang mit Formel (I) erklärt waren. TABELLE 1A (Testbeispiele)
- Es wurden die in Tabelle 2 angegebenen konventionellen Antistatika für ähnliche Tests entsprechend der vorstehenden Beschreibung verwendet. Die Ergebnisse der Vergleiche und Messungen sind in Tabelle 2 zusammengestellt. TABELLE 2 (Vergleichbeispiele)
- Die Tabellen zeigen eindeutig, daß die vorliegende Erfindung nicht nur eine Beständigkeit gegenüber Wärme und Feuchtigkeit gewährt, sondern auch die antistatischen Merkmale verbessert und ein gutes Aussehen ermöglicht.
Claims (3)
1. Verfahren zum Vermindern des Aufbaus elektrostatischer Aufladung,
ohne eine Trübung oder Verfärbung auf transparenten, synthetischen
makromolekularen Materialien hervorzurufen, ausgewählt aus
Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat, in welchem Verfahren ein
Antistatikum, umfassend ein Phosphoniumsulfonat als solches oder ein
Phosphoniumsulfonat durch Compoundieren während deren Herstellung oder
Erzeugung in das Ausgangsgranulat des Materials inkorporiert werden, wobei
das Phosphoniumsulfonat durch die allgemeine Formel (I) dargestellt wird:
worin sind: A eine Alkyl-Gruppe mit 8 Kohlenstoffatomen, R¹ - R³ jeweils
C&sub4;H&sub9; und R&sup4; eine Benzyl-Gruppe; oder A eine Alkyl-Gruppe mit 14
Kohlenstoff-atomen, R¹ - R&sup4; jeweils C&sub4;H&sub9;; oder A eine Phenyl-Gruppe, die
durch eine Alkyl-Gruppe mit 9 Kohlenstoffatomen substituiert ist, und R¹ -
R&sup4; alle C&sub4;H&sub9; oder R¹ - R³ Phenyl-Gruppen und R&sup4; Methyl; oder A eine
Phenyl-Gruppe, die durch eine Alkyl-Gruppe mit 12 Kohlenstoffatomen
substituiert ist, und R¹ - R&sup4; alle C&sub4;H&sub9;; oder A eine Phenyl-Gruppe, die
durch eine Alkyl-Gruppe mit 13 Kohlenstoffatomen substituiert ist, und
R¹ - R&sup4; alle C&sub2;H&sub5;.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem 0,1 bis 10 Gewichtsprozent des
Antistatikums bezogen auf das synthetische makromolekulare Material
inkorporiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem 0,3 bis 5 Gewichtsprozent des
Anstistatikums bezogen auf das synthetische makromolekulare Material
inkorporiert werden.
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