DE60005323T2

DE60005323T2 - Polycarbonatzusammensetzung nützlich für optische speicher

Info

Publication number: DE60005323T2
Application number: DE60005323T
Authority: DE
Inventors: A. Michael Box 177 Slovan GERACE; Sivaram Krishnan; B. James JOHNSON; M. Jeffrey TENNANT
Original assignee: Bayer AG; Bayer Corp
Current assignee: Bayer AG; Bayer Corp
Priority date: 1999-03-17
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2020-03-15
Also published as: AU3742700A; HK1045538B; BR0009019A; EP1169383A1; KR20010112336A; ES2207493T3; CN1147526C; WO2000055248A1; ATE250101T1; EP1169383B1; CA2365508A1; CN1343231A; ID30350A; HK1045538A1; DE60005323D1; US6069225A

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf thermoplastische Polycarbonat-Formmassen und insbesondere auf Formmassen, die einen Stabilisator und einen Ester enthalten, wobei die Zusammensetzungen für optische Speicheranwendungen geeignet sind.
Kurzbeschreibung der Offenbarung
Eine thermoplastische Polycarbonat-Zusammensetzung, die zur Herstellung optischer Speichervorrichtungen z. B. Bildplatten geeignet ist, wird offenbart. Die Zusammensetzung, die eine stabilisierende Menge eines partiellen Fettsäureesters und als Stabilisator eine Verbindung enthält, deren Struktur wenigstens eine Benzofuran-2-on-Gruppe pro Molekül enthält, ist durch eine verbesserte Vergilbungsbeständigkeit, eine reduzierte Trübung und hohe Gesamtlichtdurchlässigkeitswerte gekennzeichnet.
Technischer Hintergrund
Polycarbonatharze sind wohlbekannte technische Kunststoffe und werden seit langem in einer großen Vielfalt von Anwendungen verwendet. In den letzten Jahren werden diese Harze erfolgreich als Substrate für Informationsspeicher- und -aufzeichnungsanwendungen verwendet, insbesondere bei Video- und Audiospeicherplatten. Andere Anwendungen schließen ophthalmische Linsen und dergleichen ein.
Große Anstrengungen wurden unternommen, um dem Polycarbonat-Substrat, das bei Datenspeicher-Anwendungen, z.B. Kompaktplatten, verwendet wird, Wasserklarheit zu verleihen. Es wurde beobachtet, dass einige Formentrennmittel, die ihre Aufgabe in jeder Hinsicht in ausgezeichneter Weise erfüllen, oft dem geformten Polycarbonatartikel eine unerwünschte Vergilbung verleihen. Die Herstellung einer Formmasse, die zur Herstellung von Bildplatten geeignet ist, die die Anforderungen an die Klarheit und Farbe erfüllen, ist seit langem eine Aufgabe des Fachmanns.
Es ist festzustellen, dass die relevante Technik das US Patent 4,670,479 einschließt, das eine Polycarbonat-Zusammensetzung offenbare, die organisches Phosphin und einen Teilester einer einbasigen Fettsäure enthält. Die offenbarte Zusammensetzung soll bei derzeit relevanten Anwendungen geeignet sein.
Die US Patente 4,325,863 und 4,338,244 offenbarten eine Benzofuranon-Verbindung, die als Stabilisator für organsche Materialien brauchbar ist. Die organischen polymeren Materialien, die durch diese Verbindung stabilisiert werden, sollen Polycarbonate einschließen. Ebenfalls relevant sind die US Patente 5,175,312 und 5,607,624, die 3-Phenylbenzofuran-2-one bzw. 3-Arylbenzofuranone offenbaren, die als Stabilisierungsmittel für organische Materialien gegenüber einem oxidativen Abbau, einem thermischen Abbau oder einem Abbau durch Licht geeignet sein sollen.
Die vorliegende Erfindung beruht auf den Ergebnissen, dass eine Polycarbonat-Zusammnensetzung, die den angegebenen Ester und eine stabilisierende Verbindung enthält, die wenigstens eine Benzofuran-2-on-Gruppe in ihrer Molekülstruktur aufweist, für die Herstellung von optischen Speichervorrichtungen mit attraktiven optischen Eigenschaften besonders geeignet ist.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die thermoplastische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst:

(i) ein thermoplastisches Polycarbonatharz,
(ii) etwa 0,01 bis 1,0%, vorzugsweise etwa 0,01 bis 0,5% eines partiellen Fettsäureesters, und
(iii) etwa 0,01 bis 0,5%, vorzugsweise etwa 0,01 bis 0,2% einer Verbindung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ihre Molekülstruktur wenigstens eine Benzofuran-2-on-Gruppe pro Molekül enthält, wobei die Prozente sich auf das Gesamtgewicht von (i), (ii) und (iii) beziehen.

Geeignete Polycarbonatharze zur Herstellung des Copolymers der vorliegenden Erfindung sind Homopolycarbonate und Copolycarbonate und deren Mischungen.
Die Polycarbonate haben im Allgemeinen ein Massenmittel der Mohnasse von 10 000 bis 200 000, vorzugsweise von 15 000 bis 22 000, und ihr Schmelzindex gemäß ASTM D-1238 bei 300°C ist etwa 1 g/10 min bis etwa 95 g/10 min, vorzugsweise etwa 60 g/10 min bis etwa 90 g/10 min. Sie können z. B. durch das bekannte zweiphasige Grenzflächenverfahren aus einem Kohlensäure-Derivat. wie Phosgen und Dihydroxy-Verbindungen durch Polykondensation hergestellt werden (siehe die Deutschen Offenlegungsschriften 2,063,050; 2,063,052; 1,570,703; 2,211,956; 2,211,957 und 2,248,817; das Französische Patent 1,561,518 und die Monographie von H. Schnell "Chemistry and Physics of Polycarbonates", Interscience Publishers, New York, New York 1964, auf die alle hierin Bezug genommen wird).
Im vorliegenden Zusammenhang entsprechen Dihydroxy-Verbindungen, die zur Herstellung der Polycarbonate der Erfindung geeignet sind; den Strukturformeln (1) oder (2):
in denen
A eine Alkylengruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, eine Alkylidengruppe mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen, eine Cycloalkylengruppe mit 5 bis 15 Kohlenstoffatomen, eine Cycloalkylidengruppe mit 5 bis 15 Kohlenstoffatomen, eine Carbonylgruppe, ein Sauerstoffatom, ein Schwefelatom, -SO- oder -SO₂ oder einen Rest gemäß
bezeichnet,
e und g jeweils die Zahl 0 bis 1 bezeichnen;
Z F, Cl, Br oder C₁-C₄-Alkyl bezeichnet, und wenn mehrere Z-Reste Substituenten in einem Arylrest sind, dann können sie einander gleich oder voneinander verschieden sein,
d eine ganze Zahl von 0 bis 4 bezeichnet, und
f eine ganze Zahl von 0 bis 3 bezeichnet.
Unter den zur praktischen Durchführung der Erfindung brauchbaren Dihydroxy-Verbindungen befinden sich Hydrochinon, Resorcin, Bis(hydroxyphenyl)alkane, Bis(hydroxyphenyl)ether, Bis(hydroxyphenyl)ketone, Bis(hydroxyphenyl)sulfoxide, Bis(hydroxyphenyl)sulfide, Bis(hydroxyphenylsulfone, Dihydroxydiphenylcycloalkane und α,α-Bis(hydroxyphenyl)diisopropylbenzole sowie deren kernalkylierte Verbindungen. Diese und weitere geeignete aromatische Dihydroxy-Verbindungen werden z. B. in den US Patenten 5,227,459; 5,105,004; 5,126,428; 5,109,076; 5,104,723; 5,086,157; 3,028,356; 2,999,835; 3,148,172; 2,991,273; 3,271,367 und 2,999,846 beschrieben, auf die alle hierin Bezug genommen wird.
Weitere Beispiele geeigneter Bisphenole sind 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan (Bisphenol A), 2,4-Bis(4-hydroxyphenyl)-2-methylbutan, 1,1-Bis(4-hydroxyphenyl)cyclohexan, α,α'-Bis(4-hydroxyphenyl)-p-diisopropylbenzol, 2,2-Bis(3-methyl-4-hydroxyphenylypropan, 2,2-Bis(3-chlor-4-hydroxyphenyl)propan, Bis(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)methan, 2,2-Bis(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)propan, Bis(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)sulfid, Bis(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)sulfoxid, Bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)sulfon, Dihydroxybenzophenon, 2,4-Bis(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)cyclohexan, α,α'-Bis(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-p-diisopropylbenzol, 2,2,4-Trimethylcyclohexyl-1,1-diphenol und 4,4'-Sulfonyldiphenol.
Beispiele besonders bevorzugter aromatischer Bisphenole sind 2,2-Bis(4-hydroxyphenylypropan, 2,2-Bis(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)propan, 1,1-Bis(4-hydroxyphenyl)cyclohexan und 1,1-Bis(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethyl cyclohexan.
Das am meisten bevorzugte Bisphenol ist 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan (Bisphenol A).
Die Polycarbonate der Erfindung können in ihrer Struktur Einheiten umfassen, die sich von einem oder mehreren der geeigneten Bisphenole ableiten.
Unter den Harzen, die zur praktischen Durchführung der Erfindung geeignet sind, befinden sich Polycarbonat, Copolycarbonate und Terpolycarbonate auf Phenolphthalein-Basis, wie solche, die in den US Patenten 3,036,036 und 4,210,741 beschrieben werden, auf die beide hierin Bezug genommen wird.
Die Polycarbonate der Erfindung können auch verzweigt werden, indem man darin kleine Mengen, z. B. 0,05 Mol-% bis 2,0 Mol-% (bezogen auf die Bisphenole), Polyhydroxyl-Verbindungen kondensiert.
Polycarbonate dieses Typs werden z. B. in den Deutschen Offenlegungsschriften 1,570,533; 2,116,974 und 2,113,374; den Britischen Patenten 885,442 und 1,079,821 und im US Patent 3,544,514 beschrieben. Im folgenden sind einige Beispiele von Polyhydroxyl-Verbindungen aufgeführt, die für diesen Zweck verwendet werden können: Phloroglucin; 4,6-Dimethyl-2,4,6-tri-(4-hydroxyphenyl)heptan; 1,3,5-Tri(4-hydroxyphenyl)benzol; 1,1,1-Tri(4-hydroxyphenyl)ethan; Tri(4-hydroxyphenyl)phenylmethan; 2,2-Bis-[4,4-(4,4'-dihydroxydiphenyl)]cyclohexylpropan; 2,4-Bis(4-hydroxy-1-isopropylidin)phenol; 2,6-Bis(2'-dihydroxy-5'-methylbenzyl)-4-methylphenol; 2,4-Dihydroxybenzoesäure; 2-(4-Hydroxyphenyl)-2-(2,4-dihydroxyphenyl)propan und 1,4-Bis(4,4'-dihydroxytriphenylmethyl)benzol. Einige der anderen polyfunktionellen Verbindungen sind 2,4-Dihydroxybenzoesäure, Trimesinsäure, Cyanurchlorid und 3,3-Bis(4-hydroxyphenyl)-2-oxo-2,3-dihydroindol.
Zusätzlich zu dem oben erwähnten Polykondensatiousverfahren sind andere Verfahren zur Herstellung der Polycarbonate der Erfindung die Polykondensation in homogener Phase und die Umesterung. Die geeigneten Verfahren werden in den US Patenten 3,028,365; 2,999,846; 3,153,008 und 2,991,273 offenbart, auf die hierin Bezug genommen wird.
Das bevorzugte Verfahren zur Herstellung von Polycarbonaten ist das Grenzflächen-Polykondensationsverfahren.
Andere Syntheseverfahren zur Herstellung der Polycarbonate der Erfindung, wie sie im US Patent 3,912,688 offenbart werden, auf das hierin Bezug genommen wird, können verwendet werden.
Geeignete Polycarbonatharze sind im Handel erhältlich, z. B. Makrolon FCR, Makrolon 2600, Makrolon 2800 und Makrolon 3100, die alle Homopolycarbonat-Harze auf Bisphenol-Basis sind, welche sich bezüglich ihrer entsprechenden Mohnassen unterscheiden und dadurch gekennzeichnet sind, dass ihre Schmelzindizes (MFR) gemäß ASTM D-1238 etwa 16,5 bis 24, 13 bis 16, 7,5 bis 13,0 bzw. 3,5 bis 6,5 g/10 min betragen. Besonders geeignet sind Makrolon CD 2005 und Makrolon DP1-1265 mit MFR-Werten von 60 g/10 min bis 70 g/10 min bzw. von 70 g/10 min bis 90 g/10 min. Dies sind Produkte der Bayer Corporation of Pittsburgh, Penusylvania.
Ein Polycarbonatharz, das zur praktischen Durchführung der Erfindung geeignet ist, ist bekannt und seine Struktur und Verfahren zu seiner Herstellung wurden z. B. in den US Patenten 3,030,331; 3,169,121; 3,395,119; 3,729,447;4,255,556; 4,260,731; 4,369,303 und 4,714,746 offenbart, auf die alle hierin Bezug genommen wird.
Der partielle Fettsäureester, der im Zusammenhang mit der Erfindung brauchbar ist, ist ein Teilester einer einbasigen Fettsäure mit 10 bis 22 Kohlenstoffatomen mit einem mehrwertigen Alkohol mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen. Der Teilester kann durch Veresterung der einbasigen Fettsäure mit dem mehrwertigen Alkohol durch wohlbekannte Techniken hergestellt werden; geeignete Teilester sind auch im Handel leicht erhältlich. Beispiele von partiellen Fettsäureestern schließen solche ein, die aus wenigstens einer einbasigen Fettsäure mit 10 bis 22 Kohlenstoffatomen, wie Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Ölsäure und Fettsäuren von gehärteten Fischölen, und wengstens einem mehrwertigen Alkohol mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Ethylenglycol, Glycerin und Pentaerythrit besteht, hergestellt werden. Von den Teilestern werden solhe bevorzugt, die aus Glycerin und wengstens einer Fettsäure mit 18 bis 22 Kohlenstoffatomen, wie Stearinsäure, Ölsäure und Fettsäuren (z. B. C₁₈-C₂₂ von gehärteten Fischölen, gebildet werden. Glycerylmonostearat wird am meisten bevorzugt.
Der Stabilisator, der gemäß der Erfindung geeignet ist, ist eine Verbindung, deren Struktur wenigstens eine Benzofuran-2-on-Gruppe pro Molekül enthält. Die Verbindung entspricht strukturell
wobei in der Ausführungsform, in welcher e 1 ist, R₁ ein unsubstituiertes oder substituiertes carbocyclisches oder heterocyclisches aromatisches Ringsystem ist, und wobei in der Ausführungsform, in der n 2 ist, R₁ unsubstituiertes oder C₁-₄-Alkyl- oder Hydroxy-substituiertes Phenylen oder Naphthylen ist, und R₂, R₃, R₄ und R₅ unabhängig voneinander Wasserstoff, C_1-25-Alkylgruppen oder Phenyl sind.
Eine bevorzugte Verbindung wird durch 5,7-Di-tert-butyl-3-(3,4-dimethylphenyl)-3H-benzofuran-2-on dargestellt, die durch
veranschaulicht wird.
Eine ausführliche Beschreibung geeigneter Verbindungen und deren Herstellung kann in den US Patenten Nr. 4,325,863; 5,175,312 und 5,607,624 gefunden werden, auf die hierin Bezug genommen wird. Eine geeignete Verbindung ist im Handel von Ciba Geigy Specialty Chemicals Corporation als Irganox HP 136 erhältlich.
Der Ester wird in einer Menge von 0,01 bis 1,0 %, mehr bevorzugt von 0,01 bis 0,5% zu dem Polycarbonat gegeben, und der Stabilisator wird in einer Menge von 0,01 bis 0,5%, vorzugsweise von 0,01 bis 0,2%, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung, zugegeben.
Die stabilisierten Zusammensetzungen der Erfindung können andere herkömmliche Additive enthalten, die für ihre in der Technik anerkannten Funktionen bekannt sind. Diese schließen Farbstoffe, Flammverzögerungsmittel und Hydrolyse- und UV-Stabilisatoren, Weichmacher und Formentrennittel ein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zusammensetzung zur Herstellung hochtransparenter optischer Speichervorrichtungen geeignet.
Die Herstellung der stabilisierten Zusammensetzungen der Erfindung erfolgt auf konventionelle Weise. Die Erfindung wird weiterhin durch die folgenden Beispiele erläutert – sie soll aber nicht auf dieselben beschränkt sein -, in denen alle Teile und Prozente auf das Gewicht bezogen sind, falls nichts Anderweitiges angegeben wird.
Beispiele
Stabilisierte Zusammensetzungen gemäß der Erfindung wurden hergestellt und ihre Eigenschaften bestimmt. Das Polycarbonat, das in allen nachstehend gezeigten Beispielen verwendet wird, war ein auf Bisphenol A basierendes Homopolycarbonat mit einem Schmelzindex von 75 g/10 min; die angegebenen Additive waren wie folgt:
Stabilisator: bedeutet 5,7-Di-tert-butyl-3-(3,4-dimethylphenyl)-3H-benzofuran-2-on
Ester: bedeutet Glycerylmonostearat –
Diese wurden in den aufgeführten Mengen, die in pph (Gewicht pro hundert Teile Harz) augegeben sind, in die Zusammensetzung eingefügt.
Die nachstehend aufgeführte Tabelle fasst die Ergebnisse einer Bewertung zusammen, wobei die optischen Eigenschaften der Polycarbonat-Zusammensetzungen, die den Stabilisator und Ester der Erfindung enthalten, mit denjenigen entsprechender Zusammensetzungen, die nur eines dieser Additive enthalten, verglichen wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass die erwünschte Kombination von geringem Vergilbungsgrad und geringer Trübung ein Merkmal der erfindungsgemäßen Zusammensetzung (Beispiel D) ist, in der sowohl Ester als auch Stabilisator Additive sind. Zusammensetzungen, die nur eines der Additive (Beispiele B, C, E und F) in einer Menge enthalten, die geringer ist als diejenige der kombinierten Additive oder derjenigen gleich ist, weisen nicht die erwünschte Kombination von Eigenschaften auf. Die erreichten vorteilhaften Eigenschaften scheinen auf einem überraschenden und unerwarteten synergistischen Effekt zu basieren, durch den die erfindungsgemäße Zusammensetzung gekennzeichnet ist.
In einer zusätzlichen Reihe von Versuchen, die nachstehend zusammengefasst sind, wurden die optischen Eigenschaften von Zusammensetzungen (C, D, E und F), die 0,035 pph Glycerinmonostearat und die angegebene Menge an Stabilisator (dargestellt durch 5,7-Di-teri-butyl-3-(3,4-dimethylphenyl)-3H-benzofuran-2-on) enthalten, bestimmt. Beispiel A – Kontrolle – enthielt Polycarbonat und keine Additive, Beispiel B enthielt Glycerinmonostearat und keinen Stabilisator.
Obwohl die Erfindung zum Zwecke der Erläuterung im Vorhergehenden ausführlich beschrieben wurde, sollte es klar sein, dass solche Details nur diesem Zweck dienen und Variationen durch den Fachmann durchgeführt werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und Bereich der Erfindung abzuweichen, mit der Ausnahme, wie sie durch die Ansprüche eingeschränkt werden kann.

Claims

Thermoplastische Formmasse, umfassend (i) ein Polycarbonatharz, (ii) etwa 0,01 bis 1,0% eines partiellen Fettsäureesters einer einbasigen Fettsäure mit 10 bis 22 Kohlenstoffatomen und eines mehrwertigen Alkohols mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, und (iii) etwa 0,01 bis 0,5% eines Stabilisators gemäß
wobei in der Ausführungsform, in welcher n 1 ist, R₁ ein unsubstituiertes oder substituiertes carbocyclisches oder heterocyclisches aromatisches Ringsystem ist, und wobei in der Ausführungsform, in der n 2 ist, R₁ unsubstituiertes oder C_1-4-Alkyl- oder Hydroxy-substituiertes Phenylen oder Naphthylen ist, und R₂, R₃, R₄ und R₅ unabhängig voneinander Wasserstoff, C_1-25-Alkylgruppen oder Phenyl sind, wobei die Prozente sich auf das Gesamtgewicht von (i), (ii) und (iii) beziehen.
Thermoplastische Formmasse gemäß Anspruch 1, wobei (ii) in einer Menge von 0,01 bis 0,5% vorliegt.
Thermoplastische Formmase gemäß Anspruch 1, wobei (iii) in einer Menge von etwa 0,01 bis 0,2% vorliegt.
Thermoplastische Formmasse gemäß Anspruch 1, wobei (ii) in einer Menge von 0,01 bis 0,5% vorliegt und (iii) in einer Menge von etwa 0,01 bis 0,2% vorliegt.
Thermoplastische Formmasse gemäß Anspruch 1, wobei (ii) ein partieller Fettsäureester ist, der sich von Glycerin und wenigstens einer C_18-22 Fettsäure ableitet.
Thermoplastische Formmasse gemäß Anspruch 1, wobei (ii) Glycerinmonostearat ist.
Thermoplastische Formmasse gemäß Anspruch 1, wobei (iii) 5,7-Di-tert-butyl-3-(3,4-dimethylphenyl)-3H-benzofuran-2-on ist.
Thermoplastische Formmasse, umfassend (i) ein Polycarbonatharz, (ii) etwa 0,01 bis 1,0% Glycerinmonostearat und (iii) etwa 0,01 bis 0,5% 5,7-Di-tert-butyl-3-(3,4-dimethylphenyl)-3H-benzofuran-2-on.
Thermoplastische Formmasse gemäß Anspruch 8, wobei (ii) in einer Menge von 0,01 bis 0,5% vorliegt und (iii) in einer Menge von etwa 0,01 bis 0,2% vorliegt.