DE60011753T2

DE60011753T2 - Polycarbonate mit statischen widerstand und di-t-alkylphenyl-endgruppen

Info

Publication number: DE60011753T2
Application number: DE60011753T
Authority: DE
Inventors: George Donald LEGRAND; Joseph Patrick MCCLOSKEY
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: SABIC Global Technologies BV
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2020-02-04
Also published as: WO2000050488A1; ATE269877T1; CN1157435C; CN1341136A; DE60011753D1; JP2002537457A; KR20070058677A; EP1163285A1; EP1163285B1; KR20010102342A; US6140457A

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Verwendung bestimmter Endgruppen zur Verkappung von Polycarbonaten zur Modifikation ihrer Neigung, statische Ladungen zu akkumulieren.
Polycarbonate, insbesondere aromatische Polycarbonate, werden routinemäßig bei strukturellen Anwendungen, beispielsweise in der Form von transparentem Folienmaterial als Ersatz für Glas, verwendet. Sie sind auch gängige Materialien für die Herstellung von optischen Aufzeichnungsmedien, welche optische Scheiben (optical disc), wie beispielsweise Audio CDs und in Computer verwendete CD-ROMs, einschließen.
Viele Polycarbonate haben eine Neigung, Ladungen statischer Elektrizität zu akkumulieren, welches bei derartigen Anwendungen ein Problem sein kann. Die problematische Natur der statischen Ladungen ist bei datenaufzeichnenden Medien offensichtlich. Sie existiert jedoch auch bei Automobilteilen, wie beispielsweise Wandverkleidungen und Kopflampenlinsen. Beispielsweise werden derartige Teile oftmals elektrostatischen Pulverbeschichtungsverfahren als ein Ersatz zum Bemalen unterzogen und derartige Verfahren werden durch statische Ladungen deutlich verkompliziert.
Es ist daher von Interesse, Polycarbonate mit hoher Resistenz gegen die Entwicklung von Ladungen aus statischer Energie zu entwickeln.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung bestimmter Endgruppen zur Verkappung von Polycarbonaten, wobei sie durch eine niedrige Neigung zur Ansammlung statischer Ladungen gekennzeichnet ist.
Die bestimmten Endgruppen sind Di-t-Alkylphenyl-Endgruppen der Formel
wobei jeder Rest R¹ Wasserstoff oder ein C_1-3 primärer Alkylrest ist und wobei jeder der Reste R² und R³ jeweils unabhängig von einander ein C_1-4 primärer Alkylrest ist.
Die verkappten Polycarbonate können in der Form von Artikeln aus der Herstellung sein, welche optische Datenaufzeichnungsmedien und transparente Objekte, wie beispielsweise Automobilkopflampenlinsen, umfassen.
Detaillierte Beschreibung, bevorzugte Ausführungsform
Die Polycarbonate dieser Erfindung schließen Homo- und Copolycarbonate ein, welche im Allgemeinen Struktureinheiten der Formel
umfassen, wobei mindestens ungefähr 60 % der Gesamtanzahl der A¹-Guppen aromatische, organische Reste sind und wobei der Rest aliphatische, alicyclische oder aromatische Reste sind. Vorzugsweise ist jedes A¹ ein aromatischer, organischer Rest und insbesondere ein Rest der Formel
wobei jeder der Reste A² und A³ ein monocyclischer, divalenter Arylrest ist und wobei Y ein verbrückender Rest ist, bei welchem ein oder zwei Atome die Reste A² und A³ von einander trennen. Die Valenzbindungen in Formel III sind üblicherweise in den meta- oder para-Positionen von A² und A³ in Bezug auf Y
Bei der Formel III können die Reste A² und A³ unsubstituiertes Phenylen oder ein substituiertes Derivat davon sein. Unsubstituierte Phenylen-Reste werden bevorzugt. Beide Reste A² und A³ sind vorzugsweise p-Phenylen, obwohl beide o- oder m-Phenylen sein können oder wobei der eine Rest o- oder m-Phenylen und der andere Rest p-Phenylen sein kann.
Der verbrückende Rest Y ist einer, bei welchem ein oder zwei Atome, vorzugsweise ein Atom, A¹ von A² trennt. Er ist am häufigsten ein Kohlenwasserstoffrest und insbesondere ein gesättigter C_1-12 aliphatischer oder alicyclischer Rest, wie beispielsweise Methylen, Cyclohexylmethylen, [2.2.1]-Bicycloheptyl-Methylen, Ethylen, Ethyliden, Isopropyliden, Cyclohexyliden, Cyclopentadecyliden, Cyclododecyliden oder 2,2-Adamantyliden, insbesondere ein Alkyliden-Rest. Aryl-substituierte Reste sowie ungesättigte Reste und Reste, welche andere Atome als Kohlenstoff und Wasserstoff, z. B. Oxy-Gruppen, enthalten, werden eingeschlossen. Substituenten, wie beispielsweise die zuvor aufgezählten, können an den aliphatischen, alicyclischen und aromatischen Teilen der Y Gruppe vorliegen.
Dihydroxyverbindungen, welche Resten der Formel III entsprechen, werden als Bisphenole klassifiziert. Beispielhafte Bisphenole und andere dihydroxyaromatische Verbindungen zur Verwendung in der Erfindung werden in dem US-Patent 4,737,573 aufgezählt, dessen Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird. Zum Zweck der Kürze wird der Ausdruck „Bisphenol" im Folgenden häufig verwendet, es sollte jedoch verstanden werden, das andere dihydroxyaromatische Verbindungen das Bisphenol ganz oder teilweise ersetzen können, wenn dies zweckdienlich ist. Bisphenol A, in welchem Y Isopropyliden ist und in welchem A² und A³ jeweils p-Phenylen sind, wird aus Gründen der Erhältlichkeit und der besonderen Eignung für die Zwecke der Erfindung besonders bevorzugt.
Ein entscheidender Aspekt der Erfindung ist die Struktur der Polycarbonat-Endgruppen. Sie sind von einem Di-t-Alkylphenol abgeleitet. Beispielhafte Endgruppen sind solche der Formel I, bei welchen der Rest R¹ Wasserstoff oder ein C_1-3 primäres Alkyl ist und bei welchem die Reste R^2-3 C_1-4 primäre Alkyle sind. Am häufigsten ist R¹ Wasserstoff und jeder der Reste R² und R³ ist Methyl. Die t-Alkyl-Gruppen können in irgendeiner Position des aromatischen Rings sein. Beispielhafte Di-t-Alkylphenole sind 2,4-Di-t-Butylphenol und 3,5-Di-t-Butylphenol, wobei das letztere aus Gründen seiner besonderen Effizienz für antistatische Zwecke häufig bevorzugt wird.
Die Polycarbonate der Erfindung werden in geeigneter Weise durch eine konventionelle Grenzflächenreaktion von Phosgen mit mindestens einer dihydroxyorganischen Verbindung hergestellt, bei welcher das Di-t-Alkylphenol als ein Kettenstopper verwendet wird. Die Bedingungen derartiger Reaktionen sind im Stand der Technik bestens bekannt. Sie schließen die Verwendung einer Mischung von Wasser und einer mit Wasser nicht mischbaren organischen Flüssigkeit, wie beispielsweise Methylenchlorid, als ein Reaktionsmedium ein. Die Gegenwart eines tertiären Amins, wie beispielsweise Triethylamin, oder eines Phasentransferkatalysators, wie beispielsweise Tetra-n-Butylammoniumchlorid oder Hexaethylguanidiniumchlorid, und die Gegenwart eines alkalischen Reagenzes, wie beispielsweise Natriumhydroxid, als ein Säureakzeptor wird ebenfalls umfasst. Typische Anteile des Kettenstoppers sind in dem Bereich von ungefähr 1 – 10 Mol-%, bezogen auf die dihydroxyorganische Verbindung. Die Grenzflächenreaktionen zur Herstellung der Polycarbonate können die Vermittlung von Bischloroformaten umfassen, wie sie beispielsweise in US-Patent 4,737,573 beschrieben wird, welches hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Die Polycarbonate der Erfindung können auch durch andere Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise kann das Di-t-Alkylphenol in das entsprechende Carbonat umgewandelt werden, welches mit einem Polycarbonat reagieren kann, das durch Umesterung (beispielsweise durch die Reaktion einer dihydroxyorganischen Verbindung mit einem Diarylcarbonat in der Schmelze) oder mit den Vorläufern davon hergestellt wurde. Die Polycarbonate können auch durch Redistributionsverfahren, wie sie beispielsweise in US-Patent 5,414,057 beschrieben werden, welches hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird, modifiziert und endverkappt werden.
Die als Kettenstopper verwendeten Di-t-Alkylphenole können durch eine elektrophile aromatische Substitutionsreaktion eines Olefin der Formel
wobei R^1-3 wie zuvor definiert ist, mit einer hydroxyaromatischen Verbindung, vorzugsweise Phenol, hergestellt werden. Das Produkt ist typischerweise eine Mischung, die reich an 2,4- und 3,5-t-Alkylphenolen ist und die durch im Stand der Technik bekannte Verfahren in die individuellen Isomere getrennt werden kann. 3,5-Di-t-Butylphenol (im Folgenden gelegentlich „ 35DTBP") ist kommerziell von Aldrich Chemical Co. erhältlich.
Formteile und Folienprodukte können aus den Polycarbonaten dieser Erfindung durch konventionelle Verfahren hergestellt werden. Diese können Spritzgießen, Pressformen und die Extrusion einschließen. Die Polycarbonate können mit vielen verschiedenen, allgemein bekannten und verwendeten Additiven, wie beispielsweise Antioxidantien, Antistatikhilfsmittel, inerten Füllstoffen, wie beispielsweise Glas, Talk, Mika, Lehm und Ton, Ultraviolettstrahlungsabsorbern, wie beispielsweise den Benzophenolen und den Benzotriazolen, Hydrolysestabilisatoren, wie beispielsweise den Epoxiden, welche in den US-Patenten 3,489,716, 3,839,247 und 4,138,379 offenbart werden, welche alle hierin durch Bezugnahme aufgenommen werden, Farbstabilisatoren, wie beispielsweise den Organophosphiten, thermischen Stabilisatoren, wie beispielsweise den Phosphiten, Flammverzögerungsmitteln und Entformungsmitteln, vermischt werden.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele veranschaulicht.
Beispiel 1
Ein 30-Liter-Glasgefäß wurde mit 12 Liter Methylenchlorid, 7 Liter deionisiertem Wasser, 1824 Gramm (g) (8 mol) Bisphenol A, 66 g (320 mmol) 35DTBP und 15 Milliliter (ml) (108 mmol) Triethylamin befüllt.
Die Mischung wurde in einer Stickstoffatmosphäre gerührt und Phosgen wurde mit 15 g/min bis zu einer Gesamtmenge von 935 g (9,44 mol) eingeleitet, wobei Natriumhydroxid zugegeben wurde, um einen pH in dem Bereich von 10–11 aufrecht zu erhalten. Das Rühren wurde fortgesetzt bis das gesamte Phosgen verbraucht wurde, wonach die wässrige Phase abgetrennt und die organische Phase mit verdünnter, wässriger Salzsäure und drei Mal mit deiononisiertem Wasser gewaschen wurde. Das gewünschte 35DTBP-terminierte Polycarbonat wurde durch Ausfällen in Methanol isoliert, abgetrennt und im Vakuum unter Stickstoff bei 110 °C getrocknet.
Beispiel 2
Physikalische Eigenschaften wurden für ein 35DTBP-terminiertes Polycarbonat, welches ähnlich zu dem von Beispiel 1 war, und für mehrere Bisphenol A-Polycarbonate mit vergleichbarem Molekulargewicht gemessen, wobei die Polycarbonate durch konventionelle Verfahren (welches einschloss, dass drei verschiedene Polycarbonate durch ein Grenzflächenverfahren hergestellt wurden) hergestellt wurden und effektive Mengen konventioneller Antistatik-Entformungsmittel enthielten. Unter den gemessenen Eigenschaften waren die elektrische Ladung unter Verwendung eines Meech-Feldmessers an Platten für den „fallenden Pfeil"-(Dynatup)-Schlagzähigkeitstest (ASTM-Verfahren D3763) sofort nachdem Verformen und der Brechungsindex unter Verwendung eines Bausch & Lomb Abbé Refraktometers und eines Silikon-Kontaktfluids, beides bei Raumtemperatur. Die Ergebnisse werden in der folgenden Tabelle wiedergegeben.
Wie in der Tabelle gezeigt wird, war die Glasübergangstemperatur, die Dichte und der Brechungsindex aller Polycarbonate im Wesentlichen gleich. Solche, die durch andere Verfahren als die Umesterung hergestellt wurden, hatten positive elektrostatische Ladungswerte, während der entsprechende Wert für das Umesterungsprodukt negativ war. Jedoch sind die absoluten Werte dieser Zahlen bedeutend. In diesem Zusammenhang hatte das Produkt der Erfindung eine deutlich niedrigere elektrostatische Ladung als irgendein Vergleichsprodukt. Dies trifft trotz der Tatsache zu, dass die Vergleichsprodukte konventionelle Antistatitikmittel enthielten, während das Produkt der Erfindung diese nicht enthielt.

Claims

Verwendung von Endgruppen der Formel
worin jedes R¹ Wasserstoff oder ein primärer C_1-3 Alkylrest ist und R² und R³ jeweils unabhängig ein primärer C_1-4 Alkylrest ist, zum Cappen (Deckeln) von Polycarbonat zur Modifikation der Tendenz des Polycarbonates, statische Ladungen zu akkumulieren, wobei das Polycarbonat Struktureinheiten der Formel
umfasst, worin wenigstens etwa 60% der Gesamtzahl der A¹-Gruppen aromatische organische Reste sind und der Rest davon aliphatische, alizyklische oder aromatische Reste sind.
Verwendung von Endgruppen der Formel:
worin jedes R¹ Wasserstoff oder ein primärer C_1-3 Alkylrest ist und R² und R³ jeweils unabhängig ein primärer C_1-4 Alkylrest ist, in einem Polycarbonat umfassend Struktureinheiten der Formel
worin wenigstens etwa 60% der Gesamtzahl der A¹-Gruppen aromatische organische Reste sind und der Rest davon aliphatische, alizyklische oder aromatische Reste sind, in einem Verfahren zur Verminderung der Tendenz eines hergestellten Formkörpers, der aus dem Polycarbonat besteht, statische Ladungen zu akkumulieren, bei welchem Verfahren man ein Polycarbonat herstellt, welches die Endgruppen der Formel (1) einschließt, und das erhaltene Polycarbonat zu einem Formkörper formt.
Verwendung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass A¹ die Formel hat
worin A² und A³ jeweils ein monozyklischer divalenter Arylrest ist und Y ein Brückenrest ist, in welchem ein oder zwei Atome A² und A³ trennen.
Verwendung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass A² und A³ jeweils p-Phenylen ist und Y Isopropyliden ist.
Verwendung gemäß einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass R¹ Wasserstoff ist und R² und R³ jeweils Methyl ist.
Verwendung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die t-Alkylgruppen in den 3- und 5-Positionen sind.
Verwendung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hergestellte Formkörper ein optisches Datenaufzeichnungsmedium ist.
Verwendung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hergestellte Formkörper ein transparentes Objekt ist.
Verwendung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hergestellte Formkörper ein Fahrzeugscheinwerferglas ist.
Verwendung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hergestellte Formkörper Polycarbonat aufweist, welches Bisphenol-A Carbonatstruktureinheiten umfasst.
Verwendung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Polycarbonat 3,5-di-t-Butylphenoxyendgruppen umfasst.