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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft Mehrschicht-Strukturen, die einen Film, eine
Folie oder ein Profil umfassen, welche aus speziellen Mischungen
von Polycarbonaten und Polyestern hergestellt sind und auf einer
Außenschicht
auf einer oder mehreren Seiten mit einer Oberflächendeckschicht versehen sind,
die ein Polycarbonat und eine Ultraviolett (UV)-absorbierende Komponente
umfasst.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gewisse
Mischungen von Polycarbonaten und Copolyestern können zu Folien gebildet werden,
die ohne Notwendigkeit zur Trocknung der Folien vor der Wärmeformung
wärmeformbar
sind. Jedoch unterliegen diese Folien den Auswirkungen von Ultraviolett
(UV)-Strahlung.
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Die
EP-A-0 569 878 offenbart ein Erzeugnis, das eine Polycarbonat-Folie
mit einer darüberliegenden Polycarbonat-Schicht
umfasst, welche mindestens 1 Gew.-% UV-Absorptionsmittel umfasst.
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Es
ist demgemäß Ziel der
Erfindung, dem Film, der Folie oder dem Profil, die aus den Mischungen
von Polycarbonaten und Copolyestern gebildet sind, einen UV-Strahlungsschutz
zu verleihen.
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Es
ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, dem Film, der Folie oder
Struktur, die aus den Mischungen von Polycarbonaten und Copolyestern
gebildet sind, eine Oberflächenfunktionalität eines
Polycarbonats zu verleihen.
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Es
ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine UV-geschützte Mehrschicht-Struktur
bereitzustellen, die als Wiederaufbereitungsgut verwendet werden
kann.
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Es
ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine UV-geschützte Mehrschicht-Struktur
bereitzustellen, die ohne das Erfordernis für eine Vortrocknung der Struktur
wärmegeformt
werden kann und die keine Bildung von Blasen zum Ergebnis haben
wird.
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Es
ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine UV-geschützte Mehrschicht-Struktur
bereitrustellen, die eine erhöhte
Wärmeformbeständigkeitstemperatur
(HDT) aufweist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Mehrschicht-Struktur wie folgt hergestellt.
Ein Film, eine Folie oder ein Profil wird aus einer Mischung oder
Zusammensetzung hergestellt, die wie folgt definiert ist:
Die
Mischung oder Zusammensetzung umfasst etwa 15 bis etwa 40 Gewichtsprozent
(%) Polycarbonat und etwa 60 bis etwa 85 Gew.-% Copolyester. Jedes
Polycarbonat kann verwendet werden. Die speziellen verwendeten Copolyester
basieren auf einer Säure-Komponente,
die Terephthalsäure,
Naphthalindicarbonsäure,
Cyclohexandicarbonsäure
oder deren Mischungen umfasst und 15 bis etwa 35 Molprozent (%)
Isophthalsäure enthält, und
einer Glycol-Komponente, die etwa 80 bis 100 Mol-% 1,4-Cyclohexandimethanol
umfasst.
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Die
UV-Schutzschicht, die mindestens ein oder mehrere Polycarbonate
und mindestens eine oder mehrere UV-absorbierende Verbindungen umfasst,
wird typisch auf mindestens eine Seite des Films, der Folie oder
des Profils, die aus der Mischung von Polycarbonat und Copolyester
gebildet sind, coextrudiert oder laminiert.
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Die
UV-geschützten
Mehrschicht-Strukturen hierin können
für viele
Anwendungen, wie für
Oberlichter, Schilder, Verglasungen, Laminate, Verpackung von Nahrungsmitteln,
Kleidung, pharmazeutische Produkte, Mehrwandfolien und dergleichen,
verwendet werden. Demgemäß ist die
vorliegende Erfindung auf Industrieerzeugnisse gerichtet, welche
die Mehrschicht-Strukturen der vorliegenden Erfindung enthalten.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Mehrschicht-Struktur wie folgt hergestellt.
Ein Film, eine Folie oder ein Profil wird aus einer Mischung oder
Zusammensetzung hergestellt, die wie folgt definiert ist: Die Mischung
oder Zusammensetzung umfasst etwa 15 bis etwa 40 Gewichtsprozent
(%) Polycarbonat und etwa 60 bis etwa 85 Gew.-% Copolyester. Jedes
Polycarbonat kann verwendet werden. Die speziellen verwendeten Copolyester
basieren auf einer Säure-Komponente,
die Terephthalsäure,
Naphthalindicarbonsäure,
Cyclohexandicarbonsäure
oder deren Mischungen umfasst und 15 bis etwa 35 Molprozent (%)
Isophthalsäure
enthält, und
einer Glycol-Komponente, die etwa 80 bis 100 Mol-% 1,4-Cyclohexandimethanol
umfasst.
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Die
UV-Schutzschicht, die mindestens ein oder mehrere Polycarbonate
und mindestens eine oder mehrere UV-absorbierende Verbindungen umfasst,
wird typisch auf mindestens eine Seite des Films, der Folie oder
des Profils, die aus der Mischung von Polycarbonat und Copolyester
gebildet sind, coextrudiert oder laminiert.
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Die
UV-geschützten
Mehrschicht-Strukturen hierin können
für viele
Anwendungen, wie für
Oberlichter, Schilder, Verglasungen, Laminate, Verpackung von Nahrungsmitteln,
Kleidung, pharmazeutische Produkte, Mehrwandfolien und dergleichen,
verwendet werden. Demgemäß ist die
vorliegende Erfindung auf Industrieerzeugnisse gerichtet, welche
die Mehrschicht-Strukturen der vorliegenden Erfindung enthalten.
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In
mehr Einzelheiten umfasst die Mischung oder Zusammensetzung mindestens
ein oder mehrere Polycarbonat(e) und mindestens einen oder mehrere
der angegebenen Copolyester. Die Mengen der Komponenten aller Mischungen
oder Zusammensetzungen hierin sind in Gewichtsprozent (%) angegeben,
bezogen auf das Gewicht der Mischung oder Zusammensetzung.
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Bei
der Polycarbonat-Komponente der Mischung oder Zusammensetzung kann
es sich um irgendein Polycarbonat handeln. Die zur Verwendung in
der vorliegenden Erfindung geeigneten Polycarbonate sind wohlbekannt
und sind im Allgemeinen im Handel erhältlich. Die Polycarbonate können verzweigt
oder linear sein. Geeignete Polycarbonate sind zum Beispiel, ohne
jedoch darauf beschränkt
zu sein, jene, die in den U.S. Patenten Nr. 3,028,365; 3,334,154;
3,915,926; 4,879,453; 5,674,928 und 5,681,905 beschrieben sind,
welche alle hierin durch Bezugnahme aufgenommen werden. Die Polycarbonate
können
durch eine Vielfalt von herkömmlichen
und wohlbekannten Verfahren hergestellt werden, welche Umesterung,
Schmelzpolymerisation, Grenzflächenpolymerisation
und dergleichen einschließen.
Die Polycarbonate werden im Allgemeinen durch Umsetzen eines zweiwertigen
Phenols mit einer Carbonat-Vorstufe, wie Phosgen, hergestellt. Geeignete
Verfahren zur Herstellung der Polycarbonte der vorliegenden Erfindung
sind zum Beispiel in den U.S. Patenten Nr. 4,018,750; 4,123,463
und 3,153,008 beschrieben. Bevorzugte Polycarbonate zur Verwendung
in der vorliegenden Erfindung sind aromatische Polycarbonate, wobei
aromatische Polycarbonate auf der Basis von Bisphenol-A [2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan],
wie sie z.B. durch Umsetzung von Bisphenol-A mit Phosgen erhalten
werden, mehr bevorzugt sind. Diphenylcarbonat oder Dibutylcarbonat
kann anstelle von Phosgen verwendet werden.
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In
der Mischung oder Zusammensetzung liegt das Polycarbonat in einer
Menge im Bereich von etwa 15 bis etwa 40 Gew.-%, bezogen auf das
Gewicht der gesamten Mischung oder Zusammensetzung, vor, und der
Copolyester liegt in einer Menge im Bereich von etwa 60 bis etwa
85 Gew.-% vor, beide bezogen auf das Gewicht der gesamten Mischung
oder Zusammensetzung. Das Polycarbonat liegt bevorzugt in einer
Menge von 20 bis 28 Gewichtsprozent vor, und der Copolyester liegt
bevorzugt in einer Menge von 80 bis 72 Gewichtsprozent vor, bezogen
auf das Gewicht der gesamten Mischung oder Zusammensetzung.
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Bei
der Copolyester-Komponente der Mischung oder Zusammensetzung der
vorliegenden Erfindung handelt es sich um mindestens einen oder
mehrere von Poly(1,4-cyclohexylendimethylenterephthalat) (PCT)-, Poly(1,4-cyclohexylendimethylennaphthalindicarboxylat)
(PCN)-, Poly(1,4-cyclohexylendimethylen-1,4-cyclohexandicarboxylat)
(PCC)-Copolyestern oder deren Mischungen, die etwa 15 bis etwa 35
Mol-% Isophthalsäure
enthalten, wobei eine bevorzugte Menge 20 bis etwa 30 Mol-% Isophthalsäure beträgt. Der
Copolyester umfasst eine Säure-Komponente, die etwa
65 bis etwa 85 Molprozent einer Dicarbonsäure umfasst, welche aus Terephthalsäure, Naphthalindicarbonsäure, 1,4-Cyclohexandicarbonsäure oder
deren Mischungen ausgewählt
ist, etwa 15 bis etwa 35 Molprozent Isophthalsäure und 0 bis etwa 20 Molprozent
andere Dicarbonsäure-Einheiten. Der Copolyester
umfasst eine Glycol-Komponente aus etwa 80 bis 100 Molprozent 1,4-Cyclohexandimethanol
(CHDM) und 0 bis etwa 20 Molprozent anderen Glycol-Einheiten. Die
gesamten Dicarbonsäure-Einheiten
sind gleich 100 Molprozent, die gesamten Glycol-Einheiten sind gleich
100 Molprozent, und die gesamten Polyester-Einheiten sind gleich
200 Molprozent.
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Die
CHDM- und 1,4-Cyclohexandicarbonsäure-Einheiten, die zur Herstellung
der Copolyester verwendet werden, können trans, cis oder trans/cis-Mischungen
von Isomeren sein. Jedes der Naphthalindicarbonsäure-Isomere oder alle Mischungen
von Isomeren können
verwendet werden, wobei die 1,4-, 1,5-, 2,6- und 2,7-Isomere bevorzugt
sind.
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Die
andere(n) Dicarbonsäure(n),
die hierin in Mengen von 0 bis etwa 20 Molprozent verwendet werden können, weisen
etwa 4 bis etwa 40 Kohlenstoffatome auf. Beispiele für die anderen
hierin zur Verwendung geeigneten Dicarbonsäuren sind Sulfoisophthal-,
Sulfodibenzoe-, Bernstein-, Glutar-, Adipin-, Sebacin-, Suberin-,
Dimer-, Dodecandisäure
und dergleichen oder deren Mischungen.
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Die
andere(n) Glycol-Einheit(en), die hierin in Mengen von 0 bis etwa
20 Molprozent verwendet werden können,
enthalten etwa 3 bis etwa 12 Kohlenstoffatome. Beispiele für die anderen
zur Verwendung hierin geeigneten Glycole sind Propylenglycol, 1,3-Propandiol,
1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, Neopentylglycol, 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-cyclobutandiol,
Diethylenglycol und dergleichen oder deren Mischungen.
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Mit
Bezug auf die Zusammensetzung des Copolyesters umfasst die Glycol-Komponente bevorzugt 100
Molprozent 1,4-Cyclohexandimethanol. In einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
umfasst die Säure-Komponente
des Copolyesters 65 bis 85 Molprozent Terephthalsäure. In
einer am meisten bevorzugten Ausführungsform umfasst die Copolyester-Zusammensetzung
100 Molprozent 1,4-Cyclohexandimethanol, etwa 26 Molprozent Isophthalsäure und
etwa 74 Molprozent Terephthalsäure.
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Die
Copolyester-Komponente der Mischung der vorliegenden Erfindung weist
bevorzugt eine innere Viskosität
(I.V.) von etwa 0,5 bis etwa 1,5 dl/g auf, bestimmt gemäß ASTM Testverfahren
D2857-70.
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Die
Copolyester-Komponente der Mischungen der vorliegenden Erfindung
kann gemäß in der
Technik wohlbekannten Verfahren hergestellt werden. Zum Beispiel
kann die Polyester-Komponente leicht durch Chargen- oder kontinuierliche
Verfahren hergestellt werden. Diese Copolyester werden typisch in
Schmelzphasen-Polykondensationsreaktionen hergestellt. Jedoch ist
es möglich,
in der Technik wohlbekannte Festphasen-Aufbauverfahren zu verwenden,
falls gewünscht.
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Ein
geeignetes Verfahren umfasst den Schritt der Umsetzung einer oder
mehrerer Dicarbonsäuren
mit einem oder mehreren Glycolen bei einer Temperatur von etwa 100°C bis etwa
315°C bei
einem Druck von etwa 0,1 bis 760 mm (Millimeter) Quecksilber über eine
ausreichende Zeit, um einen Polyester zu bilden. Für Verfahren
zur Erzeugung von Polyestern wird auf das U.S. Patent Nr. 3,772,405
Bezug hingewiesen, dessen Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen
wird.
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Weiter
können
die Copolyester der vorliegenden Erfindung durch Kondensation der
geeigneten Ausgangsmaterialien unter Verwendung von in der Technik
wohlbekannten Chargen- oder kontinuierlichen Verfahrensweisen hergestellt
werden. Es ist möglich,
Dicarbonsäuren
oder deren entsprechende Niederalkylester, wie die Methylester,
in den Polymerisationsreaktionen zu verwenden. Wenn die Methylester
verwendet werden, ist es wünschenswert,
bei dem anfänglichen
Ester-Austauschschritt Katalysatoren auf Titan-, Mangan- oder Zink-Basis und für den Polykondensationsschritt
Katalysatoren auf Titan-, Antimon-, Germanium- oder Zinn-Basis zu
verwenden. Ein bevorzugter Katalysator basiert auf etwa 10 bis etwa
100 ppm Titan und 0 bis etwa 75 ppm Mangan. Während der Aufbauphase ist es
wünschenswert,
etwa 10 bis etwa 90 ppm einer Phosphorhaltigen Verbindung zuzusetzen,
die als Farbstabilisator dient. Typisch wird ein Phosphor-haltiger
Zusatz in Form eines Phosphats, wie Phosphorsäure oder ein organischer Phosphatester,
zugesetzt. Typisch werden geringere Mengen an Phosphor-Inhibitoren
verwendet, wenn in dem Katalysatorsystem geringere Titan-Mengen verwendet
werden. Geeignete Phosphatester zur Verwendung bei der Herstellung
der Copolyester der Erfindung umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein,
saures Ethylphosphat, saures Diethylphosphat, Arylalkylphosphate
und Trialkylphosphate, wie Triethylphosphat und Tris-2-ethylhexylphosphat.
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Die
Mischungen der vorliegenden Erfindung können mehr als ein Polycarbonat
und mehr als einen Copolyester umfassen, falls gewünscht.
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Die
Polycarbonat/Copolyester-Mischungen der vorliegenden Erfindung können durch
jedes in der Technik bekannte Verfahren hergestellt werden. Zum
Beispiel können
die Mischungen durch Herstellung von Pelletmischungen hergestellt
werden, die dann extrudiert und pelletiert werden. Alternativ können Pellets
aus Polycarbonat und Copolyester getrennt eingespeist und dann vor
dem Extrusionsvorgang zur Bildung von Film, Folienmaterial oder
Profilen schmelzgemischt werden. Die Schmelzmisch- und Extrusionsvorgänge werden
im Allgemeinen bei Temperatur im Bereich von etwa 425°F (218°C) bis etwa
580°F (304°C) durchgeführt.
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Alternativ
können
die Polycarbonat- und Copolyester-Komponente abgewogen und in einen
Kunststoffbeutel gegeben werden. Der Beutel wird von Hand geschüttelt oder
wiederholt umgedreht, um die Komponenten zu mischen. Diese Mischung
kann dann in einen Extruder zur Erzeugung von Folienmaterial oder Film
eingespeist werden. Diese Technik ist für Arbeiten in kleinem Maßstab nützlich.
Bei Arbeiten in größerem Maßstab können die
Polycarbonat- und Copolyester-Komponente
in getrennte Trichter gegeben werden und dann in den Extruder eindosiert
werden, um die geeignete Mischungszusammensetzung zu liefern. Weiter
können
die Polycarbonat- und Copolyester-Komponente in einem Schmelzmischtank,
in einem Sigma-Schaufel-Mischer oder in einem Einzel- oder Doppelschneckenextruder
schmelzgemischt werden, gefolgt von Pelletierung oder Granulierung
der Mischung. Diese schmelzgemischte Mischung kann dann zu Film
oder Folienmaterial extrudiert werden.
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Weiter
können
die Mischungen durch Verfahren erzeugt werden, welche die Schritte
des Mischens des Polycarbonat- und Copolyester-Anteils der vorliegenden
Erfindung bei einer Temperatur von etwa 25°C (77°F) bis 300°C (572°F) über eine ausreichende Zeit
zur Bildung einer Mischungszusammensetzung einschließen. Geeignete
herkömmliche
Mischtechniken umfassen das Schmelzverfahren und das Lösungsherstellungsverfahren.
Andere geeignete Mischtechniken umfassen trockenes Mischen und/oder
Extrusion.
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Das
Schmelzmischverfahren umfasst das Mischen der Polymere bei einer
ausreichenden Temperatur, um den Polycarbonat- und Copolyester-Anteil
zu schmelzen, und danach das Abkühlen
der Mischung auf eine ausreichende Temperatur, um eine Mischung
zu erzeugen. Der Ausdruck "Schmelzen", wie hierin verwendet, umfasst,
ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein, das bloße
Erweichen der Polymere. Für
allgemein auf dem Polymergebiet bekannte Schmelzmischverfahren siehe
Mixing and Compounding of Polymers (I. Manas-Zloczower und Z. Tadmor Hsg., Carl Hanser
Verlag, New York 1994).
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Das
Lösungsherstellungsverfahren
umfasst das Lösen
des geeigneten Gewichts/Gewichts-Verhältnisses von Copolyester und
Polycarbonat in einem geeigneten organischen Lösungsmittel wie Methylenchlorid, das
Mischen der Lösung
und das Abtrennen der Mischungszusammensetzung aus der Lösung durch
Fällen der
Mischung oder durch Verdampfen des Lösungsmittels. Lösungsherstellungs-Mischverfahren sind
allgemein auf dem Polymergebiet bekannt.
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Die
Mischungen können
auch Antioxidantien, herkömmliche
Flammschutzmittel, wie Phosphor- oder Halogen-Verbindungen, oder
Füllstoffe,
wie Talkum oder Glimmer, oder Verstärkungsmittel, wie Glasfaser
oder Kohlefaser, enthalten. Additive, wie Pigmente, Farbstoffe,
Stabilisatoren, Weichmacher, Nukleierungsmittel und dergleichen,
können
ebenfalls in den Polyestern, Polycarbonaten und Mischungen verwendet
werden, um weiter die Eigenschaften der Mischungen zu modifizieren.
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Mischungen
von Polycarbonat und Copolyestern tendieren dazu, eine Gelbfärbung zu
zeigen. Die Gelbfärbung
kann durch Zugabe eines Phosphit-Stabilisators zu der Mischung unterdrückt werden.
Der Phosphit-Stabilisator kann zugesetzt werden, wenn das Polycarbonat
und der Copolyester extrudiert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform
wird eine Vormischung eines geeigneten Phosphit-Stabilisators in einer der Polymer-Komponenten
der Mischung hergestellt. Die Vormischung enthält etwa 2 bis etwa 20 Gewichtsprozent
(%) des Phosphit-Stabilisators.
Ein geeigneter Stabilisator ist Distearylpentaerythritdiphosphit.
Die resultierenden Polymermischungen enthalten im Allgemeinen etwa
0,1 bis etwa 0,5 Gew.-% Phosphit-Stabilisator.
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Die
Zusammensetzungen können
durch irgendein in der Technik bekanntes Verfahren zu Filmen/Folien
verarbeitet werden. Zum Beispiel können Filme/Folien durch die
wohlbekannten Gießfolien-,
Blasfolien- und Extrusionsbeschichtungstechniken erzeugt werden,
wobei die Letztgenannten die Extrusion auf ein Substrat einschließen.
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Die
UV-Schutzschicht umfasst mindestens eines oder mehrere von irgendeinem
Carbonat und mindestens eine oder mehrere von irgendeiner UV-absorbierenden
Verbindung. Bei der Herstellung der Zusammensetzungen, aus denen
die UV-Schutzschichten
gebildet werden, ist jedes Polycarbonat zur Verwendung geeignet.
Die Polycarbonate können
verzweigt oder linear sein. Geeignete Polycarbonate sind zum Beispiel, ohne
jedoch darauf beschränkt
zu sein, jene, die in den U.S. Patenten Nr. 3,028,365; 3,334,154;
3,915,926; 4,897,453; 5,674,928 und 5,681,905 beschrieben sind,
die alle hierin durch Bezugnahme aufgenommen werden. Die Polycarbonate
können
durch eine Vielfalt von herkömmlichen
und wohlbekannten Verfahren hergestellt werden, welche Umesterung,
Schmelzpolymerisation, Grenzflächenpolymerisation
und dergleichen einschließen.
Die Polycarbonate werden im Allgemeinen durch Umsetzung eines zweiwertigen
Phenols mit einer Carbonat-Vorstufe, wie Phosgen, hergestellt. Geeignete
Verfahren zur Herstellung der Polycarbonate der vorliegenden Erfindung
sind zum Beispiel in den U.S. Patenten Nr. 4,018,750; 4,123,436
und 3,153,008 beschrieben. Bevorzugte Polycarbonate zur Verwendung
in der vorliegenden Erfindung sind aromatische Polycarbonate, wobei
aromatische Polycarbonate auf der Basis von Bisphenol-A [2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan],
die z. B. durch Umsetzung von Bisphenol-A mit Phosgen erhalten werden,
mehr bevorzugt sind. Diphenylcarbonat oder Dibutylcarbonat kann
anstelle von Phosgen verwendet werden.
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Jede
UV-absorbierende Verbindung, die zur Verwendung in Polycarbonaten
geeignet ist, kann bei der Herstellung der UV-Schutzschicht verwendet
werden. Zur Verwendung hierin geeignete beispielhafte UV-Absorptionsmittel
sind gehinderte Amin-Lichtstabilisatoren (HALS), 2-Hydroxybenzophenone,
wie 2-Hydroxy-4-n-octoxybenzophenon,
2-Hydroxyphenylbenzotriazole, wie 2-(2-Hydroxy-5-methylphenyl)-2H-benzotriazol,
2-Hydroxyphenyl-S-triazine, wie 2-(2-Hydroxy-4-methoxyphenyl)-4,6-dimethyl-S-triazin,
Phenyl-substituierte p-Hydroxybenzoate, die Cetylester von 2,6-Di-tert-butyl-4-hydroxybenzoat,
gehinderte Piperidin-Verbindungen, wie Bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)sebacat,
gewisse Metallchelate, wie Tris(dibenzoylmethanato)-Chelate von
Cr oder Fe, Nickeloxim-Chelate,
wie Nickel(II)-2,2'-thiobis(4-tert-octylphenolato)-n-butylamin, und
dergleichen. Beispiele für
kommerziell erhältliche
UV-Absorptionsmittel umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein:
Cyasorb 1164, 3638, 5411, geliefert von Cytec Industries Inc., Tinuvin
234 und 326, geliefert von Ciba, und MIXXIM BB/100, geliefert von
Fairmount Chemical Company.
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Falls
gewünscht,
können
Kombinationen von UV-absorbierenden Verbindungen verwendet werden. Weitere
Informationen über
UV-Absorptionsmittel können
in "Plastics Additives", herausgegeben von
Geoffrey Pritchard, S. 427-441 (1998), veröffentlicht von Chapman und
Hall, New York, N.Y. und "Polymer
Additives", herausgegeben
von J.E. Kresta (1984), veröffentlicht
von Plenum Press, New York, N.Y., gefunden werden.
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Die
Menge an der UV-Schutzschicht einzuverleibendem UV-Absorptionsmittel
ist irgendeine Menge, die erforderlich ist, um UV-Strahlungsschutz
zu verleihen. Im Allgemeinen wird das UV-Absorptionsmittel in der UV-Schutzschicht
in einer Menge im Bereich von etwa 0,25 bis etwa 15 Gew.-%, bezogen
auf die Zusammensetzung, vorliegen. Das UV-Absorptionsmittel kann
dem Polycarbonat unter Verwendung jeder bekannten Weise, wie durch
physikalisches Mischen der Komponenten, einverleibt werden.
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Bei
der Herstellung der UV-Schutzschicht können andere herkömmliche
Additive einverleibt werden. Zum Beispiel können Stabilisatoren, Flammschutzmittel,
Pigmente, Färbemittel,
fein zerteilte Mineralien und andere Additive zugesetzt werden.
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Die
UV-Schutzzusammensetzung, die Polycarbonat und UV-Absorptionsmittel
umfasst, kann auf jede bekannte Weise, wie Extrusion, zu einem Film
gebildet werden. Bevorzugt wird die UV-Schutzschicht durch Coextrusion
auf mindestens einer oder mehreren Seiten der Folie gebildet, die
aus den Mischungen oder Zusammensetzungen gebildet ist. Im Allgemeinen
weist die UV-Schutzschicht eine Dicke von etwa 1 Mil (25 Mikrometer)
bis etwa 10 Mil (250 Mikrometer) auf.
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Die
UV-Schutzschicht kann durch jede geeignete Technik auf den Film,
die Folie oder das Profil aufgetragen werden, die aus der Mischung
von Polycarbonat und Polyester hergestellt sind. Beispiele für die Techniken
sind Coextrusion, Laminierung oder Beschichtung. Eine Lösungsmittelbeschichtungs-
oder Gießtechnik
ist ebenfalls für
die Auftragung der UV-Schutzschicht auf den Film, die Folie oder
das Profil geeignet. Bevorzugt wird die UV-Schutzbeschichtung auf
den Film, die Folie oder das Profil, die aus der Mischung von Polycarbonat
und Copolyester gebildet sind, entweder laminiert oder coextrudiert.
Das Coextrusionsverfahren wird am meisten bevorzugt, und das Folgende
ist eine kurze Beschreibung des wohlbekannten und etablierten Coextrusionsverfahrens.
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Die
Coextrusion ist die Kombination von mehreren Schichten von verschiedenen
oder ähnlichen
plastischen Polymeren durch einen speziell aufgebauten Verteilerblock,
der ermöglicht,
dass das Endprodukt sich als multifunktionelles Substrat verhält, welches
die Eigenschaften der Polymere in der Struktur widerspiegelt. Der
Verteilerblock empfängt
die Polymere aus Extrudern oder anderen Arten von Kunststoff-Verarbeitungsausrüstung, vereinigt
die Schichten, ohne die Schichten zu mischen, und führt dann
diese Kombination von Schichten einer Düse oder einem anderen Ausrüstungsgegenstand
zu, die bzw. der verwendet wird, um Film, Folie, Profile oder andere
extrudierten Produkte für
vielfältige
Formen und Anwendungen zu bilden. Coextrusionsverteilerblöcke sind
gewöhnlich
vorgefertigte Ausrüstungsgegenstände, die
in der Kunststoffindustrie verwendet werden, und werden von bekannten
und qualifizierten Lieferfirmen hergestellt.
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Die
UV-geschützten
Mehrschicht-Strukturen der vorliegenden Erfindung sind dadurch gekennzeichnet,
dass sie viele nützliche
Eigenschaften aufweisen. Zum Beispiel weisen die UV-geschützten Mehrschicht-Strukturen
eine Beständigkeit
gegen Ultraviolettstrahlung auf. Die UV-geschützten Mehrschicht-Strukturen
der vorliegenden Erfindung besitzen auch die Oberflächenfunktionalität eines
Polycarbonats bezüglich Haftung
der Dekoration. Die UV-geschützten
Mehrschicht-Strukturen
sind als Wiederaufbereitungsgut zur Bereitstellung für Ausgangsmaterial
für neue
Folie oder neuen Film verwendbar. Die UV-geschützten Mehrschicht-Strukturen
können
ohne Vortrocknung und in Abwesenheit von Blasenbildung wärmegeformt
werden. Auch wird die Wärmeformbeständigkeitstemperatur
(HDT) der UV-geschützten
Mehrschicht-Strukturen der Erfindung als Ergebnis der Anwesenheit
der Polycarbonat-UV-Schutzschicht erhöht.
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Als
ein oben erwähnter
Vorteil können
die UV-geschützten
Mehrschicht-Strukturen der vorliegenden Erfindung wiederaufbereitet
werden, um als Ausgangsmaterial zur Herstellung von neuer Folie
oder neuem Film oder neuen Profilen verwendet zu werden. In dieser
Hinsicht ist bei der Herstellung von extrudierten Polymerprodukten
typisch ein Teil der erzeugten Teile aufgrund von Qualitätskontrollen
nicht verwendbar. Diese Teile werden häufig wieder gemahlen und zurück in den
Einspeisungstrichter des Extruders eingemischt, wo sie wieder zu
nützlichen
Teilen extrudiert werden. In der Vergangenheit hat die Verwendung
von anderen Strukturen mit Deckschicht häufig zur Verunreinigung des
Ausgangsmaterials durch die wiederverwendete coextrudierte Folie
geführt.
Jedoch hat die Polycarbonat-Deckschicht, wenn sie wieder gemahlen
und wieder zu nützlichen
Teilen extrudiert wurde, zu keinem signifikanten Verlust an Schlüsseleigenschaften
der fertig gestellten Teile geführt.
Im Allgemeinen wird, wenn ein anderes Material als Deckschicht auf
einer Folie oder einem Film verwendet wird und dieses Material in
die Einspeisung zurückgeführt wird,
dies bewirken, dass die resultierende Folie oder der resultierende
Film die gewünschte(n)
Transparenz, Farbe und mechanischen Eigenschaften verliert, und
kann auch die Bildung von unerwünschten
Einschlüssen
in der resultierenden Folie oder dem resultierenden Film verursachen.
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Ein
weiterer Vorteil, der den UV-geschützten Mehrschicht-Strukturen
der vorliegenden Erfindung zugeschrieben werden kann, resultiert
aus der Tatsache, dass die Strukturen eine Polycarbonat-Oberfläche aufweisen.
Dies ermöglicht,
dass die Mehrschicht-Strukturen mittels Anstrichen, Tinten/Druckfarben
und dergleichen auf Lösungsmittel-Basis
dekoriert werden.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden UV-geschützten Mehrschicht-Strukturen
ist die Fähigkeit,
ohne Trocknung ohne Bildung von Gaseinschlüssen oder Blasen wärmegeformt
werden zu können.
Die meisten Polycarbonat-Folien bilden Blasen, wenn sie ohne vorherige
Trocknung der Folie oder des Films wärmegeformt werden.
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Zusätzlich sind
die UV-geschützten
Mehrschicht-Strukturen der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet,
dass sie als Ergebnis der Anwesenheit der Polycarbonat-Schutzdeckschicht
eine erhöhte
Wärmeformbeständigkeitstemperatur
(HDT) gemäß ASTM Testverfahren
D648 aufweisen.
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Die
Erfindung wird leichter mit Bezug auf die folgenden Beispiele verstanden.
Es gibt natürlich
viele andere Formen dieser Erfindung, die dem Fachmann offensichtlich
werden, wenn die Erfindung vollständig offenbart worden ist,
und man wird demgemäß anerkennen,
dass diese Beispiele lediglich für
den Zweck der Erläuterung
angegeben werden und nicht als Beschränkung des Bereichs dieser Erfindung
auf irgendeine Weise angesehen werden sollten.
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BEISPIELE
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In
den folgenden Beispielen wurden die nachstehend angeführten Testverfahren
bei der Bewertung der Eigenschaften der UV-geschützten Mehrschicht-Strukturen
hierin verwendet.
- Wärmeformbeständigkeitstemperatur – ASTM D648
- Anstrichhaftung – ASTM
D3359-97
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Beispiel 1
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In
diesem Beispiel 1 wurde als Stabilisator die folgende Zusammensetzung
verwendet, die wie hierin beschrieben hergestellt wurde. Bei Umgebungstemperatur
wurden 2470 Pfund (1120 Kilogramm) MAKROLON 5308-Polycarbonatpulver
von Bayer, das auf Bis(phenol) A basiert und Schmelzflussraten bei
300°C und 1,2
kg Last von 11,5 Gramm/10 Minuten mittels ASTM Verfahren D1238 aufweist,
und 130 Pfund (58,9 Kilogramm) Distearylpentaerythritdiphosphit
in einem JAYGO Modell Nr. JRB100-Bandmischer mit einer Arbeitskapazität von 3000
Pfund Polycarbonat-Pulver eingeführt.
Das Gewichtsverhältnis
von Polycarbonat zu Diphosphit betrug 95:5. Der Bandmischer wurde
mit einer Geschwindigkeit von 25 U/min (Umdrehungen pro Minuten),
während
das Diphosphit zugesetzt wurde, und weitere 10 Minuten gerührt. Man
erhielt 2600 Pfund (1179 Kilogramm) ungetrocknetes, pulverförmiges Konzentrat,
das dann wie folgt pelletiert wurde. Ein Werner-Pfleiderer Modell
ZSK-40 40 mm (Millimeter)-Doppelschneckenextruder
wurde bei einer Schneckengeschwindigkeit von 250 U/min und bei Zylinder-Einstellungstemperaturen
betrieben, die in der nachstehenden Tabelle 1 angezeigt sind.
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Die
resultierende Schmelztemperatur, die unter Verwendung einer Sechs-Loch-Düse (einzelne Düsenlochgröße: 3,61
mm oder 0,142 Inch) aus der Düse
austrat, betrug 240°C
(464°F).
Die pulverförmige,
gemischte Mischung von Polycarbonat (95%) und Disphosphit (5%) wurde
mittels einer Accu Rate MDL 8000W Gewichtsverlust-Einspeisungsvorrichtung,
hergestellt von Accu Rate, Inc., in die Einspeisungszone des Extruders
eindosiert. Die Einspeisungsvorrichtung wurde bei einer Rate von
150 Pfund pro Stunde (68 Kilogramm pro Stunde) betrieben, wobei
der Zylinder bei der siebten Zone belüftet war. Die sechs Stränge oder
Stäbe,
die aus der Extruderdüse
austraten, wurden durch ein Kühlwasserbad
bei 25°C
(77°F) geleitet
und mit einer Cumberland Modell 6 Quietizer-Pelletiervorrichtung,
hergestellt von Cumberland Engineering Division von John Brown,
Inc., geschnitten. Die zylindrischen Konzentrat-Pellets wurden dann
auf einem Carrier Model IDLM-1-240-S-Schüttelsieb, hergestellt von Carrier
Vibrating Equipment Company, gemäß Größe klassiert, bevor
sie in mit Polyethylen ausgekleidete Pappbehälter für die anschließende Verwendung
abgepackt wurden. Diese Mischung von Polycarbonat und Diphosphit
wird hierin als Stabilisator-Konzentrat bezeichnet.
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Bei
der Durchführung
von Beispiel 1 wurde eine Mischung erzeugt, die 5 Gew.-% des oben
beschriebenen Stabilisator-Konzentrats und 95 Gew.-% einer Mischung
oder Zusammensetzung aus einem speziellen Polycarbonat und einem
speziellen Copolyester umfasste. Die Mischung oder Zusammensetzung
umfasste 23 Gew.-% des Polycarbonats und 77 Gew.-% des Copolyesters.
Das spezielle Polycarbonat war MAKROLON 1804 Tint 1121 von Bayer,
das auf Bis(phenol)A basiert und eine Schmelzflussrate bei 300°C und 1,2
kg Last von 6 g/10 Minuten mittels ASTM Verfahren D1238 aufweist.
Der spezielle Copolyester umfasste etwa 100 Molprozent 1,4-Cyclohexandimethanol
(CHDM), 26 Molprozent Isophthalsäure
(IPA) und 74 Molprozent Terephthalsäure (TPA) und wies eine I.V.
von 0,72 dl/g auf. Das Polycarbonat wurde vor dem Mischen in einem Trockner
mit getrockneter Luft 4 bis 6 Stunden bei 250°F (121°C) getrocknet. Der Copolyester
wurde vor dem Mischen in einem getrennten Trockner mit getrockneter
Luft 4 bis 6 Stunden bei 150°F
(65,6°C)
getrocknet. 22 Pfund (10 Kilogramm) Polycarbonat, 73 Pfund (33,2
Kilogramm) Copolyester und 5 Pfund (2,3 Kilogramm) Stabilisator-Konzentrat wurden
unter Verwendung eines Conair WSB-240 Wagschalen-Pelletmischers zusammengemischt. Die
Mischung aus Polycarbonat, Copolyester und Stabilisator-Konzentrat
wurde dann von dem Conair WSB-240-Mischer im Vakuum zum Trichter
einer 3,5 Inch (90 Millimeter)-Breyer-Folienextrusionslinie, Ausrüstung Nr.
190-63846-1, überführt. Das
Breyer-Extrusionssystem wurde durch elektrische Heizungen gesteuert,
die an den folgenden, in Tabelle 2 gezeigten Einstellungspunkten
eingestellt waren.
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Die
verwendete Extrusionsschnecke war eine 33:1 L/D Zweistufen-Schnecke
vom Barriere-Typ, die von Breyer hergestellt wird. Der Extruder
wurde in Zone 5 unter Verwendung eines Vakuums belüftet, um
jegliche Gase zu entfernen, die sich in dem geschmolzenen Kunststoff
während
des Extrusionsverfahrens bilden könnten. Die Schnecke wurde lediglich
im Einspeisungsabschnitt intern mit Wasser bei 65°F (18,3°C) gekühlt. Die
Pellet-Mischung wurde unter Verwendung herkömmlicher Extrusionspraktiken
extrudiert, um ein Folienprodukt zu erzeugen, das 0,118 Inch (3
Millimeter) dick war. Der Extruder, der bei 71 Umdrehungen pro Minute (U/min)
lief, verarbeitete die Schmelzmischung durch eine Siebanordnung,
eine Maag-Zahnradpumpe,
die bei 43 U/min lief, einen Breyer-Coextrusionsverteilerblock und
dann durch eine 52 Inch (1320 Millimeter) breite Cloeren-Foliendüse mit großem Foliendickenmaß. Die obige
Materialmischung wurde mit einer Schutz-UV-Deckschicht coextrudiert.
Die zweilagige Folie war vor schädlicher
Ultraviolettstrahlung geschützt, auf
die man üblicherweise
in Witterungsbedingungen im Freien trifft. Das UV-Deckschichtmaterial
war Bayer PC (Polycarbonat), UV-Güte: DP1-1092, das 4 bis 6 Stunden
bei 250°F
getrocknet wurde.
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Das
UV-Deckschichtmaterial wurde unter Verwendung eines 1,37 Inch (35
mm)-Breyer-Satellitenextruders
extrudiert. Die Schnecke wurde nur im Einspeisungsabschnitt intern
mit Wasser bei 65°F
(18,3°C)
gekühlt.
Die verwendete Schnecke ist eine Standard-Barriereschnecke, die
verwendet wird, um die meisten Copolyester- und Polycarbonat-Materialien
zu extrudieren. Dieser Extruder pumpte das geschmolzene UV-Material
durch ein erwärmtes
Rohrsystem in einen Breyer-Coextrusionsverteilerblock.
Der Satelliten-Extruder lief bei 20 Umdrehungen pro Minute (U/min).
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Die
Materialien wurden so extrudiert, dass sich die UV-Schicht auf der
Unterseite der Folie befand. Die Walzentemperaturen wurden bei 185°F (85°C) bei der
ersten Walze, 190°F
(88°C) bei
der zweiten Walze und 243°F
(117°C)
bei der dritten Walze gesteuert. Die Förderliniengeschwindigkeit betrug
34,60 Inch pro Minute (0,950 Meter pro Minute). Der Ausstoß aus dem
Hauptextruder betrug etwa 620 Pfund pro Stunde (281 Kilogramm pro
Stunde). Die Folie wurde dann das Fördersystem hinunter durch einen
Satz von Kantenschneidmessern zu einer Breyer-Querschneidsäge befördert, wo
die Folienstücke
für Testzwecke
in 2 ft × 4
ft (0,610 m × 1,220
m)-Stücke
geschnitten wurden.
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Die
aus den Tests der resultierenden Mehrschicht-Struktur erhaltenen
Daten sind nachstehend mitgeteilt. Wie es ersichtlich ist, umfasst
die Mehrschicht-Struktur eine Schicht aus der hierin beschriebenen
Copolyester/Polycarbonat-Mischung, die mit einer Polycarbonat-Deckschicht
coextrudiert ist. Die Mehrschicht-Struktur mit einer Polycarbonat-Oberfläche kann
dekoriert werden.
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Die
folgenden Daten zeigen, dass Anstrich an der Mehrschicht-Struktur
haftet. Der verwendete Test war ASTM D3359-97, der die Anstrichmenge
misst, die abgeschält
wird, nachdem ein Kreuzlinienmuster auf der Beschichtungsoberfläche aufgebracht
worden ist. Ein Stück
Klebeband wird auf der Kreuzlinienfläche aufgebracht und dann weggezogen,
um zu versuchen, die Beschichtung zu entfernen. Eine 5B-Einstufung
zeigt an, dass 0% der Beschichtung entfernt wurden. Eine 3B-Einstufung
zeigt an, dass zwischen 5 und 15% der Beschichtung entfernt wurden.
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Die
verwendeten Anstriche waren Lacryl-Schilderanstriche, die von Spraylat
Corporation hergestellt werden. Lacryl 200T und 205T sind zwei verschiedene
Lösungsmittel,
die verwendet werden, um mit den Anstrichmitteln gemischt zu werden
und für
den Aufsprüh-
und Aufbringungsprozess benötigt
werden. Weiße
und blaue Pigmente sind als die in der Bewertung verwendeten Farben
angegeben. Die angeführte
Legierung ist die Copolyester/Polycarbonat-Mischung, die mit einer
Polycarbonat-Deckschicht coextrudiert ist, wie in Beispiel 1 hergestellt.
Die Daten sind in Tabelle 3 aufgeführt.
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Es
wird erwartet, dass der Anstrich an der Mehrschicht-Struktur in
einem größeren Maß als an
einer Monoschicht haftet, die aus der Copolyester/Polycarbonat-Mischung ohne Polycarbonat-UV-Deckschicht
gebildet ist.
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Aus
den weiteren Daten hierin wird beobachtet, dass die Wärmerformbeständigkeitstemperatur
(HDT) der Mehrschicht-Struktur des vorliegenden Beispiels 1 im Vergleich
zu der HDT eine Monoschicht erhöht
ist, die aus der Polyester/Polycarbonat-Mischung von Beispiel 1,
aber ohne die Polycarbonat-UV-Deckschicht
gebildet ist.
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Bei
der Durchführung
der Bewertung der HDT wurde eine Mehrschicht-Struktur verwendet,
die aus der Copolyester/Polycarbonat-Mischung von Beispiel 1 mit
einer Dicke von 3 mm (Millimetern) und einer Polycarbonat-Deckschicht
mit einer Dicke von 75 Mikrometern, die auf einer Seite derselben
coextrudiert war, gebildet war. Proben der Struktur wurden unter
Verwendung von ASTM Test D648 bezüglich der Wärmeformbeständigkeitstemperatur getestet.
Die Daten wurden dann mit Wärmeformbeständigkeitstemperatur-Daten
verglichen, die bei einer Monoschicht aus der Polyester/Polycarbonat-Mischung
von Beispiel 1, aber ohne die Polycarbonat-UV-Deckschicht erhalten
wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 mitgeteilt.
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Aus
den obigen Daten in Tabelle 4 wird beobachtet, dass die Mehrschicht-Struktur
eine höhere
HDT aufweist als die einlagige Folie ohne die Polycarbonat-Deckschicht. Dieses
Merkmal kann ein signifikanter Vorteil für die Folienstruktur sein,
wenn sie in Hochtemperaturanwendungen, wie unter anderem für Schilder
und Warenautomaten-Vorderflächen,
verwendet wird.
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Beispiel 2
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Man
folgt dem Verfahren von Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass das UV-Deckschichtmaterial
ersetzt wird. In diesem Beispiel 2 werden als die Polycarbonat-UV-Deckschicht
zwei andere Produkte, nämlich
Bayer-Polycarbonat, das Cyasorb 5411 UV-Absorptionsmittel enthält, und
Bayer-Polycarbonat, das Cyasorb 3638 UV-Absorptionsmittel enthält, verwendet.
Es wird erwartet, dass die resultierenden Mehrschicht-Strukturen ähnliche
Eigenschaften wie die Mehrschicht-Struktur von Beispiel 1 aufweisen.
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Beispiel 3
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Man
folgt dem Verfahren von Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass ein anderes
Polycarbonat-Material bei der Herstellung der Copolyester/Polycarbonat-Mischung verwendet
wird, aus welcher die Hauptschichtfolie gebildet wird. In diesem
Beispiel wird als Polycarbonat-Material Makrolon 2608-Polycarbonat
von Bayer verwendet. Es wird erwartet, dass die Eigenschaften der
Mehrschicht-Struktur jenen der Mehrschicht-Struktur von Beispiel
1 ähnlich
wären.
