DE68915034T2

DE68915034T2 - Holzartige polymere Mischung.

Info

Publication number: DE68915034T2
Application number: DE68915034T
Authority: DE
Inventors: William C T Tung
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1988-02-25
Filing date: 1989-02-17
Publication date: 1994-08-18
Anticipated expiration: 2009-02-18
Also published as: TR27009A; JPH01254762A; NO180016B; AU3073589A; NO890776L; BR8900727A; DK89689D0; JPH10152603A; ES2052053T3; EP0330602A2; CA1337885C; NO890776D0; DE68915034D1; TR26940A; US4780483A; DK89689A; EP0330602B1; EP0330602A3; NO180016C; AU607380B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Arbeit ist häufig ein größerer Kostenfaktor, verbunden mit der Herstellung von hölzernen Gegenständen, wie Formteile, Fensterläden, Bilderrahmen, Aufhängevorrichtungen, Fensterbretter und dergleichen. Nichtsdestoweniger wird Holz im allgemeinen bei der Herstellung solcher Gegenstände wegen seiner ästhetischen Schönheit und physikalischen Eigenschaften verwendet. Zahlreiche Kunststoffe könnten leicht zu solchen Gegenständen verformt werden. Jedoch mangelt es solchen Kunststoffgegenständen typischerweise an zahlreichen der erwünschten physikalischen Eigenschaften des Holzes. Aus diesem Grunde sind verformbare Kunststoffe kein zufriedenstellender Ersatz für Holz bei der Herstellung zahlreicher Typen von Gegenständen gewesen, bei denen die physikalischen Eigenschaften des Holzes erwünscht sind.
Milliarden von Flaschen aus Polyethylenterephthalat (PET), die eine große Vielzahl von kohlensäurehaltigen Getränken enthalten, sind an Verbraucher verkauft worden. Dies ergibt Hunderte von Millionen Pfund von PET-Flaschen, die jährlich verkauft werden müssen. Aus Umwelt- und ökonomischen Gründen würde es in hohem Maße wünschenswert sein, zusätzliche Verwendungen für diese riesige Menge von Getränkeflaschen aus Abfall-PET zu finden. Zum Beispiel würde es in hohem Maße erwünscht sein, Abfall-PET zu nützlichen Produkten auf zuarbeiten.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindungsgegenstand offenbart eine polymere Mischung, die zu Gegenständen verformt werden kann, die physikalische Eigenschaften haben, welche ähnlich denjenigen des Holzes sind.
Diese holzartigen Gegenstände können in ähnlicher Weise wie Holz gebohrt, gesägt, genagelt und gehobelt werden. Diese geformten polymeren Gegenstände nehmen auch wie Holz Schrauben an. Zusätzlich können zu den polymeren Mischungen Pigmente oder Farbstoffe zugegeben werden, um die gewünschten Farbeigenschaften zur Verfügung zu stellen. In der Tat können geeignete Pigmente der polymeren Mischung zugegeben werden, um so Gegenstände herzustellen, die wie Holz aussehen.
Die polymeren Mischungen, die gemäß dieser Erfindung hergestellt werden, umfassen Polyethylenterephthalat, ein Polycarbonat und 5-Phenyltetrazol. Das in diesen polymeren Mischungen verwendete Polyethylenterephthalat kann ein aufgearbeitetes Polyethylenterephthalat, wie Abfall-PET von Getränkeflaschen, sein.
Diese Erfindung offenbart in besonderer Weise eine polymere Mischung, die zu Gegenständen mit holzartigen physikalischen Eigenschaften verformt werden kann, welche im wesentlichen aus (1) mindestens 80 Gewichtsprozent Polyethylenterephthalat, (2) von 1 bis 20 Gewichtsprozent eines Polycarbonats und (3) von 0,3 bis 2 Gewichtsprozent 5-Phenyltetrazol besteht
Diese Erfindung offenbart weiterhin eine polymere Mischung, die zu Gegenständen mit holzartigen physikalischen Eigenschaften verformt werden kann, welche im wesentlichen bestehen aus (1) mindestens 80 Gewichtsprozent Polyethylenterephthalat, (2) von 1 bis 20 Gewichtsprozent eines Polycarbonats und (3) von 0,3 bis 2 Gewichtsprozent eines Treibmittels, das eine Zersetzungstemperatur hat, die innerhalb des Bereichs von etwa 205ºC bis etwa 320ºC liegt.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die polymeren Mischungen dieser Erfindung können durch einfaches Vermischen des PET, des Polycarbonats und des 5- Phenyltetrazols hergestellt werden. Diese polymeren Mischungen sind in einfacher Weise ein Gemisch von PET, dem Polycarbonat und dem 5-Phenyltetrazol. Die bei der Herstellung der polymeren Mischung verwendeten drei Komponenten können unter Verwendung beliebiger Technik gemischt werden, die eine im wesentlichen homogene Mischung liefert. Es ist nicht erforderlich, das Gemisch der drei Komponenten zu schmelzen, um zufriedenstellende Ergebnisse zu erreichen.
Die polymeren Mischungen dieser Erfindung enthalten im allgemeinen 80 bis 99 Gew% PET, von 1 bis 20 Gew% Polycarbonat und von 0,3 bis 2 Gew% 5-Phenyltetrazol. Für die polymere Mischung wird im allgemeinen bevorzugt, daß sie von 88 Gew% bis 96 Gew% PET, von 4 Gew% bis 12 Gew% Polycarbonat und von 0,4 Gew% bis 1 Gew% 5-Phenyltetrazol enthält. Für die polymere Mischung wird normalerweise noch mehr bevorzugt, daß sie von 0,5 bis 0,8 Gew% 5-Phenyltetrazol enthält. Diese Gewichtsprozentangaben basieren auf dem Gesamtgewicht des polymeren Gemisches. Farbstoffe, Pigmente, Mittel zur Verhinderung des polymeren Abbaus und andere erwünschte Zusätze können auch zu der polymeren Mischung zugegeben werden.
Das verwendete PET wird normalerweise eine Grenzviskosität von mindestens 0,5 dl/g, gemessen in einem 60/40 Phenol/Tetrachlorethan-Lösungssystem bei 30ºC, aufweisen. Aus praktischen Gründen wird das PET normalerweise eine Grenzviskosität haben, die innerhalb des Bereichs von 0,65 dl/g bis etwa 2,0 dl/g liegt. Für praktische Gründe wird das verwendte PET am häufigsten eine Grenzviskosität haben, die innerhalb des Bereichs von 0,7 dl/g bis etwa 1,2 dl/g liegt. Geeignetes PET- Harz ist von einer Vielzahl von Quellen im Handel erhältlich.
Zum Beispiel Cleartuf 7202, Cleartuf 8502 und Cleartuf 1002, die eine Grenzviskosität von 0,72 dl/g, 0,85 dl/g und 1,04 dl/g haben, können in den polymeren Mischungen dieser Erfindung verwendet werden. Wiederaufgearbeitetes PET, das aus Getränkeflaschen aus Abfall-PET oder anderen Quellen gewonnen worden ist, kann ebenfalls bei der Herstellung solcher polymeren Mischungen verwendet werden.
Die in den polymeren Mischungen dieser Erfindung verwendeten Polycarbonate sind eine wohlbekannte Klasse von Polymeren, wobei auf "Aromatic polyesters of carbonic acid" von H. Schnell in seinem Aufsatz in "Angewandte Chemie", Band 68, Nr.20, Seiten 633-660, vom 21. Oktober 1956, hingewiesen wird, und werden folglich einfacher durch den Ausdruck "aromatische Polycarbonate" in dem Buch von dem gleichen Autor mit dem Titel "Chemistry and Physics of Polycarbonates", Interscience Publishers, New York (1964) bezeichnet. Dieses Buch wird hierin als Referenz eingearbeitet, um unnötige Wiederholung, wie die Art, in der die Polycarbonate hergestellt werden, ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften und andere detaillierte Informationen, betreffend diese Polymere und ihre Vorstufen, zu vermeiden.
Für Zwecke der vorliegenden Erfindung ist es besonders wünschenswert, die aromatischen Polycarbonate einzusetzen, die als lineare Kondensationsprodukte von Kohlensäure mit einem 4,4'-Dihydroxy-diphenyl-alkan, einem 4,4'-Dihydroxy-triphenylalkan oder einem 4,4'-Dihydroxy-diphenyl-cycloalkan bezeichnet werden können, in denen das Brückenglied zwischen den hydroxysubstituierten Phenylkernen mindestens 2 bis zu etwa 9 Kohlenstoffatome enthält, die frei von aliphatischer Ungesättigtheit sind. In noch besondererer Weise sind die bevorzugten aromatischen Polycarbonate jene linearen Polymere, die durch die wiederholende oder wiederkehrende Struktureinheit der Formel
definiert sind, in der X ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest mit einer Gesamtzahl von 2 bis zu etwa 9 Kohlenstoffatomen ist, der aus der Gruppe, bestehend aus
ausgewählt ist, wobei R&sub1; ein Glied darstellt, das aus der Gruppe, bestehend aus Wasserstoff und niederen Alkylgruppen, wie Methyl, Ethyl oder Propyl, ausgewählt ist, und R&sub2; ein Glied darstellt, das aus der Gruppe, umfassend Phenylgruppe und Alkylgruppen mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen, ausgewählt ist. Diese aromatischen Polycarbonate können mit Molekulargewichten von etwa 18 000 bis zu 500 000 oder mehr erhalten werden, doch für Zwecke der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, jene Polycarbonate mit einem mittleren Molekulargewicht zu verwenden, das zwischen etwa 20 000 und etwa 250 000 und vorzugsweise zwischen etwa 25 000 und etwa 150 000 fällt.
Aus Gründen der Ökonomie und der Verfügbarkeit ist es besonders nützlich, die vorliegende Erfindung mit dem aromatischen Polycarbonat auszuüben, was aus 4,4'-Dihydroxy-diphenyl- 2,2-propan - noch allgemeiner bezeichnet als "Bisphenol A" - -erhalten worden ist und durch die nachstehende Formel pveranschaulicht wird.
Jedoch kann man gute Ergebnisse auch mit dem Polycarbonat erreichen, das sich ableitet von 4,4'-Dihydroxy-diphenyl-methyl-phenyl-methan mit der Formel
Andere geeignete aromatische Polycarbonate für die Zwecke der vorliegenden Erfindung umfassen solche, die sich von Kohlensäureestern der folgenden aromatischen Dihydroxyverbindungen ableiten:
4,4'-Dihydroxy-diphenyl-1,1-ethan
4,4'-Dihydroxy-diphenyl-1,1-butan,
4,4'-Dihydroxy-diphenyl-1,1-isobutan,
4,4'-Dihydroxy-diphenyl-1,1-cyclopentan,
4,4'-Dihydroxy-diphenyl-1,1-cyclohexan,
4,4'-Dihydroxy-diphenyl-phenyl-methan,
4,4'-Dihydroxy-diphenyl-2,2-butan,
4,4'-Dihydroxy-diphenyl-2,2-pentan,
4,4'-Dihydroxy-diphenyl-2,2-hexan,
4,4'-Dihydroxy-diphenyl-2,2-isohexan,
4,4'-Dihydroxy-diphenyl-2,2-heptan,
4,4'-Dihydroxy-diphenyl-2,2-octan,
4,4'-Dihydroxy-diphenyl-2,2-nonan,
4,4'-Dihydroxy-diphenyl-ethyl-phenyl-methan,
4,4'-Dihydroxy-diphenyl-3,3-pentan und
4,4'-Dihydroxy-diphenyl-4,4-heptan.
Die Polycarbonate dieser Verbindungen, d.h. die daraus hergestellten Kohlensäurepolyester können durch das angefügte Prefix "Poly" und das Suffix "-carbonat" zur Bezeichnung der besonderen aromatischen Verbindung benutzt werden. Alle diese aromatischen Polycarbonate sind nahe verwandt im Sinne von Molekularstruktur und chemischen Eigenschaften mit nur wenigen Ausnahmen, sogar wenn die Phenylkerne weiter durch niedere Alkylgruppen, Halogenatome, Methoxygruppen und dergleichen substituiert sind oder wenn Copolymere aus verschiedenen aromatischen Dihydroxyverbindungen gebildet werden.
Das in der polymeren Mischung verwendete 5-Phenyltetrazol wirkt als Hochtemperaturtreibmittel. 5-Phenyltetrazol hat die folgende Strukturformel:
Es wird angenommen, daß andere Mittel als 5-Phenyltetrazol, die Zersetzungstemperaturen innerhalb des Bereichs von 205ºC bis 320ºC haben, ebenfalls verwendet werden können.
Nachdem die polymere Mischung hergestellt worden ist, kann sie unter Verwendung üblicher Techniken verformt werden. Zum Beispiel kann die polymere Mischung spritzgegossen oder extrudiert in eine breite Vielzahl von hergestellten Gegenständen mit physikalischen Eigenschaften werden, die sehr ähnlich jenen des Holzes sind. Dieser Formgebungsprozeß kann typischerweise bei einer Temperatur durchgeführt werden, die innerhalb des Bereichs von etwa 200ºC bis etwa 300ºC liegt. Es wird normalerweise für das Spritzguß- oder Strangpreßverfahren bevorzugt, daß es bei einer Temperatur durchgeführt wird, die innerhalb des Bereichs von 210ºC bis 270ºC liegt. Im allgemeinen wird für das Spritzgießen oder Extrudieren am meisten bevorzugt, daß es bei einer Temperatur durchgeführt wird, die innerhalb des Bereichs von etwa 220ºC bis etwa 260ºC liegt. Das 5-Phenyltetrazol wird die polymere Mischung bei erhöhter Formgebungstemperatur aufschäumen oder aufblasen. Dies liefert den holzartigen Gegenstand, der mit einer Dichte erzeugt worden ist, die innerhalb des Bereichs von etwa 0,5 g/ml bis etwa 0,8 g/ml liegt. Um die physikalischen Eigenachaften zu erreichen, die am nächsten jene des Holzes simulieren, ist es bevorzugt für den holzartigen Gegenstand , daß er hergestellt worden ist, um die Dichte zu haben, die innerhalb des Bereichs von etwa 0,6 g/ml bis etwa 0,7 g/ml liegt. Die Dichte des herzustellenden holzartigen Gegenstandes kann durch Variieren der Menge des in der polymeren Mischung verwendeten 5-Phenyltetrazols gesteuert werden.
Die Techniken der Erfindung bei der Herstellung von Gegenständen, die komplizierte Ausführungsformen haben, die spritzgegossen oder extrudiert werden können, sind von größtem Wert. Zum Beispiel sind die verpreßten Gegenstände dieser Erfindung von besonderem Wert bei der Herstellung von Preßteilen, Fensterländen, Bilderrahmen, Aufhängevorrichtungen und Fensterbrettern. Durch Verwendung der polymeren Mischung und der Techniken dieser Erfindung können solche Gegenstände hergestellt werden, die physikalische Eigenschaften haben, welche demjenigen des Holzes sehr ähnlich sind. Demgemäß können solche Gegenstände gebohrt, gesägt und gehobelt werden in sehr ähnlicher Weise wie Holz. Außerdem nehmen solche Gegenstände Schrauben und Nägel auf wie Holz. Jedoch bieten solche Gegenstände einen bedeutungsvollen Vorteil gegenüber wirklichen Holzgegenständen, indem sie nicht verrotten oder verfaulen, nicht einmal unter schwierigen Umweltbedingungen.
Die vorliegende Erfindung wird in den folgenden Beispielen detallierter beschrieben. Diese Beispiele dienen lediglich zum Zweck der Veranschaulichung und sind nicht als Begrenzung des Umfangs der Erfindung oder der Art und Weise, in der sie praktiziert werden kann, zu betrachten. Wenn nichts Besonderes in anderer Weise angegeben ist, beziehen sich alle Teile und Prozentangaben auf das Gewicht.

Beispiel 1

Bei diesem Versuch wurde eine Mischung mit Eigenschaften sehr ähnlich denen des Holzes durch Spritzgießen hergestellt. Es wurde eine polymere Mischung durch Vermischen von 0,895 Teilen Polyethylenterephthalat mit einer Grenzviskosität von 0,7 mit 0,1 Teilen Polycarbonat und 0,005 Teilen 5-Phenyltetrazol hergestellt. Die hergestellte polymere Mischung wurde durch einfaches trockenes Vermischen der drei Komponenten hergestellt. Die polymere Mischung wurde dann spritzgegossen in einen 5" x 1,75" x 0,625" (12,7 cm x 4,5 cm x 1,59 cm) Preßling. Dieses Verformen wurde unter Verwendung einer Zylindertemperatur von etwa 243ºC, einer Düsentemperatur von etwa 260ºC, einer Preßtemperatur von etwa 16ºC, einem Spritzgießzeitzyklus von etwa 60 Sekunden und einem Zeitzyklus in geschlossener Form von etwa 60 Sekunden hergestellt.
Der erzeugte Gegenstand war ein harter, holzartiger, fester Gegenstand mit einer spezifischen Dichte von etwa 0,63 g/ml. Der Gegenstand konnte gesägt oder gebohrt werden und nahm Nägel und Schrauben so leicht wie natürliches Holz auf Demzufolge hatte der hergestellte Gegenstand alle der am meisten erwünschten physikalischen Eigenschaften des Holzes.

Vergleichsbeispiel 2

Bei diesem Versuch wurde das in Beispiel 1 angewendete Verfahren wiederholt, aber mit der Maßgabe, daß 5-Phenyltetrazol nicht in das polymere Gemisch eingeschlossen war. Bei diesem Versuch war der durch Spritzgießen erzeugte Gegenstand im höchsten Maße unakzeptabel und minderwertig. Dieser ohne Verwendung von 5-Phenyltetrazol hergestellte Gegenstand hatte gewißlich nicht die physikalischen Eigenschaften, die jenen von natürlichem Holz ähneln. Dieses Beispiel zeigt, daß eine einfache Mischung von PET und Polycarbonat nicht bei der Herstellung von Spritzgußgegenständen mit holzartigen physikalischen Eigenschaften in Abwesenheit von 5-Phenyltetrazuol angewendet werden kann.
Die US-PS 3 470 114 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines geschäumten Polyesters, wie Polyethylenterephthalat, durch Umsetzen eines homogenen Gemisches des Polyesters mit einem aromatischen Polycarbonat. Jedoch offenbart die US-PS 3 470 114 nicht die Verwendung eines Treibmittels, wie 5-Phenyltetrazol, bei der Herstellung von geschäumten Polyestern. Dieses Beispiel zeigt, daß derart geformte Polyester, die ohne Verwendung von 5-Phenyltetrazol als Treibmittel hergestellt worden sind, nicht die physikalischen Eigenschaften besitzen, die jene von natürlichem Holz simulieren.

Vergleichsbeispiel 3

Bei diesem Versuch wird das in Beispiel 1 angewendete Verfahren wiederholt mit der Maßgabe, daß das Polycarbonat nicht in das polymere Gemisch eingearbeitet war. Bei diesem Versuch konnte das polymere Gemisch, dem das Polycarbonat fehlt, nicht sauber spritzgegossen werden. Die erzeugten Gegenstände hatten keine korrekten Dimensionen und waren von in höchstem Maße irregulärer Form. In der Tat enthielten die Gegenstände, die unter Verwendung dieser Technik hergestellt worden waren, ungleichmäßige Lücken, die wahrscheinlich das Ergebnis von zusammengefallenen Zellen waren. Demzufolge zeigt dieses Beispiel in klarer Weise, daß es erforderlich ist, ein Polycarbonat in der Spritzgußmischung zu verwenden.
Die GB-PS 1 570 230 offenbart eine Zusatzmischung, die ein chemisches Treibmittel, wie 5-Phenyltetrazol, und einen gesättigten Polyester mit einem kristallinen Schmelzpunkt von 100 bis 220ºC und einer Viskositätszahl von 0,4 bis 1,6 dl/g, wie PET, umfaßt. Jedoch offenbart die GB-PS 1 570 320 nicht die Verwendung eines Polycarbonats in derartigen Mischungen . Dieses Beispiel zeigt, daß derartige Mischungen, die kein Polycarbonat enthalten , in hohem Maße minderwertig zur Verwendung bei Spritzgießgegenständen sind, die holzartige physikalische Eigenschaften haben.
Obwohl bestimmte repräsentative Ausführungsformen zum Zwecke der Veranschaulichung dieser Erfindung gezeigt worden sind, ist es für den Fachmann ersichtlich, daß zahlreiche Änderungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne sich vom Umfang der Erfindung zu entfernen.

Claims

1. Eine polymere Mischung, die zu Gegenständen mit holzartigen physikalischen Eigeschaften geformt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus (1)) mindestens 80 Gewichtsprozent Polyethylenterephthalat, (2) von 1 bis 20 Gewichtsprozent eines Polycarbonats und (3) 0,3 bis 2 Gewichtsprozent eines Treibmittels besteht, das eine Zersetzungstemperatur hat, die innerhalb des Bereichs von 205ºC bis 320ºC liegt.

2. Eine polymere Mischung wie in Anspruch 1 angegeben, bestehend im wesentlichen aus (1) mindestens 88 Gewichtsprozent Polyethylenterephthalat, (2) von 4 bis 12 Gewichtsprozent Polycarbonat und (3) 0,4 bis 1 Gewichtsprozent des besagten Treibmittels.

3. Eine polymere Mischung wie in Anspruch 1 oder 2 angegeben, dadurch gekennzeichnet, daß die polymere Mischung von 0,5 bis 0,8 Gewichtsprozent des besagten Treibmittels enthält und weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Treibmittel 5- Phenyltetrazol ist.

4. Eine polymere Mischung wie in irgendeinem der vorstehenden Ansprüche angegeben, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Polycarbonat ein aromatisches Polycarbonat ist.

5 Eine polymere Mischung wie in irgendeinem der vorstehenden Ansprüche angegeben, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Polycarbonat unter Verwendung von 4,4'-Dihydroxy-diphenyl-2,2- propan hergestellt wurde.

6. Eine polymere Mischung wie in irgendeinem der vorstehenden Ansprüche angegeben, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyethylenterephthalat eine Grenzviskosität hat, die innerhalb des Bereiches von 0,65 bis 2,0 dl/g, gemessen in einem 60/40 Phenol/Tetrachlorethan-Lösungssystem bei 30ºC, liegt und weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Polycarbonat ein Molekulargewicht hat, das innerhalb des Bereichs von 20 000 bis 200 000 liegt.

7. Ein Gegenstand mit holzartigen physikalischen Eigenschaften, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er aus einer polymeren Mischung, wie in irgendeinem der vorstehenden Ansprüche beschrieben, besteht.

8. Ein Gegenstand wie in Anspruch 7 angegeben, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück eine Dichte hat, die innerhalb der Bereichs von 0,6 g/ml bis 0,7 g/ml liegt.