DE923332C - Verfahren zum Weichmachen von polymerisiertem Styrol - Google Patents
Verfahren zum Weichmachen von polymerisiertem StyrolInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Weichmachen von polymerisiertem Styrol. Die verschiedenen
synthetischen Harze, welche durch Polymerisation von Styrol gebildet werden, besitzen physikaiische
Eigenschaften, welche sich in einem weiten Bereich ändern. Dies gilt insbesondere für die
Schmelzbarkeit und Biegsamkeit. Die Polymerisationsprodukte, welche bei hohen Temperaturen
gebildet werden, sind leicht schmelzbar, aber sehr ίο brüchig bei niedrigen Temperaturen. Polymerisationsprodukte,
welche bei Zimmertemperatur gebildet werden, sind dagegen unschmelzbar und relativ zäh. Alle Polymerisationsprodukte des
Styrols haben ausgezeichnete isolierende Eigenschaften, insbesondere bei sehr hohen Frequenzen
in der Größenordnung von io6 Hertz und höher. Für manche elektrische Zwecke ist es jedoch notwendig,
daß das Material biegsamer und weniger brüchig ist, z. B. bei Herstellung von Fäden,
welche bei koaxialen Kabeln benutzt werden, und von Filmen für Isolierzwecke.
Verschiedene Stoffe sind vorgeschlagen worden, um polymerisiertes Styrol plastisch zu machen. In
manchen Fällen ist festgestellt worden, daß diese Stoffe thermoplastische Materialien, wie Celluloseester
und Äther und ganz allgemein polymerisierte Vinylharze, weich machen. Da die chemische Zusammensetzung
der thermoplastischen Kunststoffe
und der weich machenden Stoffe verschieden ist, hat der Erfinder gefunden, daß in vielen Fällen der
plastisch machende Effekt nicht auftritt.
Es hat sich auch in einigen Fällen gezeigt, daß ein beträchtlicher Verlust dieser weich machenden
Stoffe in verhältnismäßig kurzer Zeit auftritt, so daß die plastisch machende Wirkung entsprechend
abnimmt. Der Siedepunkt einer Verbindung kann für praktische Zwecke ein roher Anhaltspunkt für
ίο den Dampfdruck des Materials sein.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dem polymerisieren Styrol eine chemisch stabile
isocyclische Kohlenstoffverbindung mit zwei oder drei kondensierten Benzolringen zugesetzt, welche
ein niedriges elektrisches Moment besitzt, einen Siedepunkt von über 2400 hat und Polystyrol aufquellen
kann. Unter einer stabilen Verbindung wird eine solche verstanden, welche sich in ihrer chemischen
Zusammensetzung unter dem Einfluß der Luft nicht leicht verändert. Das elektrische Moment
hängt von der Struktur der Verbindung ab. Polare Gruppen führen, wenn sie unsymmetrisch angeordnet
sind, zu einem hohen elektrischen Moment und infolgedessen zu einem vergrößerten Lei-
stungsfaktor, wenn das Material mit hohem Frequenzen
beansprucht wird. Einige Sauerstoff enthaltende Gruppen scheinen die Quellwirkung
einiger Verbindungen herabzusetzen. Infolgedessen gehören Verbindungen, welche Oxy-, Hydroxy-
und Ketongruppen enthalten, nicht zum Erfindungsgegenstand. Unsymmetrische Brom- oder
Jodgruppen vergrößern das elektrische Moment in unzulässiger Weise, so daß auch Verbindungen,
welche diese Gruppen enthalten, nicht zum Erfin-
dungsgegenstand gehören. Wenn mehr als eine unsymmetrisch angeordnete Chlorgruppe vorhanden
ist, nimmt das elektrische Moment in unzulässiger Weise zu, so daß auch Verbindungen, die eine
Mehrzahl von unsymmetrischen Chlorgruppen ent-
halten, nicht geeignet sind. Ähnliches gilt auch für eine Mehrheit von unsymmetrischen ätherischen,
carbocyclischen oder carbocyclischen Estergruppen, so daß auch Verbindungen, welche diese Gruppen
enthalten, nicht benutzt werden können. Verbindüngen, die eine einzige Gruppe, d. h. also eine
einzige chlorcarbocyclische oder carbocyclische Estergruppe enthalten, gehören jedoch zum Erfindungsgedanken,
vorausgesetzt, daß diese Gruppe nicht mehr als 5 Kohlenstoffatome enthält. Wenn
nämlich mehr als 5 Kohlenstoffatome vorhanden sind, tritt in manchen Fällen eine unzulässige Vergrößerung
des elektrischen Moments auf. Wenn beträchtlich längere Seitenketten vorbanden sind,
treten die aliphatischen Eigenschaften mehr hervor, und das Polystyrol wird nicht aufquellen. Verbindungen
mit Seitenketten, die nicht mehr als 5 Kohlenstoff atome enthalten, sind jedoch geeignet.
Das elektrische Moment der Verbindung ist genügend niedrig, wenn der Zusatz einer solchen
Menge der Verbindung zu dem Polystyrol, um die Plastizität auf das Fünffache zu bringen, den Leistungsfaktor
bei io6 Hertz nicht mehr als auf das Fünffache erhöht.
Der Weichmacher kann dem" Polystyrol entweder dadurch einverleibt werden, daß man ihn der monomeren
Verbindung vor der Polymerisation hinzufügt oder ihn durch heißes Walzen mit dem polymerisierten
Styrol vereinigt, oder dadurch, daß man ihn mit dem polymerisierten Styrol in einem gemeinsamen
Lösungsmittel auflöst und dann das Lösungsmittel verdampft.
Die folgenden Vergleichszahlen der Einwirkung verschiedener Substanzen auf polymerisiertes
Styrol sind dadurch erhalten worden, daß man 30 g des polymerisierten Styrols in 100 ecm Benzol auflöst.
Die Lösung wird dann 24 Stunden geschüttelt und filtriert und besitzt dann eine Viskosität von
3,30 cm2/Sek. bei 200. Zu 25 g des Filtrats wird
dann eine solche Menge der zu prüfenden Substanz hinzugefügt, daß man den gewünschten
Prozentgejhalt erhält. Nach Zusetzen von 50 ecm Benzol wird die ganze Mischung geschüttelt, um
Lösung zu bewirken. 3 ecm dieser Lösung läßt man über die Oberfläche von reinem, in einer Kristallisationsschale
befindlichem Quecksilber laufen. Der entstehende Film bleibt auf denr Quecksilber
48 Stunden liegen, wird dann entfernt und für weitere 5 Tage aufgehoben, bevor er geprüft wird.
Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die letzten Spuren des Lösungsmittels entfernt sind. Die gewünschten
geprüften Filme hatten eine Dicke von 0,02 bis 0,03 mm.
Es wurden dann Streifen von 9 cm Länge und 5 mm Breite von den Filmen abgeschnitten. Diese
Streifen wurden zwischen zwei Messingstäben von je etwa 6 mm Dicke hindurchgeschickt. Die Messingstäbe
waren auf einer Platte in einem Abstand von 0,1 mm angebracht. Der Film wurde etwa
13 mm unterhalb der Stäbe durch Klemmbacken gefaßt und unter einer Spannung von 200 g gehalten.
Die Klemmbacken wurden dann um einen Winkel von 2800 hin und her bewegt, so daß der
Streifen rund um die Messingstäbe bei jeder Hinundherbewegung gebogen wurde. Die Zahl der
Biegungen, die erforderlich ist, ohne daß der Streifen bricht, ist ein Maß für die Plastizität des
Streifenmaterials. Für Polystyrol selbst ohne einen Zusatz ergibt sich die Biegezahl 8.
Im folgenden ist angegeben, welche Biegezahlen sich bei verschiedenen Prozentgehalten an Weichmacher
ergeben.
Wenn man Phenanthren in verschiedenen Prozentsätzen dem Polystyrol zufügt, ergeben sich folgende
Biegezahlen:
% Phenanthren | Biegezahl |
O | 8 |
5 | 42 |
IO | 79 |
15 | 89 |
20 | 95 |
Filme, welche 20% Phenanthren enthalten, zeigen Anzeichen einer Kristallbildung, woran man
erkennt, daß die Grenze der Löslichkeit erreicht worden ist.
Isoamylnaphthalin, das in Mengen bis zu 20% zugesetzt wurde, vergrößert die Plastizität des
Polystyrols. Der Leistungsfaktor war bei einem Zusatz von 15% 0,0008 bei io6 Hertz. Dies ist der
zulässige Grenzwert.
a-Propylnaphthalin vergrößert die Plastizität des
Polystyrols in Mengen bis zu 15%. Bei höheren Prozentsätzen tritt keine weitere Zunahme der
Plastizität ein. Der Leistungsfaktor einer Mischung,
welche 15% Zusatz enthält, ist 0,0006.
/2-Methylnaphthalin vergrößert die Plastizität,
wenn es in Beträgen bis zu 25% zugefügt wird. Der Leistungsfaktor übersteigt allerdings den Wert
0,001, wenn der Zusatz mehr als 10% beträgt.
Es ist zweckmäßig, den unter die Erfindung fallenden plastisch machenden Materialien andere
Substanzen gegenüberzustellen, welche nicht unter die Erfindung fallen.
Polychlorierte Diphenyle sind ebenfalls zum Weichmachen verwendet worden. Sie sind jedoch
unsymmetrische Verbindungen und erhöhen daher den Leistungsfaktor des Polystyrols in unzulässiger
Weise. Wenn 6°/o von diesen Substanzen zugesetzt werden, erhält man als Biegezahl 40, während der
Leistungsfaktor auf 0,0015 bei io6 Hertz heraufgesetzt
ist.
Dibutylphthalat ist häufiger zum Weichmachen vorgeschlagen worden; es besitzt aber ein hohes
elektrisches Moment. Wenn 2,7 % zugesetzt werden, ergibt sich als Biegezahl der Wert 40, während der
Leistungsfaktor 0,0015 bei io6 Hertz ist.
Bei einem Zusatz von 10% 9-Bromphenanthren ist die Biegezahl nur 33, während der Leistungsfaktor
auf 0,0033 heraufgesetzt ist.
Bei einem Zusatz von 10% Methyl-ß-naplithylketon
ist die Biegezahl 63 und der Leistungsfaktor 0,0126 bei io6 Hertz.
Benzol, Toluol und Xylol sind ebenfalls als Weichmacher vorgeschlagen worden. Infolge ihres
niedrigen Siedepunktes' nimmt aber die Plastizität mit der Zeit rasch ab. Das gleiche gilt für Diphenyl
und Naphthalin, wie sich aus folgender Tabelle ergibt:
Weichmacher | Menge | Alter des 1RiIm « |
Anzahl der Biegungen |
vor dem Bruch. | |||
Diphenyl .... | 10% | ι Woche | 64 |
2 Wochen | 63 | ||
6 Wochen | 56 | ||
20% | ι Woche | 86 | |
2 Wochen | 56 | ||
15% | ι Woche | 49 | |
4 Wochen | 45 | ||
8 Wochen | 41 |
Methylabietat kann ebenfalls gemäß der Erfindung verwendet werden, allerdings nur für begrenzte
Zeiten. Infolge seines Oxydierens zu einem brüchigen Harz, welches unter dem Einfluß des
atmosphärischen Sauerstoffs eintritt, verliert es nach längerer Zeit seine plastisch machende Wirkung.
Aus der folgenden Tabelle kann die Einwirkung der Zeit bei gewissen, unter die Erfindung fallenden
Weichmachern entnommen werden:
Weichmacher | Menge | Alter des Films |
Anzahl der Biegungen |
vor dem Bruch | |||
Phenanthren | 5% | ι Woche | 42 |
4 Wochen | 41 | ||
15% | ι Woche | 89 | |
4 Wochen | 88 | ||
8 Wochen | 88 | ||
12 Wochen | 88 | ||
Isoamyl | |||
naphthalin .. | 5% | ι Woche | 65 |
6 Wochen | 65 | ||
15% | ι Woche | 132 | |
8 Wochen | 126 |
In der nachfolgenden Tabelle sind die verschiedenen Eigenschaften einer Reihe von Substanzen
angegeben, welche gemäß der Erfindung zum Weichmachen benutzt werden können:
Weichmacher Prozentgehalt,
um 40 Biegungen
vor dem Bruch
zu erhalten
Leistungsfaktor bei io6 Hertz
Siedepunkt
Phenanthren
Isoamylnaphthalin
a-Propylnaphthalin
ß-Methylnaphthalin
Fluoren
j3-Naphthylmethyläther
/J-Naphthylmethyläther
Mischung von Octohydroanthracen und
Octohydrophenanthren
Octohydrophenanthren
4,8
2,0
4,8
5,o
5,o
7-0
6,0
2,0
4,8
5,o
5,o
7-0
6,0
6,0
0,0004
0,0003
0,0004
0,0003
0,0007
0,0005
0,0004
0,0003
0,0004
0,0003
0,0007
0,0005
0,0004
0,0003
340 290 284 245 305
274 282
über 300
Polymerisiertes Styrol, welches durch Hinzufügen irgendeiner der erfindungsgemäßen Verbindungen
plastisch gemacht ist, kann besonders für die Konstruktion von dielektrischen Wellenleitern, zur
Isolation in koaxialen Kabeln und für das Dielektrikum von Hochfrequenzkondensatoren verwandet
werden.
Claims (6)
- Patentansprüche:ίο i. Verfahren zum Weichmachen von polymeri-siertem Styrol für Isolationszwecke, bei dem als Weichmachungsmittel eine Kohlenstoffverbindung mit zwei oder drei kondensierten homogenen Benzolringen benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Weichmacher Kohlenstoffverbindungen mit einem über 2400 liegenden Siedepunkt, einem kleinen elektrischen Moment und gegebenenfalls mit Seitenketten, die nicht mehr als 5 Kohlenstoffatome besitzen, verwendet werden.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Weichmacher dem Styrol vor der Polymerisation zugefügt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Weichmacher in das polymerisierte Styrol unter gleichzeitiger Erhitzung eingewalzt wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Weichmacher und das polymerisierte Styrol in einem gemeinsamem Lösungsmittel gelöst werden und daß danach das Lösungsmittel verdampft wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 4 bis 20% Phenanthren, 1 bis 20% Isoamylnaphthalin oder 4 bis 15% α-Propylnaphthalin als Weichmacher benutzt werden.
- 6." Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ger kennzeichnet, daß 5 bis 25% einer Mischung von Octohydrophenanthren und Octohydroanthracen als Weichmacher benutzt werden.19587 1.5S
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CH (1) | CH211929A (de) |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1229295B (de) * | 1961-02-21 | 1966-11-24 | Bayer Ag | Verwendung von aromatischen Verbindungen als Zusatz zu elastisch-thermoplastischen Mischpoly-merisatgemischen zur Verbesserung der Ober-flaechenhaerte |
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Also Published As
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