NO180016B - Trelignende materiale på basis av polyethylenterefthalat og polycarbonat - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et trelignende materiale på basis av polyethylenteref-thalat og polycarbonat.

Arbeidslønnen er ofte en vesentlig kostnad forbundet

med fremstilling av gjenstander av tre, som f.eks. profillister, skodder, billedrammer, hengere, vinduskarmer og lig-nede. Ikke desto mindre blir tre mye brukt for fremstilling av slike gjenstander på grunn av dets estetiske og fysiske egenskaper. En rekke plastmaterialer vil lett kunne formes til slike gjenstander. Imidlertid mangler disse plastmaterialer som oftest mange av treets ønskelige fysiske egenskaper. Der-for er formbare plastmaterialer ikke blitt noen tilfredsstillende erstatning for trematerialer ved fremstilling av mange typer gjenstander hvor treets fysiske egenskaper er ønskelige.

Milliarder av flasker av polyethylenterefthalat (PET) inneholdende et stort utvalg av kullsyreholdige drikker selges til forbrukerne. Dette resulterer i at man årlig må kvitte seg med hundre tusener av tonn PET-flasker. Ut fra miljøvernhensyn og av økonomiske grunner ville det være sterkt ønskelig å

finne en annen bruk for denne store mengde brukte PET-flasker. Eksempelvis ville det være meget ønskelig å tilbakeføre PET-skrap i nyttig produksjon.

I US patentskrift nr. 3 470 114 beskrives en fremgangs-måte for fremstilling av en oppskummet polyester, som f.eks. polyethylenterefthalat, ved omsetning av en homogen blanding av polyesteren med et aromatisk polycarbonat. I patentskriftet nevnes imidlertid ikke bruk av esemidler, som f.eks. 5-fenyl-tetrazol, ved fremstillingen av slike oppskummede polyestere.

I britisk patentskrift nr. 1 570 320 beskrives en additivblanding som utgjøres av et kjemisk esemiddel, som f.eks. 5-fenyltetrazol, og en mettet polyester med et krystal-linsk smeltepunkt på fra 100 til 220 °C og en redusert vis-kositet på fra 0,4 til 1,6 dl/g, som f.eks. PET. I patentskriftet sies det imidlertid intet om bruk av polycarbonat i slike blandinger.

Polymermaterialet ifølge foreliggende oppfinnelse lar seg forme til gjenstander med tilsvarende fysiske egenskaper som trematerialer. Disse trelignende gjenstander kan bores, sages, spikres og høvles på tilsvarende måte som trematerialer, og de er i stand til å holde på skruer på tilsvarende måte som trematerialer. Videre kan det settes pigmenter eller farvestoffer til polymermaterialet for å frembringe de ønskede fargeegenskaper. Polymermaterialet kan således tilsettes slike egnede pigmenter at gjenstander fremstilt av materialet blir seende ut som tre.

Polymermaterialet ifølge oppfinnelsen utgjøres av polyethylenteref thalat, et polycarbonat og et skummingsmiddel. Polyethylenterefthalatet som benyttes i disse polymermaterialer, kan være resirkulert polyethylenteref thalat, f .eks:, brukte PET-flasker.

Med foreliggende oppfinnelse tilveiebringes således et polymermateriale som kan formes til gjenstander med fysiske egenskaper som ligner egenskapene hos trevirke, kjennetegnet ved at det utgjøres av (1) minst 88 vekt% polyethylenteref-thalat, (2) fra 4 til 11,7 vekt% av et polycarbonat og (3) fra 0,3 til 2 vekt% av et skummingsmiddel som har en spaltningstemperatur i området fra 205 til 320°C.

Polymermaterialet inneholder som skummingsmiddel fortrinnsvis 5-fenyl-tetrazol. Det foretrekkes at polymermaterialet inneholder fra 0,4 til 1 vekt%, mer foretrukket fra 0,5 til 0,8 vekt%, 5-fenyltetrazol.

Polymermaterialene ifølge oppfinnelsen kan fremstilles ved at man ganske enkelt blander sammen PET-materialet, polycarbonatet og 5-fenyltetrazolen. Disse polymermaterialer ut-gjøres ganske enkelt av en blanding av PET-materialet, polycarbonatet og 5-fenyltetrazolen. De tre bestanddeler som benyttes for fremstilling av polymermaterialet, kan blandes sammen under anvendelse av en hvilken som helst teknikk som resulterer i en hovedsakelig homogen blanding. Det er ikke nød-vendig å smelteblande de tre bestanddeler for å oppnå tilfredsstillende resultater.

Det PET som benyttes vil vanligvis ha en egenviskositet på minst 0,5 dl/g, målt i et 60/40 fenyl/tetraklorethan-opp-løsningsmiddelsystem ved 30 °C. Av praktiske grunner vil PET-materialet vanligvis ha en egenviskositet som ligger i området fra 0,65 dl/g til 2,0 dl/g. Av praktiske grunner vil det be-nyttede PET-materiale som oftest ha en egenviskositet i området fra 0,7 dl/g til 1,2 dl/g. Egnet PET-harpiks kan kjøpes fra en rekke leverandører. Eksempelvis kan "Cleartuf" 7202, "Cleartuf" 8502 og "Cleartuf" 1002, som har egenviskositet på henholdsvis 0,72 dl/g, 0,85 dl/g ogl,04 dl/g, benyttes i polymermaterialene ifølge oppfinnelsen. Resirkulert PET

som er blitt gjenvunnet fra brukte PET-flasker eller annet PET-skrapmateriale, kan også benyttes for fremstilling av disse polymermaterialer.

Polycarbonatene som anvendes i polymermaterialene ifølge oppfinnelsen, tilhører en velkjent klasse polymerer som er blitt betegnet som "aromatiske polyestere av carbonsyre" av H. Schnell i hans artikkel i Angewandte Chemie, Vol. 68,

nr. 20, sider 633-660, 21. oktober 1956, og som senere er blitt gitt den enklere betegnelse "aromatiske polycarbonater" i en bok av samme forfatter, med tittel "Chemistry and Physics of Polycarbonates", Interscience Publishers, New York (1964). I denne bok redegjøres det for hvordan polycarbonatene fremstilles, for deres fysiske og kjemiske egenskaper og for andre enkeltheter vedrørende disse polymerer og deres forløpere.

For formålet med den foreliggende oppfinnelse er det særlig ønskelig å benytte de aromatiske polycarbonater som kan betegnes som rettkjedede kondensasjonsprodukter av carbonsyre med et 4,4<1->dihydroxy-difenyl-alkan, et 4,4'-dihydroxy-trifenyl-alkan eller et 4,4<1->dihydroxy-difenyl-cyclo-alkan i hvilket den brodannende gruppe mellom de hydroxysub-stituerte fenylkjerner inneholder minst 2 og inntil 9 carbonatomer og er fri for alifatisk umettethet. Mer spesielt utgjøres de foretrukne aromatiske polycarbonater av de rettkjedede polymerer som er bygget opp av den gjentagende eller tilbakevendende strukturenhet med formelen: hvor X er et toverdig hydrocarbonradikal med totalt fra 2 til 9 carbonatomer, valgt blant:

hvor R^ er valgt blant hydrogen og lavere alkylgrupper, som f.eks. methyl, ethyl eller propyl, og R£ er valgt blant fenyl og alkylgrupper inneholdende 1-7 carbonatomer. Disse aromatiske polycarbonater kan fremstilles med molekylvekt fra 18 000

og opp til 500 000 eller mer, men for formålet med den foreliggende oppfinnelse er det ønskelig å benytte de polycarbonater som har en midlere molekylvekt på mellom 20 000 og 250 000, fortrinnvis mellom 25 000 og 150 000.

Av økonomiske grunner og fordi det er lett å skaffe tilveie, er det særlig gunstig å benytte det aromatiske polycarbonat som fåes fra 4 , 4 1 -dihydroxy-dif enyl-2 , 2-propctn , som vanligvis betegnes som "bisfenol A", og som har formelen:

Imidlertid kan gode resultater også oppnåes med det polycarbonat som fåes fra 4,4'-dihydroxy-difenyl-methyl-fenyl-methan med formelen:

Andre egnede aromatiske polycarbonater for det foreliggende formål, innbefatter dem som er avledet som carbonsyrees-tere av de følgende dihydroxyaromatiske forbindelser: 4,4'-dihydroxy-difenyl-1,1-ethan,

4,4'-dihydroxy-difenyl-1,1-butan,

4,4'-dihydroxy-difenyl-1,1-isobutan,

4,4'-dihydroxy-difenyl-1,1-cyclopentan,

4,4'-dihydroxy-difenyl-1,1-cyclohexan,

4,4'-dihydroxy-difenyl-fenyl-methan,

4,4'-dihydroxy-difenyl-2,2-butan,

4,4'-dihydroxy-difenyl-2,2-pentan,

4,4'-dihydroxy-difenyl-2,2-hexan,

4,4'-dihydroxy-difenyl-2,2-isohexan,

4,4'-dihydroxy-difenyl-2,2-heptan,

4,4'-dihydroxy-difenyl-2,2-oetan,

4,4'-dihydroxy-difenyl-2,2-nonan,

4,4'-dihydroxy-difenyl-ethyl-fenyl-methan,

4,4'-dihydroxy-difenyl-3,3-pentan og

4,4'-dihydroxy-difenyl-4,4-heptan.

Polycarbonatene av disse forbindelser, dvs. de derav fremstilte carbonsyrepolyestere, kan benevnes ved tilføyelse av prefikset "poly" og suffikset "carbonat" til navnet på

den angjeldende aromatiske forbindelse. Alle de aromatiske polycarbonater er innbyrdes beslektede med hensyn til mole-kylstruktur og kjemiske egenskaper, med bare noen få unntak, selv når fenylkjerene er ytterligere substituert med lavere alkylgrupper, halogenatomer, methoxygrupper og lignende, eller når copolymerene er blitt dannet fra andre aromatiske dihyd-roxyforbindelser.

5-fenyltetrazolen som fortrinnsvis benyttes i polymermaterialet, tjener som et høytemperaturskummemiddel. 5-fenyltetrazol har den følgende strukturformel:

Det ansees at også andre skummemidler enn 5-fenyltetrazol,

og som har spaltnings temperatur i området fra 205 til 320°C, kan benyttes.

Etter at polymermaterialet er blitt fremstilt, kan

det formes under anvendelse av konvensjonelle metoder. Eksempelvis kan polymermaterialet sprøytestøpes eller ekstruderes til et stort utvalg av fremstilte artikler med fysikalske egenskaper som er meget lik egenskapene av trematerialer. Denne formningsprosess vil vanligvis bli utført ved en temperatur i området fra 200 til 300°C. Det vil vanligvis være

å foretrekke å utføre støpe- eller ekstruderingsprosessen

ved en temperatur i området fra 210 til 270°C. Mest foretrukket vil det vanligvis være å utføre støpe- eller ekstruderingsprosessen ved en temperatur i området fra 220 til 260°C. 5-fenyltetrazolen vil skumme opp eller ese opp polymermaterialet ved den forhøyede støpetemperatur. Dette resulterer i at den trelignende gjenstand får en densitet i området fra 0,5 til 0,8. For oppnåelse av fysiske egenskaper som ligger nærmest mulig opp til egenskapene av trematerialer vil det foretrekkes at den fremstilte gjenstand har en densitet i området fra 0,6 til 0,7. Densiteten av den fremstilte gjenstand av trelignende karakter kan reguleres ved at mengden

av 5-fenyltetrazol som benyttes polymermaterialet, varieres.

Teknikken som den foreliggende oppfinnelse er basert på, er av største interesse ved fremstilling av gjenstander av komplisert utformning som kan sprøytestøpes eller ekstruderes. Eksempelvis er støpematerialene ifølge oppfinnelsen spesielt nyttige for fremstilling av profillister, skodder, billedrammer, hengere og vinduskarmer. Ved bruk av polymermaterialet ifølge oppfinnelsen kan det fremstilles gjenstander med fysiske egenskaper som er meget lik trematerialers egenskaper. Gjenstandene oppviser imidlertid betydelige fordeler fremfor gjenstander av trematerialer ved at de ikke vil råtne eller brytes ned, selv under strenge omgivelsesbetingelser.

Oppfinnelsen beskrives nærmere i de følgende eksempler. Med mindre annet er angitt, er alle deler og prosentangivelser regnet på vektbasis.

Eksempel 1

Ved sprøytestøping ble det fremstilt et materiale med egenskaper som var meget lik egenskapene av trevirke. Et polymermateriale ble fremstilt ved å blande 0,895 deler polyethylenteref thalat med egenviskositet på 0,7 med 0,1 del polycarbonat og 0,005 del 5-fenyltetrazol. Polymermaterialet ble fremstilt ved at man ganske enkelt blandet de tre bestanddeler sammen. Polymermaterialet ble så sprøytestøpt inn i en form av dimensjoner 12,7 cm x 4,45 cm x 1,59 cm. Støpingen ble fore-tatt under anvendelse av en sylindertemperatur på 243 °C, en dysetemperatur på ca. 260 °C, en støpeformtemperatur på ca. 16 °C, en innsprøytningssyklustid på ca. 60 sekunder og en syklustid hvor formen er lukket, på ca. 60 sekunder.

Den fremstilte gjenstand var av et sterkt, trelignende, fast materiale med en spesifikk vekt på ca. 0,63. Gjenstanden kunne sages og bores i og ga like godt hold for spiker og skruer som naturlig trevirke. Den fremstilte gjenstand opp-viste således alle de mest ønskelige fysiske egenskaper hos trevirke.

Eksempel 2 ( Sammenligningseksempel)

Fremgangsmåten benyttet i eksempel 1 ble gjentatt, bortsett fra at 5-fenyltetrazol ikke ble innlemmet i polymermaterialet. Gjenstanden som ble fremstilt ved sprøytestøping, var helt klart uakseptabel og av dårlig kvalitet. Denne gjenstand, som var fremstilt uten bruk av 5-fenyltetrazol, hadde ikke fysiske egenskaper som lignet egenskapene av naturlig trevirke. Eksemplet viser at en enkel blanding av PET og polycarbonat ikke kan anvendes for fremstilling av støpte gjenstander med tilsvarende egenskaper som trevirke i fravær av 5-fenyltetrazol. Slike oppskummede polyestere som fremstilles uten 5-fenyltetrazol som esemiddel, har ikke fysiske egenskaper som ligner egenskapene av naturlig trevirke.

Eksempel 3 ( Sammenligningseksempel)

Fremgangsmåten ifølge eksempel 1 ble gjentatt, bortsett fra at polycarbonatet ble utelatt fra polymermaterialet. I dette tilfelle kunne polymermaterialet uten polycarbonat ikke sprøytestøpes på tilfredsstillende måte. De fremstilte gjenstander hadde ikke de riktige dimensjoner, men hadde en meget uregelmessig form. Gjenstandene fremstilt på denne måte inne-holdt hulrom av ujevn størrelse, sannsynligvis som følge av sammenklappede celler. Dette eksempel viser således klart at det er nødvendig å benytte et polycarbonat i støpematerialet.

Slike blandinger eller materialer som ikke inneholder et polycarbonat, er meget underlegne når det gjelder anvendelse for støping av gjenstander med tilsvarende fysiske egenskaper som trevirke.

Claims (7)

1. Polymermateriale som kan formes til gjenstander med fysiske egenskaper som ligner egenskapene hos trevirke, karakterisert ved at det utgjøres av (1) minst 88 vekt% polyethylenterefthalat, (2) fra 4 til 11,7 vekt% av et polycarbonat og (3) fra 0,3 til 2 vekt% av et skummingsmiddel som har en spaltningstemperatur i området fra 205 til 320°C.

2. Polymermateriale ifølge krav 1, karakterisert ved at det som skummingsmiddel inneholder 5-fenyltetrazol.

3. Polymermateriale ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det inneholder fra 0,4 til 1 vekt% av 5-fenyltetrazol.

4. Polymermateriale ifølge krav 1-3, karakterisert ved at det inneholder fra 0,5 til 0,8 vekt% 5-fenyltetrazol.

5. Polymermateriale ifølge krav 1-4, karakterisert ved at polycarbonatet er et aromatisk polycarbonat.

6. Polymermateriale ifølge krav 5, karakterisert ved at polycarbonatet er fremstilt under anvendelse av 4,4'-dihydroxy-difenyl-2,2-propan.

7. Polymermateriale ifølge krav 1-6, karakterisert ved at polyethylenterefthalatet har en egenviskositet i området fra 0,65 til 2,0.