Be s ehre ibung
Organophosphin-stabilisierte Zwischenschichtfolien für Verbundverglasungen
Die Erfindung betrifft durch Organophosphine stabilisierte Polymermischungen, die als Zwischenschichtfolie in Verbundsicherheitsscheiben verwendet werden können.
Verbundsicherheitsscheiben, bestehend aus zwei Glasscheiben und einer die Glasscheiben verbindenden Klebefolie werden insbesondere als Windschutzscheiben in Kraftfahrzeugen eingesetzt, wobei gegebenenfalls eine Glasscheibe durch eine KunststoffScheibe ersetzt sein kann. Als Material kommen für die Scheiben neben Silikatglas bzw. Floatglas amorphes Polyamid, transparentes PMMA, Polycarbonat oder Polyester, für die Zwischenschichtfolie bevorzugt teilacetalisierte Polyvinyl- alkohole, insbesondere Polyvinylbutyral (PVB) zum Einsatz. Auch auf dem Bausektor, z. B. als Fensterscheiben oder als Zwischenwände, werden solche Silikatglas/Silikatglas- bzw. Silikatglas/Kunststoff-Verbunde eingesetzt, wobei je nach Verwendung, z. B. als Verbundpanzergläser, auch Mehrfachverbunde, also Verbünde, die aus mehr als zwei tragenden Schichten bestehen, eingesetzt werden.
Stand der Technik
Ähnlich wie bei der Extrusion von anderen Kunststoffen muss bei der Herstellung von Zwischenschichtfolien für Verbundverglasungen die Extrusionsmasse gegen thermischen bzw. oxidativen Abbau stabilisiert werden. Die Stabilisierung ist insbesondere bei der Verwendung von Recyclingmaterial erforderlich, da dieses Material durch eine kontinuierliche Rückführung z.B. des Kantenbeschnitts den Temperatur- und Scherbelastungen des Extrusionsprozesses zum Teil mehrfach ausgesetzt wird. Dies schlägt sich in einem
messbaren Abbau des mittleren Molekulargewichtes des Polymers und einer Erhöhung der Gelbfärbung des Folienproduktes nieder.
Zur Stabilisierung von Zwischenschichtfolien aus PVB-Harzen werden diesen bzw. der Extrusionsmasse häufig phenolische Antioxidantien wie z.B. BHT oder Hostanox 010 zugesetzt.
Alternativ oder ergänzend zu den phenolischen Antioxidantien ist z.B. aus WO 03/33583 Al die Verwendung von Phosphiten bzw. Phosphoniten als Stabilisator bekannt, wobei diese insbesondere gut zur Unterdrückung einer Gelbfärbung der Folie geeignet sind. US 3,950,305 Al beschreibt die Verwendung von Estern der Phosphorigen Säure (Phosphite) in Mischung mit phenolischen Antioxidantien als Stabilisator für PVB mit dem Ziel, die thermische Stabilität des PVB zu erhöhen. Dies wird anhand der Vergilbung unter Sauerstoffzutritt und erhöhter Temperatur und dem Drehmomentverlauf bei Knetversuchen bewertet.
Aus einem anderen technischen Gebiet, der Stabilisierung von Polyolefinen oder Polyacetalen wie Polyoxymethylen sind Mono-, Di- oder Triphosphine als Stabilisatoren bekannt (WO 02/06390, US 5,588,079, US 3,637,908 und WO 02/102886) . Weiterhin offenbaren US 5,852,138 und US 5,627,256 Phosphine zur Stabilisierung von Polycarbonaten.
Diese Polymere weisen allerdings niedrigere Wasseranteile auf und enthalten keine alkoholysefähigen Hydroxylgruppen bzw. werden unter geringeren thermischen Belastungen extrudiert als die Materialen, die üblicherweise als Zwischenschichtfolien verwendet werden.
Die Verwendung der bekannten phosphit- bzw. phosphonitbasierten Stabilisatoren in Zwischenschichtfolien wird dadurch erschwert,
dass sie die Haftungsneigung der Folie zum Glas extrem erhöhen. Es ist in der Praxis kaum möglich, die durch diese Verbindungen erhöhte Haftung mit üblichen Antihaftmittel soweit abzusenken, dass ein Verbundglas mit guter Penetrationsfestigkeit resultiert. Dieser Effekt geht vermutlich auf die Wirkung von Hydrolyse- bzw. Alkoholyseprodukten der Phosphite/Phosphonite, wie z.B. Phosphationen zurück, die durch die Anwesenheit von Wasser und Polyvinylalkoholanteilen des PVB in der Extrusionsmasse bzw. das Durchlaufen der Folie durch Wasserbäder aus verschiedenen dem Extrusionsaustritt nachgeschalteten Konditionierbecken auftreten können. Selbst als hydrolysestabil geltende Phosphitstabilisatoren wie Hostanox PAR 24 verursachen unter diesen Bedingungen einen Haftungsanstieg der stabilisierten Folie an Glasoberflächen.
Aufgabe
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, Stabilisatoren für Zwischenschichtfolien, enthaltend Recyclingmaterial, für Verbundverglasungen bereit zu stellen, welche gute Farbstabilität auch unter Extrusionsbedingungen gewährleisten und die Haftung des polymeren Materials an Glas möglichst wenig beeinflussen.
Überraschend wurde gefunden, dass Phosphine hervorragend als Stabilisatoren von Polymermischungen, die als Zwischenschichtfolien für Verbundverglasungen verwendet werden, geeignet sind. Neben einer wirksamen Reduktion des Polymerabbaus resultieren Folien mit einem stark verminderten Gelbwert und ohne nennenswerte Haftungserhöhung der Folie an Glas .
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher
Zwischenschichtfolien für Verbundverglasungen, enthaltend eine
Mischung aus einem Polymer der Gruppe Polyvinylalkohol, teilacetalisierten Polyvinylalkohol und/oder Ethylen/Vinylacetat-
Copolymer, ein oder mehrere Organophosphine der allgemeinen Formeln I, II, III und IV
wobei
Ri,R.2,R3,R5,Re,Re,R9Λ RIOΛRn = jeweils unabhängig aliphatische, cycloaliphatische, aliphatisch- aromatische oder aromatische Reste mit 1 bis 20
Kohlenstoffatomen, R4= zweiwertige aliphatische, cycloaliphatische, aliphatisch-aromatische oder aromatische Reste mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, R7 = dreiwertige aliphatische, cycloaliphatische, aliphatisch-aromatische oder aromatische Reste mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen und Ri2 = vierwertige aliphatische, cycloaliphatische, aliphatisch-aromatische oder aromatische Reste mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen
und optional einen oder mehreren Weichmachern, wobei die Folie 0 bis 90 Gew. % der Mischung als Frischmaterial und 100 bis 10 Gew. % eines Recyclingmaterials, welches das gleiche Polymere enthält wie das Frischmaterial, aufweist.
Die erfindungsgemäßen Folien können vollständig aus Recyclingmaterial bestehen. Optional kann der Anteil an Recyclingmaterial 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30 oder 20 Gew. % betragen.
Bevorzugt werden als Stabilisator der erfindungsgemäßen Mischungen solche mit aromatischen Substituenten (Phenyl-, Naphtylreste) der Phosphoratome, insbesondere die in WO 02/06390 offenbarten Phosphine V und VI eingesetzt. Ri und R2 besitzen die genannten Bedeutungen.
Besonders bevorzugte Phosphine im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind Benzyldiphenylphosphin, Bis-1,2- diphenylphosphinobenzen, 1, 3-Bis- (diphenylphosphino) -2, 2- dimethylpropan oder 1, 1, 1-Tris- (diphenylphosphinomethyl)propan.
Die erfindungsgemäßen Folien enthalten bevorzugt 0,001 bis 1 Gew.%, bevorzugt 0,005 bis 0,5 Gew.% insbesondere 0,01 bis 0,3 Gew.% der genannten Organophosphine, jeweils bezogen auf das Polymer. Bezogen auf die Gesamtrezeptur liegt der Anteil der Organophosphine bei 0,065 bis 0,65 Gew.%, bevorzugt 0,0325 bis 0,325, insbesondere 0,065 bis 0,195 Gew.%.
Der Zusatz dieser Organophosphine eignet sich besonders bei der Verarbeitung von Recyclingmaterial. Hierunter wird ein z.B. extrudiertes Material verstanden, das weitgehend die gleiche Zusammensetzung bezüglich dem Polymeren und/oder dem Weichmacher wie eine unverarbeitete Mischung (mit oder ohne den Zusatz von Organophosphinen) aufweist. Das Recyclingmaterial wird bevorzugt - wie das Frischmaterial - durch Extrusion des Polymers und optional einem oder mehreren Weichmachern hergestellt. Recyclingmaterialien fallen insbesondere beim Zuschnitt ("Trimmen") einer Zwischenschichtfolie bei der Herstellung von Verbundverglasungen als sog. "Trimmings" an.
Im Idealfall weist das Recyclingmaterial eine identische Zusammensetzung wie das Rohmaterial - ggf. bis auf den Zusatz von Organophosphinen - auf. Durch den Zusatz der Organophosphine können daher auch bereits extrudierte Materialien weiterverarbeitet werden, die für ein Recyclingverfahren keine speziellen Stabilisatoren enthalten.
In einer besonderen Variante enthalten erfindungsgemäße Folien ein Recyclingmaterial, dass die gleiche Zusammensetzung wie das Frischmaterial aufweist.
In einer weiteren Variante enthält das Recyclingmaterial keine Organophosphine, so dass diese bei der Herstellung der Folie ggf. mit dem Frischmaterial zugegeben werden können.
Die erfindungsgemäßen Zwischenschichtfolien enthalten bevorzugt ein oder mehrere Weichmacher. Als Weichmacher eignen sich alle nach dem Stand der Technik bekannten Weichmacher, insbesondere Ester von mehrwertigen Säuren, Ester von mehrwertigen Alkoholen oder von Oligoetherglykolen. Geeignet sind z.B. Adipinsäureester, Sebazinsäureester oder Phthalsäureester, insbesondere Di-n-
hexyladipat, Dibutylsebazat, Dioctylphthalat, Ester von Di-, Trioder Tetraglykolen mit linearen oder verzweigten aliphatischen Carbonsäuren und Mischungen dieser Ester. Als Standardweichmacher werden häufig Ester von aliphatischen Diolen mit langkettigen aliphatischen Carbonsäuren, insbesondere Ester von Triethylenglykol mit 6 bis 10 C-Atomen enthaltenden aliphatischen Carbonsäuren, wie 2-Ethylbuttersäure oder n-Heptansäure verwendet. Besonders bevorzugt sind ein oder mehrere Weichmacher aus der Gruppe bestehend aus Di-n-hexyladipat (DHA) , Dibutylsebazat (DBS) , Dioctylphthalat (DOP) , Ester von Di-, Trioder Tetraglykolen mit linearen oder verzweigten aliphatischen Carbonsäuren, insbesondere Triethylenglykol-bis-2-ethylbutyrat (3GH), Triethylenglykol-bis-n-heptanoat (3G7), Triethylenglykol- bis-2-ethylhexanoat (3G8) , Tetraethylenglykol-bis-n-heptanoat (4G7), Tetraethylenglykol-bis-2-ethylhexanoat (4G8) .
Das mit den genannten Weichmachern plastifizierte polymere Material enthält vorzugsweise 25 bis 45 Gewichtsteile und besonders bevorzugt 30 bis 40 Gewichtsteile Weichmacher, bezogen auf 100 Gewichtsteile Polymer.
Als Polymere können teilacetalisierte Polyvinylalkohole wie Polyvinylbutyrale, Ethylen-Vinylacetate oder Gießharze eingesetzt werden.
Recyclingmaterial und Frischmaterial müssen das gleiche Polymer aufweisen. Hierunter wird die Art des Polymeren verstanden, nicht jedoch chemische Unterschiede wie Molmasse, Monomerverteilung o.a. So können erfindungsgemäßes Recyclingmaterial und Frischmaterial Polyvinylbutyrale aufweisen, die unterschiedliche Molmassen, Restacetat-, Restvinylalkoholanteile oder Acetalisierungsgrade aufweisen. Nicht erfindungsgemäß wäre z.B. der Einsatz von PVB als Frischmaterial und EVA als
Recyclingmaterial.
Die als Polymer bevorzugt verwendeten teilacetalisierten
Polyvinylalkohole werden in bekannter Weise durch Acetalisierung von hydrolysierten Polyvinylestern hergestellt. Als Aldehyde können beispielsweise Formaldehyd, Acetaldehyd, Propionaldehyd oder Butyraldehyd verwendet werden. Das als Polymere Material bevorzugt eingesetzte Polyvinylbutyral enthält 10 bis 25 Gew.%, vorzugsweise 17 bis 23 Gew.% und besonders bevorzugt 19 bis 21
Gew.% Vinylalkoholreste, und/oder 0 bis 20 Gew.%, bevorzugt 0,5 bis 2,5 Gew.% Acetatreste.
Der Wassergehalt der erfindungsgemäßen Folien wird bevorzugt auf 0,15 bis 0,8 Gew.%, insbesondere auf 0,3 bis 0,5 Gew.% eingestellt.
Erfindungsgemäße Folien können zusätzlich weitere Stabilisatoren wie z.B. ein oder mehrere Verbindungen aus der Gruppe der
Organophosphate oder Organophosphite, wie z.B. in WO 03/033583 Al offenbart, und/oder die üblichen phenolischen Antioxidantien
(z.B. Irganox 1070) bzw. sterisch gehinderte Aminstabilisatoren
(z.B. Uvinul 4050 der BASF) d.h. sog. HAS oder HALS- Stabilisatoren enthalten. Die zusätzlichen Stabilisatoren können jeweils in den für die Organophosphine genannten Mengen eingesetzt werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Verbundverglasungen, bestehend aus mindestens 2 Glasscheiben und mindestens einer erfindungsgemäßen Folie.
Die Herstellung solcher Verbundverglasungen unter erhöhtem oder erniedrigtem Druck und erhöhter Temperatur z.B. in Autoklaven und/oder Vakuumlaminatoren ist dem Fachmann bekannt. Bei der
Herstellung von Verbundverglasungen ist es weiterhin bekannt, die Haftung der Zwischenschichtfolie an Glas durch Zugabe von Metallsalzen auf ein geringeres Maß einzustellen. Die erfindungsgemäßen stabilisierten Polymermischungen weisen nahezu das gleiche Haftungsniveau an Glas auf wie Polymermischungen ohne die genannten Organophosphine. Bei der Herstellung von Zwischenschichtfolien aus den erfindungsgemäßen Polymermischungen können daher die üblichen Metallsalze als Haftungsregulatoren in den bekannten Mengen verwendet werden, d.h. die Mischung kann ein oder mehrere Salze von Alkali- und/oder Erdalkalimetallen mit organischen Säuren enthalten. Geeignet sind insbesondere Kalium- und/oder Magnesiumacetat, -heptanoat oder -octanoat. Bevorzugt werden die Metallsalze jeweils in einer Menge von 0,001 - 0,1 Gew.%, bezogen auf das polymere Material eingesetzt.
Zur Prüfung der Haftung von Folien auf der Basis von weichmacherhaltigem teilacetalisiertem Polyvinylalkohol und zur Überprüfung der Wirkung von Antihaftmitteln wird ein sogenannter Pummeltest angewendet, der in der Literatur in gewissen Varianten beschrieben wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung angegebene Pummelwerte wurden mit dem in der WO 03/033583 Al beschriebenen Pummeltest bestimmt. Erfindungsgemäße Zwischenschichtfolien weisen gegenüber Glas bevorzugt einen Pummelwert von 2 bis 8, insbesondere 3 bis 6, auf.
Als Maß für die Stabilisierung der Polymermischung durch die Organophosphine kann die Gelbwert-Änderung einer Folie in einem Glasverbund gegenüber einem Glaspaar ohne Folie bei aufgelegter „Weißkachel" angegeben werden. Der Gelbwert-Beitrag Δb der Zwischenschicht wird gemäß Δb = b (Verbund) - b (Glaspaar) bestimmt und beträgt bei erfindungsgemäßen Folien bei einer Stärke von 0,76 mm maximal 1,0, bevorzugt 0,1 bis 0,75.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Folien kann wie folgt vorgegangen werden: Zunächst wird das Polymer in den Einzugsbereich eines Extruders gefördert, wo es mit dem Weichmacher, in dem zuvor der UV-Absorber, das Antihaftmittel und das Organophosphin sowie optional weitere Additive wie Antihaftmittel, weitere Stabilisatoren, Farbstoffe und UV- Absorber so homogen wie möglich verteilt worden sind, zusammengeführt. Anschließend erfolgt die Extrusion der homogenen Schmelze durch eine Breitschlitzdüse zu einer Folienbahn.
Erfindungsgemäße Folien bzw. hiermit hergestellte Verbundverglasungen können im Bau- und Automobilbereich verwendet werden.
Wege zur Ausführung der Erfindung und Vergleichsbeispiele
Die Prüfung des Gelbwertes Δb wurde mit einem Spektralfarbmessgerät „Labscan 5100" unter Nutzung der
Rückwärtsreflexion (45°, 2° Beobachter, Lichtart C) durchgeführt.
Die Prüfung erfolgte durch Messung der Gelbwert-Änderung eines
Verbundes gegenüber einem Glaspaar bei aufgelegter „Weißkachel".
Das Ergebnis gibt Aufschluss über den Gelbwert der Folie gemäß : b (Verbund) - b (Glaspaar) = Δb.
Für die Vergleichsbeispiele 1 und 2 sowie das erfindungsgemäße Beispiel 3 wurde bei einem Massendurchsatz von 160 kg/h Folie einer Dicke von 0,76 in dem Fachmann an sich bekannter Weise gemäß EP 0 185 863 mit hohen Anteilen an Recyclingmaterial hergestellt. Hierzu wurde letzteres zusammen mit einer Mischung von handelsüblichem PVB (Mowital® LP B 68/1 SF der Firma KSE) mit dem Weichmacher DHA in einem Einschneckenextruder bei einem Durchsatz von 160 kg/h homogenisiert und aufgeschmolzen und durch ein Breitschlitzwerkzeug extrudiert.
Das Recyclingmaterial wurde vor Zufüttern in den Extruder unter Kühlung geschreddert und bestand aus Resten des Produktes TROSIFOL MV-FR 0.43 und enthielt dabei neben dem genannten PVB- Harz den Weichmacher DHA in einer Menge von 24,5 Gew.-% und als Antihaftmittel Kaliumacetat in einer Menge von 0,035 Gew.-%. Bei diesem Durchsatz und dem erhöhten Recyclatanteil liefert die verwendete Extrusionsanlage Folien mit einem stark erhöhtem nicht marktgerechten Gelbwert Δb von mehr als 2,0. Die Mischung wies keinen Stabilisator auf.
Im Vergleichsbeispiel 2 wurde die Folie aus 70 % Recyclatanteil und 30 % Frischgutanteil, bestehend aus 75,5 Gew.-% PVB und 24,5 Gew.-% des Weichmachers DHA, als Antihaftmittel 0,04 Gew.% Kaliumacetat als wässrige Lösung sowie des UV-Absorbers Tinuvin P. extrudiert. Über den Weichmacheranteil des Frischgutes wurde weiterhin soviel Alkanox TNPP zudosiert, dass bezogen auf die fertige Folie ein Gehalt von 0,15 % resultierte, d.h. 0,50 % bezogen auf die Frischgutmischung bzw. 2,04 % bezogen auf deren Weichmacher. Vergleichsbeispiel 2 zeigt auf Grund des verwendeten Stabilisators sehr hohe Haftung an Glas (hohe Pummelwerte) .
Im erfindungsgemäßen Beispiel 3 wurde die Folie wie in Vergleichsbeispiel 2 hergestellt, nur dass das Phosphin Bis- (diphenylphosphino) -2, 2-dimethylpropan anstelle des Phosphits Alkanox TNPP verwendet wurde.
Die in Tabelle 1 aufgeführten experimentellen Daten der Beispiele zeigen, dass die erfindungsgemäßen Folien neben einem geringen Gelbwert Δb eine gute Haftung an Glas gemäß Pummeltest besitzen. Folien ohne Stabilisator besitzen einen zu hohen Gelbwert Δb. Folien, die mit Phosphiten stabilisiert wurden, weisen zwar ebenfalls gute Δb-Werte auf, haften aber unakzeptabel stark an
Glas .
Tabelle 1. Alle Angaben in Gew.% sind auf den Frischgutanteil bezogen.