WO2013113879A1 - Polyoxymethylene copolymers - Google Patents

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WO2013113879A1
WO2013113879A1 PCT/EP2013/052041 EP2013052041W WO2013113879A1 WO 2013113879 A1 WO2013113879 A1 WO 2013113879A1 EP 2013052041 W EP2013052041 W EP 2013052041W WO 2013113879 A1 WO2013113879 A1 WO 2013113879A1
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polymer
weight
molecular weight
mol
pom
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PCT/EP2013/052041
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German (de)
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Inventor
Bernd-Steffen Von Bernstorff
Laurence POTTIÉ
Original Assignee
Basf Se
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Publication date
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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2/00Addition polymers of aldehydes or cyclic oligomers thereof or of ketones; Addition copolymers thereof with less than 50 molar percent of other substances
    • C08G2/18Copolymerisation of aldehydes or ketones
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L59/00Compositions of polyacetals; Compositions of derivatives of polyacetals

Definitions

  • the invention relates to low molecular weight polyoxymethylene copolymers, processes for their preparation and their use.
  • Polyoxymethylene homopolymers or copolymers also referred to as polyacetal or polyformaldehyde or POM, are generally high molecular weight thermoplastics which exhibit high stiffness, low coefficients of friction and excellent dimensional stability and thermal stability. Therefore, they are used in particular for the production of precision parts.
  • the high strength, hardness and rigidity in a wider temperature range make them advantageous for molding applications.
  • the further processing takes place, for example, by injection molding at temperatures in the range of 180 to 230 ° C, as well as by extrusion.
  • the preparation of polyoxymethylene is carried out, for example, by direct polymerization of formaldehyde or by cationic or transition metal-centered cationic polymerization of trioxane.
  • the end groups are frequently protected by etherification or esterification.
  • copolymers for example by copolymerization of trioxane with 1, 4-dioxane.
  • the unstable end groups are degraded by hydrolysis to formaldehyde for stabilization.
  • Typical copolymers ® for example, under the brand names Hostaform ® from Ticona / Celanese and Ultra form available from BASF SE.
  • the homopolymer typically has a melting point of about 178 ° C, the copolymer of about 166 ° C.
  • US 6,388,049 relates to low molecular weight polyoxymethylene polymers and compositions containing them.
  • Preparation Examples 14 to 16 give trioxane-based and butanediol-formal copolymers in which methylal was used as regulator.
  • the added amount of comonomer is in each case 1, 46 mol%, corresponding to about 4.4 wt .-% butanediol formal.
  • Number average molecular weights of 1100, 5500 and 35000 g / mol are obtained.
  • Polyoxymethylene is also used as a binder for powder injection molding.
  • POM molding compounds are processed by injection molding into moldings and subsequently debinded and sintered. Since the high loading of the POM with the inorganic powders impairs the flowability, it is necessary to use well-flowing POM materials in order to keep the pressures required during the injection molding to a reasonable level.
  • a flow improver should have a very good miscibility with POM and show a rapid degradation under an acid-gas atmosphere in order to avoid defects in the desired moldings.
  • the object is achieved by a polyoxymethylene copolymer having a weight average molecular weight (M w ) in the range of 5000 to 15,000, preferably 5000 to 10,000 g / mol or 6000 to 13,000, preferably 6000 to 9000 g / mol or 6500 to 1 1000, especially preferably 6500 to 8000 g / mol, in particular 7000 to 7500 g / mol, characterized in that it is based on the polymer, at least 90 wt .-% of trioxane and butanediol as monomers tolei tet, with a proportion of butanediol , based on the polymer, in the range of 0.5 to 4 wt .-%, preferably 1 to 4 wt .-%, preferably 2 to 3.5 wt .-%, in particular 2.5 to 3 wt .-%.
  • M w weight average molecular weight
  • the number average molecular weight (M n ) is preferably 3000 to 6000 g / mol, particularly preferably 3200 to 5000 g / mol, in particular 3500 to 4100 g / mol. In this molecular weight range, a particularly advantageous flow improvement is achieved for polyoxymethylene homopolymers or copolymers having a higher molecular weight.
  • a polyoxymethylene copolymer according to the present invention which has a proportion of butanediol formal, based on the polymer, in the range of 1 to 4 % By weight, shows a higher crystallinity and a higher hardness in spite of the low molecular weight due to the compared to US 6,388,049 reduced comonomer. In spite of good viscosity-reducing properties for polyoxymethylene homopolymers or copolymers having a higher molecular weight, this results in an advantageous hardness of these polymer blends and thus advantageous mechanical properties for use.
  • the molecular weight determination can be carried out as described in the examples.
  • the determination of the molecular weights is usually carried out by gel permeation chromatography (GPC) or SEC (Size Exclusion Chromatography).
  • GPC gel permeation chromatography
  • SEC Size Exclusion Chromatography
  • the number average molecular weight is generally determined by GPC-SEC.
  • the object is also achieved according to the invention by a process for preparing polyoxymethylene copolymers obtained by polymerization of trioxane, optionally comonomers, in the presence of at least one cationic initiator, and at least one di (Ci -6 alkyl) than as a controller and the obtainable by this process polymers ,
  • the object is also achieved by using the above polyoxymethylene encopolymers as a viscosity-modifying additive for polyoxymethylene homopolymers or copolymers having a weight-average molecular weight of at least 50,000 g / mol.
  • the ratio between weight average molecular weight (M w ) and number average molecular weight (M n ), also referred to as polydispersity or M w / M n is in the range of 1.5 to 3.0, preferably 1.5 to 2, 45th
  • Polyoxymethylene copolymers (POM) generally have at least 50 mol% of repeating units - CH 2 O - in the main polymer chain.
  • Polyoxymethylene copolymers are preferred which in addition to the recurring units -CH 2 0- still up to 50, preferably 0.01 to 20, in particular 0, 1 to 10 mol% and very particularly preferably 0.5 to 6 mol% of recurring units
  • said R 1 to R 4 independently represent a hydrogen atom, a Crbis C 4 alkyl group or a halogen-substituted alkyl group having 1 to 4 carbon atoms and R 5 is a -CH 2 -, -CH 2 0 -, a C to C 4 Alkyl or C 1 to C 4 haloalkyl-substituted methylene group or a corresponding oxymethylene group and n is a Value in the range of 0 to 3 has.
  • these groups can be introduced into the copolymers by ring opening of cyclic ethers.
  • Preferred cyclic ethers are those of the formula
  • R 1 to R 5 and n have the abovementioned meaning.
  • Oxymethylenterpolymerisate for example, by reacting trioxane, one of the cyclic ethers described above with a third monomer, preferably bifunctional compounds, the formula
  • Preferred monomers of this type are ethylene diglycide, diglycidyl ether and diether from glycidylene and formaldehyde, dioxane or trioxane in the molar ratio 2: 1 and diether from 2 mol glycidyl compound and 1 mol of an aliphatic diol having 2 to 8 carbon atoms such as the diglycidyl ethers of ethylene glycol, 1 , 4-butanediol, 1, 3-butanediol, cyclobutane-1, 3-diol, 1, 2-propanediol and cyclohexane-1, 4-diol, to name just a few examples.
  • End-group-stabilized polyoxymethylene polymers which have predominantly C-C or -O-CH 3 bonds at the chain ends are particularly preferred.
  • the polymers according to the invention are derived, based on the polymer, from at least 90% by weight of trioxane and butanediol formal as monomers.
  • the polyoxymethylene copolymers are derived, preferably exclusively, from trioxane and butanediol formal as monomers, with a content of butanediol formal, based on the polymer or on the monomers, in the range of 0.5 to 4 wt .-%, preferably 1 to 4 wt .-%, preferably 2 to 3.5 wt .-%, in particular 2.5 to 3 wt .-%.
  • the molecular weights of the polymer can be adjusted to the desired values by the regulators customary in the trioxane polymerization and by the reaction temperature and residence time. Suitable regulators are acetals or formals of monohydric alcohols, the alcohols themselves and the small amounts of water which act as chain transfer agents and whose presence can generally never be completely avoided.
  • the inventive polymer at the chain ends based on the polymer, 3 to 6 wt .-% of radicals of the general formula -OR, wherein R is Ci-6-alkyl, preferably Ci -4 alkyl.
  • the polyoxymethylene copolymer of the invention based on the polymer or the sum of monomers and regulators, 3.75 to 4.25 wt .-%, preferably 3.8 to 4.2 wt .-%, in particular 3 , 9 to 4.1 wt .-% methylal or an equimolar amount of another di (Ci -6- alkyl) acetal concomitantly used as a regulator.
  • butylaI n-butyl
  • z. B. industrially, also used as a controller.
  • butylal n-butylal
  • z. B. industrially, also used as a controller.
  • butylal n-butylal
  • the use of butylal as a regulator is a further advantage over the polyoxymethylene copolymers known from US Pat. No. 6,388,049. Preference is given to using butylalI as regulator in the preparation of the polymer.
  • Butylal based on the polymer, in an amount of 0.5 to 4 wt .-%, particularly preferably 1 to 3.5 wt .-%, in particular 1, 5 to 2.5 wt .-%, is preferably used.
  • polyoxymethylene copolymers with particularly suitable mecha- These properties make them useful as a viscosity-modifying additive for higher molecular weight polyoxymethylene homo- or copolymers without significantly affecting mechanical properties, particularly hardness.
  • the number average of the polyoxymethylene copolymer is more preferably 3000 to 6000 g / mol, more preferably 3200 to 5000 g / mol, especially 3500 to 4100 g / mol.
  • This special combination of molecular weight, comonomer content, comonomer selection, regulator fraction and regulator selection leads to particularly suitable mechanical properties which allow the advantageous use as a viscosity-modifying additive for relatively high molecular weight polyoxymethylene homopolymers or copolymers.
  • Initiators also referred to as catalysts
  • catalysts are the cationic initiators customary in the trioxane polymerization.
  • Proton acids are suitable, such as fluorinated or chlorinated alkyl- and arylsulfonic acids, for example perchloric acid, trifluoromethanesulfonic acid or Lewis acids, for example tin tetrachloride, arsenic pentafluoride, phosphoric pentafluoride and boron trifluoride, and their complex compounds and salt-like compounds, for example boron trifluoride etherates and triphenylmethylene hexafluorophosphate.
  • the initiators (catalysts) are used in amounts of about 0.01 to 1000 ppm, preferably 0.01 to 500 ppm and in particular from 0.01 to 200 ppm.
  • Suitable solvents for this purpose are inert compounds such as aliphatic, cycloaliphatic hydrocarbons such as cyclohexane, halogenated aliphatic hydrocarbons, glycol ethers, etc. can be used. Particular preference is given to triglyme (triethylene glycol dimethyl ether) as solvent and 1,4-dioxane.
  • cationic initiators Bronsted acids in an amount in the range of 0.01 to 1 ppm (preferably 0.02 to 0.2 ppm, in particular 0.04 to 0.1 ppm), based on the sum of monomers and regulators, used.
  • HCI0 4 is used as a cationic initiator or initiator.
  • cocatalysts can be included.
  • alcohols of any kind for example aliphatic alcohols having 2 to 20 C atoms, such as t-amyl alcohol, methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol; aromatic alcohols having 2 to 30 C atoms, such as hydroquinone; halogenated alcohols having 2 to 20 C atoms, such as hexafluoroisopropanol; Very particular preference is given to glycols of any type, in particular diethylene glycol and triethylene glycol; and aliphatic dihydroxy compounds, in particular diols having 2 to 6 carbon atoms, such as 1, 2-ethanediol, 1, 3-propanediol, 1, 4-butanediol, 1, 6-hexanediol, 1, 4-hexanediol, 1, 4-cyclohexanediol, 1, 4-cyclohexanedimethanol and neopentyl glycol.
  • Monomers, initiators, cocatalyst and, if appropriate, regulators may be premixed in any way or may also be added to the polymerization reactor separately from one another.
  • the stabilizing components may contain sterically hindered phenols as described in EP-A 129369 or EP-A 128739.
  • the preparation of polyoxymethylene copolymers according to the invention is carried out by polymerization of trioxane, butanediol and optionally ren further comonomers, in the presence of at least one cationic initiator and at least one di (CI_ 6 alkyl) acetal as regulator.
  • the polymerization mixture is preferably deactivated directly after the polymerization, preferably without a phase change taking place.
  • the deactivation of the initiator residues (catalyst residues) is generally carried out by adding deactivators (terminating agents) to the polymerization melt.
  • deactivators are, for example, ammonia and primary, secondary or tertiary, aliphatic and aromatic amines, for example trialkylamines such as triethylamine, or triacetonediamine.
  • basic-reacting salts such as soda and borax, furthermore the carbonates and hydroxides of the alkali metals and alkaline earth metals, and also alkoxides, such as sodium ethanolate.
  • the deactivators are usually added to the polymers in amounts of preferably 0.01 ppmw (parts per million by weight) up to 2 wt .-%.
  • alkali metal or alkaline earth metal alkyls are preferred as deactivators which have 2 to 30 C atoms in the alkyl radical.
  • Particularly preferred metals are Li, Mg and Na, with n-butyllithium being particularly preferred.
  • from 3 to 30 ppm, preferably from 5 to 20 ppm, in particular from 8 to 15 ppm, based on the sum of monomers and regulator, of a chain terminating agent can be used.
  • sodium methylate is used as a chain terminator.
  • POMs from trioxane and butanediol formal are generally obtained by bulk polymerization, using any reactors with high mixing efficiency can.
  • the reaction can be carried out homogeneously, for example in a melt, or heterogeneously, for example as polymerization to a solid or solid granules.
  • Suitable examples are shell reactors, ploughshare mixers, tube reactors, Listreaktoren, kneaders (eg Busskneter), extruders with, for example, one or two screws, and stirred reactors, the reactors may have static or dynamic mixer.
  • the trioxane polymerization can be thought of as three reaction steps, the initiation, the propagation and transfer reactions.
  • chain transfer to the polymer, to a protic species such as water, or to a transfer agent such as butylal can occur.
  • the transfer reactions to other polymer chains allow the random distribution of the comonomer units along the polymer chains. These reactions occur between the carbonium of one active chain and the oxygen of another polymer chain as long as active carbonium ions are present in the reaction mixture.
  • Chain transfer agents or regulators such as methylal or butylal are preferably used, which are added in the desired amount to the monomer mixture.
  • the butylal content is usually about 0.35 wt% and the weight average molecular weight of the POM is about 97,000 g / mol, with a ratio M w / M n of about 4 ; 2.
  • the POM polymerization has no termination step.
  • the living polymer is in equilibrium with formaldehyde monomer until a comonomer end group is achieved which is a stable end group.
  • a process for stabilizing the polymer ends is therefore the depolymerization of the unstable chain ends until only stable comonomer end groups remain.
  • This process is used in the shell-and-roll process in which the polymers obtained have a majority of methylal or butylal derived end groups (eg, -O- (CH 2 ) 4 -OH).
  • the chain ends can also be deactivated by adding an alkaline compound. This procedure is used in particular in continuous processes in which living end groups are typically inactivated with sodium methoxide.
  • the resulting polymer has a plurality of -CH 2 -O-CH 3 end groups.
  • the melted polymer produces a so-called melt seal, whereby volatile constituents remain in the extruder.
  • the above monomers are metered into the polymer melt present in the extruder, together or separately from the initiators (catalysts), at a preferred temperature of the reaction mixture of 62 to 1400C.
  • the monomers (trioxane) are preferably also metered in a molten state, for example at 60 to 120.degree.
  • the polymer Due to the exothermic nature of the process, the polymer usually only has to be melted in the extruder at the start of the process; Subsequently, the amount of heat released is sufficient to melt the molten POM polymer or to keep it molten.
  • the melt polymerization is generally carried out at 1, 5 to 500 bar and 130 to 300 ° C, and the residence time of the polymerization mixture in the reactor is usually 0.1 to 20, preferably 0.4 to 5 min. Preferably, the polymerization is carried out to a conversion above 30%, e.g. 60 to 90%.
  • a crude POM is frequently obtained which, as mentioned, contains considerable proportions, for example up to 40%, of unreacted residual monomers, in particular trioxane and formaldeyde.
  • Formaldehyde can also be present in the crude POM if only trioxane was used as the monomer since it can be formed as a degradation product of the trioxane.
  • other oligomers of formaldehyde may also be present, e.g. the tetrameric tetroxane.
  • This crude POM is preferably degassed in one or more stages in known degassing devices, for example in degassing pots (flash pots), vented extruders with one or more screws, thin film evaporators, spray dryers or other conventional degassing devices. Particularly preferred are degassing pots (flash pots).
  • the degassing of the raw POM is operated in such a way that is degassed in a first flash to below 6 bar absolute, to obtain a gaseous stream and a liquid stream, which is fed to a second flash, which is operated at below 2 bar absolute , obtaining a vapor stream, which is recycled into the monomer plant.
  • the pressure in the first stage is preferably 2 to 18, in particular 2 to 15 and particularly preferably 2 to 10 bar, and in the second stage preferably 1, 05 to 4, in particular 1, 05 to 3.05 and especially preferably 1.05 to 3 bar amount.
  • the judicialtgaste Polyoxymethylenhomo- or copolymers can then be fed to an extruder or kneader and therein with conventional additives and processing aids (additives), provided in the usual amounts for these substances.
  • Such additives are, for example, lubricants or mold release agents, colorants such as pigments or dyes, flame retardants, antioxidants, light stabilizers, formaldehyde scavengers, polyamides, nucleating agents, fibrous and pulverulent fillers or reinforcing agents or antistatics and other additives or mixtures thereof.
  • lubricants or mold release agents colorants such as pigments or dyes, flame retardants, antioxidants, light stabilizers, formaldehyde scavengers, polyamides, nucleating agents, fibrous and pulverulent fillers or reinforcing agents or antistatics and other additives or mixtures thereof.
  • the preferred shell-batch process batch process involves the following steps:
  • a non-closed reaction vessel (“shell") is filled with the liquid monomer / comonomer mixture Initiator is pumped by, for example, an HPLC pump. at a temperature in the range of preferably 60 to 100 ° C., more preferably 70 to 90 ° C., in particular 75 to 85 ° C.
  • a solvent may be used, the boiling point of which is more than 100 ° C., and is miscible with the monomers.
  • the initiator preferably aqueous HCI0 4 in a solvent
  • the polymerization and crystallization take place simultaneously in the third step, at the end of which, after the homogeneous reaction, there is a solid polymer block.
  • the induction time is often less than 120 seconds, for example 20 to 60 seconds.
  • the solid crude POM is removed from the shell, mechanically reduced, and further processed in an extruder, for example, by depolymerization to reach stable end groups (degassing).
  • stabilizers and other ingredients can be added.
  • a mixture of antioxidant, acid scavenger and nucleating agent can be considered.
  • the preparation of the POM copolymers according to US Pat. No. 6,388,049 in completely molten state takes place in tubular reactors.
  • the blend production takes place in two series-connected reactors.
  • the resulting polymer may be ground into a coarse powder, sprayed with a buffer solution, and then fed to the extruder.
  • the buffer serves to neutralize acids remaining in the melt.
  • the synthesis should be fast; d. H. have a short induction period.
  • the resulting oligomers should be rapidly and completely solidified in the polymerization and form a polymer block which does not adhere too strongly to the container wall.
  • the preparation of the low molecular weight POM is particularly advantageously possible by using a small amount of initiator, a high amount of regulator and capping the chain ends.
  • the low molecular weight POM thus obtained is both thermally stable and chemical resistant and has a viscosity which may be lower by a factor of 1000 compared to a conventional high molecular weight POM as heretofore used in catamold compositions ,
  • the low molecular weight POM as a viscosity modifying additive for POM having a weight average molecular weight of at least 50,000 g / mol, preferably at least 80,000 g / mol
  • the addition to a thermally and chemically stable POM system will increase its viscosity by a factor of at least 10 can be reduced without appreciably affecting the mechanical strength of the high molecular weight POM.
  • the obtained polymer block was then ground to a powder and refluxed for one hour in an extraction solution of methanol, water and sodium carbonate. After cooling, the polymer was filtered off and washed with a washing solution of aqueous sodium carbonate. The powder was then dried and the weight loss was determined. This procedure gives an indication of the polymerization yield since remaining monomers or lowest molecular weight oligomers are extracted in this step.
  • the living centers of the crude polymer chains as well as residual acid sites are partially extracted or neutralized. All cations should be neutralized to obtain a polymer that is stable enough for further study or further processing. Acid residues would otherwise shift the balance towards formaldehyde and affect thermal stability.
  • GV N 2 The weight loss (GV) in percent of a sample of 1, 2 g of granules with heating to 222 ° C for 2 hours under nitrogen.
  • the sample was weighed out to an accuracy of 0.1 mg in a jacketed vessel consisting of two test tubes (normal test tube, 100 ⁇ 10 mm, custom-made, thick-walled test tube 100 ⁇ 12.5 mm).
  • the molecular weight determination of the polymers was carried out by size exclusion chromatography in a SEC apparatus.
  • This SEC apparatus consisted of the following separation column combination: a guard column of length 5 cm and diameter 7.5 mm, a second linear column of length 30 cm and diameter 7.5 mm. Release material in both columns was PL-HFIP gel from Polymer Laboratories.
  • the detector used was a differential refractometer from Agilent G1362 A.
  • a mixture of hexafluoroisopropanol with 0.05% trifluoroacetic acid potassium salt served as eluent.
  • the flow rate was 0.5 ml / min at a column temperature of 40 ° C.
  • Yield stress, yield strain, breaking stress and elongation at break were determined to ISO 527 (23 ° C, 50 mm / min).
  • the Charpy notched impact strength was determined to ISO 179 1 eA (F) (23 ° C, 2.9 m / s).
  • the POM used for the initially described Catamold method corresponds to the Ultraform ® Z2320, which is prepared with a butyral content of 0.35 wt .-%.
  • butylal To reduce the molecular weight was subsequently increased the proportion of Butylal.
  • the proportion of butanediol-comonomer was in each case unchanged 2.7% by weight, based on the polymer.
  • the initiator concentration was 0.2 ppm based on the monomers.
  • the oligomers of the invention have a very low melt viscosity.
  • the low molecular weight POM according to the invention can be used particularly advantageously as a viscosity-modifying additive for polyoxymethylene homopolymers or copolymers having a weight-average molecular weight of at least 50,000 g / mol.
  • the low molecular weight POM according to the invention are chemically and mechanically stable and reduce neither the overall strength nor the overall mechanics when mixed with high molecular weight POM.
  • the viscosity of the high molecular weight POM can be greatly reduced, the effect being retained in several melt passes. No formaldehyde evaporates, the POM blend remains a solid, and therefore the classic Catamold manufacturing process can also be performed with the POM blends.
  • FIG. 1 shows the dependence of the size exclusion chromatography (SEC) detector signal in arbitrary units, plotted against the molecular weight in g / mol.
  • the solid line shows the molecular weight distribution for mixing for one minute
  • the triangles show the molecular weight distribution after mixing for 2 minutes
  • the circles show the molecular weight distribution for a mixing time of 5 minutes. It was found that the molecular weight distribution remains the same at the three mixing times, which indicates a stability of the polymer blend.
  • the bimodal molecular weight distribution resulting from the blend polymers is retained. It does not come to a molecular weight balance by transacetalization.
  • the molding compositions are not brittle, but still have a high strength.
  • the POM blends are suitable in an advantageous manner for the metal or ceramic powder-injection molding after the Catamold ® process.
  • the POM molding materials are subjected to a threefold melting and shearing: when mixing the two polymer components, when the metal or ceramic powder is introduced, and finally during injection molding.
  • a recycling and reuse of parts of the injection-molded body, such as the sprues there is a further thermal stress.
  • the inorganic material powder particularly metal powders or ceramic powders contain. These powders are typically first coated with a thin layer of polyethylene and then compounded in a polyoxymethylene binder. This Catamold granulate is then processed by injection molding into a green body, transferred by debinding in a brown body and then sintered to a sintered shaped body. The process is known as Metal Injection Molding (MIM) and allows the production of metal or ceramic moldings with complex shapes.
  • MIM Metal Injection Molding
  • the Catamold granules have a content of inorganic fillers of about 90 wt .-%.
  • the green bodies produced using polyoxymethylene homo- or copolymers have very good mechanical properties, in particular dimensional stability.
  • the debinding is often carried out by the action of an acidic atmosphere, for example HN0 3 atmosphere at 1 10 to 140 ° C with degradation of the POM binder.
  • an acidic atmosphere for example HN0 3 atmosphere at 1 10 to 140 ° C with degradation of the POM binder.
  • the inorganic particles are connected to one another via their thin polyethylene coating. Due to the acidic depolymerization of the POM, the binder can be removed without residue.
  • the sintering of the brown body preferably follows in a sintering furnace at temperatures in the range of about 1100 to 1500 ° C to obtain the desired metal or ceramic shaped body.
  • the metal or ceramic particles must be transported homogeneously with the molding compound.
  • a suitable property spectrum of flowability and creep compliance is often achieved by POM with a weight average molecular weight above about 85,000 g / mol.

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Abstract

What are described are specific polyoxymethylene copolymers having a weight-average molecular weight (MW) in the range from 5000 to 15 000 g/mol, and processes for preparation thereof by polymerization of trioxane and optionally comonomers in the presence of at least one cationic initiator and of at least one di(C1-6-alkyl) acetal as a chain transfer agent.

Description

Polyoxymethylencopolymere  polyoxymethylene
Beschreibung Die Erfindung betrifft Polyoxymethylencopolymere mit niedrigem Molekulargewicht, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung. The invention relates to low molecular weight polyoxymethylene copolymers, processes for their preparation and their use.
Polyoxymethylenhomo- oder -copolymere, auch als Polyacetal oder Polyformaldehyd bzw. POM bezeichnet, sind in der Regel hochmolekulare thermoplastische Kunststoffe, die eine hohe Steifigkeit, niedrige Reibwerte und eine ausgezeichnete Dimensionsstabilität und thermische Stabilität zeigen. Daher werden sie insbesondere zur Herstellung von Präzisionsteilen eingesetzt. Polyoxymethylene homopolymers or copolymers, also referred to as polyacetal or polyformaldehyde or POM, are generally high molecular weight thermoplastics which exhibit high stiffness, low coefficients of friction and excellent dimensional stability and thermal stability. Therefore, they are used in particular for the production of precision parts.
Insbesondere die hohe Festigkeit, Härte und Steifigkeit in einem weiteren Temperatur- bereich machen sie für Formkörper-Anwendungen vorteilhaft einsetzbar. Die Weiterverarbeitung erfolgt beispielsweise über Spritzguss bei Temperaturen im Bereich von 180 bis 230°C, wie auch durch Extrusion. Die Herstellung von Polyoxymethylen erfolgt beispielsweise durch direkte Polymerisation von Formaldehyd oder durch kationische oder Übergangsmetall-zentrierte kationische Polymerisation von Trioxan. Zur Stabilisie- rung, um bei Säureeinfluss oder thermischer Belastung die Depolymerisation zu verhindern, werden die Endgruppen häufig durch Veretherung oder Veresterung geschützt. In particular, the high strength, hardness and rigidity in a wider temperature range make them advantageous for molding applications. The further processing takes place, for example, by injection molding at temperatures in the range of 180 to 230 ° C, as well as by extrusion. The preparation of polyoxymethylene is carried out, for example, by direct polymerization of formaldehyde or by cationic or transition metal-centered cationic polymerization of trioxane. For stabilization, in order to prevent depolymerization under the influence of acid or thermal stress, the end groups are frequently protected by etherification or esterification.
Eine andere Möglichkeit zur Stabilisierung gegenüber Säureeinfluss und thermischer Belastung ist die Herstellung von Copolymeren, beispielsweise durch Copolymerisation von Trioxan mit 1 ,4-Dioxan. Hier werden zur Stabilisierung die instabilen Endgruppen durch Hydrolyse zu Formaldehyd abgebaut. Typische Copolymere sind beispielsweise unter den Marken Hostaform® von Ticona/Celanese und Ultraform® von BASF SE verfügbar. Another possibility for stabilization against acid influence and thermal stress is the preparation of copolymers, for example by copolymerization of trioxane with 1, 4-dioxane. Here, the unstable end groups are degraded by hydrolysis to formaldehyde for stabilization. Typical copolymers ® for example, under the brand names Hostaform ® from Ticona / Celanese and Ultra form available from BASF SE.
Das Homopolymer weist typischerweise einen Schmelzpunkt von etwa 178°C auf, das Copolymer von etwa 166°C. The homopolymer typically has a melting point of about 178 ° C, the copolymer of about 166 ° C.
Verfahren zur Herstellung von Polyoxymethylenhomo- oder -copolymeren sind bei- spielsweise in WO 2007/023187 und WO 2009/077415 beschrieben. Processes for the preparation of polyoxymethylene homo- or copolymers are described, for example, in WO 2007/023187 and WO 2009/077415.
US 6,388,049 betrifft Polyoxymethylenpolymere mit niedrigem Molekulargewicht und diese enthaltende Zusammensetzungen. In den Herstellungsbeispielen 14 bis 16 werden auf Trioxan und Butandiolformal basierende Copolymere angegeben, in denen Methylal als Regler verwendet wurde. Die zugesetzte Menge an Comonomer beträgt jeweils 1 ,46 mol-%, entsprechend etwa 4,4 Gew.-% Butandiolformal. Es werden Zahlenmittel des Molekulargewichts von 1 100, 5500 bzw. 35000 g/mol erhalten. Polyoxymethylen wird auch als Bindemittel für den Pulverspritzguss eingesetzt. Hierbei werden mit anorganischen Pulvern, insbesondere Metallpulvern oder Keramikpulvern, gefüllte POM-Formmassen durch Spritzgießen zu Formkörpern verarbeitet und nachfolgend entbindert und gesintert. Da die hohe Beladung des POM mit den anorganischen Pulvern die Fließfähigkeit beeinträchtigt, ist es erforderlich, gut fließende POM- Massen einzusetzen, um die beim Spritzguss erforderlichen Drücke in vertretbarem Maß zu halten. US 6,388,049 relates to low molecular weight polyoxymethylene polymers and compositions containing them. Preparation Examples 14 to 16 give trioxane-based and butanediol-formal copolymers in which methylal was used as regulator. The added amount of comonomer is in each case 1, 46 mol%, corresponding to about 4.4 wt .-% butanediol formal. Number average molecular weights of 1100, 5500 and 35000 g / mol are obtained. Polyoxymethylene is also used as a binder for powder injection molding. In this case, filled with inorganic powders, in particular metal powders or ceramic powders, POM molding compounds are processed by injection molding into moldings and subsequently debinded and sintered. Since the high loading of the POM with the inorganic powders impairs the flowability, it is necessary to use well-flowing POM materials in order to keep the pressures required during the injection molding to a reasonable level.
Um die Fließfähigkeit des POM zu verbessern, könnte das Molekulargewicht herabgesetzt werden, oder Fließverbesserer könnten zugesetzt werden. Ein Fließverbesserer sollte dabei eine sehr gute Mischbarkeit mit POM aufweisen und einen schnellen Abbau unter einer Säure-Gas-Atmosphäre zeigen, um Defekte in den gewünschten Formkörpern zu vermeiden. To improve the flowability of the POM, the molecular weight could be lowered or flow improvers added. A flow improver should have a very good miscibility with POM and show a rapid degradation under an acid-gas atmosphere in order to avoid defects in the desired moldings.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Polyoxymethylencopo- lymeren mit vermindertem Molekulargewicht, die als Viskositätsmodifizierendes Additiv für Polyoxymethylenhomo- oder -copolymere mit höherem Molekulargewicht eingesetzt werden können. It is an object of the present invention to provide reduced molecular weight polyoxymethylene copolymers which can be used as a viscosity modifying additive for higher molecular weight polyoxymethylene homopolymers or copolymers.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Polyoxymethylencopolymer mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts (Mw) im Bereich von 5000 bis 15000, bevorzugt 5000 bis 10000 g/mol oder 6000 bis 13000, vorzugsweise 6000 bis 9000 g/mol oder 6500 bis 1 1000, besonders bevorzugt 6500 bis 8000 g/mol, insbesondere 7000 bis 7500 g/mol, dadurch gekennzeichnet, dass es sich, bezogen auf das Polymer, zu mindestens 90 Gew.-% von Trioxan und Butandiolformal als Monomeren ablei- tet, mit einem Anteil an Butandiolformal, bezogen auf das Polymer, im Bereich von 0,5 bis 4 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 4 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 3,5 Gew.-%, insbesondere 2,5 bis 3 Gew.-%. The object is achieved by a polyoxymethylene copolymer having a weight average molecular weight (M w ) in the range of 5000 to 15,000, preferably 5000 to 10,000 g / mol or 6000 to 13,000, preferably 6000 to 9000 g / mol or 6500 to 1 1000, especially preferably 6500 to 8000 g / mol, in particular 7000 to 7500 g / mol, characterized in that it is based on the polymer, at least 90 wt .-% of trioxane and butanediol as monomers abgelei tet, with a proportion of butanediol , based on the polymer, in the range of 0.5 to 4 wt .-%, preferably 1 to 4 wt .-%, preferably 2 to 3.5 wt .-%, in particular 2.5 to 3 wt .-%.
Alternativ und bevorzugt beträgt das Zahlenmittel des Molekulargewichts (Mn) vor- zugsweise 3000 bis 6000 g/mol, besonders bevorzugt 3200 bis 5000 g/mol, insbesondere 3500 bis 4100 g/mol. In diesem Molekulargewichtsbereich wird eine besonders vorteilhafte Fließverbesserung für Polyoxymethylenhomo- oder copolymere mit höherem Molekulargewicht erreicht. Der Einsatz eines Polyoxymethylencopolymers gemäß der vorliegenden Erfindung, das einen Anteil an Butandiolformal, bezogen auf das Polymer, im Bereich von 1 bis 4 Gew.-% aufweist, zeigt aufgrund des gegenüber US 6,388,049 verringerten Comono- meranteils eine höhere Kristallinität und eine höhere Härte trotz des niedrigen Molekulargewichts. Dabei resultiert trotz guter viskositätsvermindernder Eigenschaften für Polyoxymethylenhomo- oder copolymere mit höherem Molekulargewicht eine vorteil- hafte Härte dieser Polymermischungen und damit vorteilhafte mechanische Eigenschaften für die Anwendung. Alternatively and preferably, the number average molecular weight (M n ) is preferably 3000 to 6000 g / mol, particularly preferably 3200 to 5000 g / mol, in particular 3500 to 4100 g / mol. In this molecular weight range, a particularly advantageous flow improvement is achieved for polyoxymethylene homopolymers or copolymers having a higher molecular weight. The use of a polyoxymethylene copolymer according to the present invention, which has a proportion of butanediol formal, based on the polymer, in the range of 1 to 4 % By weight, shows a higher crystallinity and a higher hardness in spite of the low molecular weight due to the compared to US 6,388,049 reduced comonomer. In spite of good viscosity-reducing properties for polyoxymethylene homopolymers or copolymers having a higher molecular weight, this results in an advantageous hardness of these polymer blends and thus advantageous mechanical properties for use.
Die Molmassen-Bestimmung kann dabei wie in den Beispielen beschrieben erfolgen. Die Bestimmung der Molekulargewichte erfolgt in der Regel über Gelpermeations- Chromatographie (GPC) bzw. SEC (Size Exclusion Chromatography). Das Zahlenmittel des Molekulargewichts wird im Allgemeinen durch GPC-SEC bestimmt. The molecular weight determination can be carried out as described in the examples. The determination of the molecular weights is usually carried out by gel permeation chromatography (GPC) or SEC (Size Exclusion Chromatography). The number average molecular weight is generally determined by GPC-SEC.
Die Aufgabe wird zudem erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Polyoxymethylencopolymeren durch Polymerisation von Trioxan, gegebenenfalls Comonomeren, in Gegenwart mindestens eines kationischen Starters, und mindestens eines Di(Ci-6-alkyl)als als Regler und durch die nach diesem Verfahren erhältlichen Polymere. The object is also achieved according to the invention by a process for preparing polyoxymethylene copolymers obtained by polymerization of trioxane, optionally comonomers, in the presence of at least one cationic initiator, and at least one di (Ci -6 alkyl) than as a controller and the obtainable by this process polymers ,
Die Aufgabe wird zudem gelöst durch Verwendung der vorstehenden Polyoxymethyl- encopolymere als Viskositätsmodifizierendes Additiv für Polyoxymethylenhomo- oder - copolymere mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von mindestens 50.000 g/mol. The object is also achieved by using the above polyoxymethylene encopolymers as a viscosity-modifying additive for polyoxymethylene homopolymers or copolymers having a weight-average molecular weight of at least 50,000 g / mol.
Bevorzugt liegt das Verhältnis zwischen Gewichtsmittel des Molekulargewichts (Mw) und Zahlenmittel des Molekulargewichts (Mn), auch als Polydispersität oder Mw/Mn bezeichnet, im Bereich von 1 ,5 bis 3,0, vorzugsweise 1 ,5 bis 2,45. Preferably, the ratio between weight average molecular weight (M w ) and number average molecular weight (M n ), also referred to as polydispersity or M w / M n , is in the range of 1.5 to 3.0, preferably 1.5 to 2, 45th
Erfindungsgemäße Polyoxymethylencopolymere (POM) weisen ganz allgemein mindestens 50 mol-% an wiederkehrenden Einheiten - CH20 - in der Polymerhauptkette auf. Polyoxymethylencopolymere sind bevorzugt, die neben den wiederkehrenden Einheiten -CH20- noch bis zu 50, vorzugsweise 0,01 bis 20, insbesondere 0, 1 bis 10 mol- % und ganz besonders bevorzugt 0,5 bis 6 mol-% an wiederkehrenden Einheiten Polyoxymethylene copolymers (POM) according to the invention generally have at least 50 mol% of repeating units - CH 2 O - in the main polymer chain. Polyoxymethylene copolymers are preferred which in addition to the recurring units -CH 2 0- still up to 50, preferably 0.01 to 20, in particular 0, 1 to 10 mol% and very particularly preferably 0.5 to 6 mol% of recurring units
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aufweisen, wobei R1 bis R4 unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine Crbis C4-Alkylgruppe oder eine halogensubstituierte Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen und R5 eine -CH2-, -CH20 -, eine C bis C4-Alkyl- oder d- bis C4-Haloalkyl substituierte Methylengruppe oder eine entsprechende Oxymethylengruppe darstellen und n einen Wert im Bereich von 0 bis 3 hat. Vorteilhafterweise können diese Gruppen durch Ringöffnung von cyclischen Ethern in die Copolymere eingeführt werden. Bevorzugte cycli- sche Ether sind solche der Formel
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, said R 1 to R 4 independently represent a hydrogen atom, a Crbis C 4 alkyl group or a halogen-substituted alkyl group having 1 to 4 carbon atoms and R 5 is a -CH 2 -, -CH 2 0 -, a C to C 4 Alkyl or C 1 to C 4 haloalkyl-substituted methylene group or a corresponding oxymethylene group and n is a Value in the range of 0 to 3 has. Advantageously, these groups can be introduced into the copolymers by ring opening of cyclic ethers. Preferred cyclic ethers are those of the formula
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wobei R1 bis R5 und n die oben genannte Bedeutung haben. Nur beispielsweise seien Ethylenoxid, 1 ,2-Propylenoxid, 1 ,2-Butylenoxid, 1 ,3-Butylenoxid, 1 ,3-Dioxan, 1 ,3-Di- oxolan und 1 ,3-Dioxepan (= Butandiolformal, BUFO) als cyclische Ether sowie lineare Oligo- oder Polyformale wie Polydioxolan oder Polydioxepan als Comonomere genannt.
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wherein R 1 to R 5 and n have the abovementioned meaning. For example, ethylene oxide, 1, 2-propylene oxide, 1, 2-butylene oxide, 1, 3-butylene oxide, 1, 3-dioxane, 1, 3-dioxolane and 1, 3-dioxepane (= butanediol, BUFO) as cyclic Ethers and linear oligo- or polyformals such as polydioxolane or polydioxepan called comonomers.
Ebenfalls geeignet sind Oxymethylenterpolymerisate, die beispielsweise durch Umsetzung von Trioxan, einem der vorstehend beschriebenen cyclischen Ether mit einem dritten Monomeren, vorzugsweise bifunktionellen Verbindungen, der Formel Also suitable are Oxymethylenterpolymerisate, for example, by reacting trioxane, one of the cyclic ethers described above with a third monomer, preferably bifunctional compounds, the formula
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wobei Z eine chemische Bindung, -O-, -ORO- (R=Cr bis C8-Alkylen oder C3- bis C8- Cycloalkylen) ist, hergestellt werden.
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wherein Z is a chemical bond, -O-, -ORO- (R = Cr to C 8 -alkylene or C 3 - to C 8 -cycloalkylene) are prepared.
Bevorzugte Monomere dieser Art sind Ethylendiglycid, Diglycidylether und Diether aus Glycidylen und Formaldehyd, Dioxan oder Trioxan im Molverhältnis 2:1 sowie Diether aus 2 mol Glycidylverbindung und 1 mol eines aliphatischen Diols mit 2 bis 8 C-Atomen wie beispielsweise die Diglycidylether von Ethylenglykol, 1 ,4-Butandiol, 1 ,3-Butandiol, Cyclobutan-1 ,3-diol, 1 ,2-Propandiol und Cyclohexan-1 ,4-diol, um nur einige Beispiele zu nennen. Preferred monomers of this type are ethylene diglycide, diglycidyl ether and diether from glycidylene and formaldehyde, dioxane or trioxane in the molar ratio 2: 1 and diether from 2 mol glycidyl compound and 1 mol of an aliphatic diol having 2 to 8 carbon atoms such as the diglycidyl ethers of ethylene glycol, 1 , 4-butanediol, 1, 3-butanediol, cyclobutane-1, 3-diol, 1, 2-propanediol and cyclohexane-1, 4-diol, to name just a few examples.
Endgruppenstabilisierte Polyoxymethylenpolymerisate, die an den Kettenenden überwiegend C-C-oder -0-CH3-Bindungen aufweisen, werden besonders bevorzugt. Die erfindungsgemäßen Polymere leiten sich, bezogen auf das Polymer, zu mindestens 90 Gew.-% von Trioxan und Butandiolformal als Monomeren ab. End-group-stabilized polyoxymethylene polymers which have predominantly C-C or -O-CH 3 bonds at the chain ends are particularly preferred. The polymers according to the invention are derived, based on the polymer, from at least 90% by weight of trioxane and butanediol formal as monomers.
Dabei leiten sich die Polyoxymethylen-Copolymere, vorzugsweise ausschließlich, von Trioxan und Butandiolformal als Monomeren ab, mit einem Anteil an Butandiolformal, bezogen auf das Polymer oder auf die Monomeren, im Bereich von 0,5 bis 4 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 4 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 3,5 Gew.-%, insbesondere 2,5 bis 3 Gew.-%. Die Molekulargewichte des Polymeren können durch die bei der Trioxanpolymerisation üblichen Regler sowie durch die Reaktionstemperatur und -verweilzeit auf die angestrebten Werte eingestellt werden. Als Regler kommen Acetale bzw. Formale einwertiger Alkohole, die Alkohole selbst sowie die als Kettenüberträger fungierenden geringen Mengen Wasser, deren Anwesenheit sich in der Regel nie vollständig vermeiden lässt, in Frage. The polyoxymethylene copolymers are derived, preferably exclusively, from trioxane and butanediol formal as monomers, with a content of butanediol formal, based on the polymer or on the monomers, in the range of 0.5 to 4 wt .-%, preferably 1 to 4 wt .-%, preferably 2 to 3.5 wt .-%, in particular 2.5 to 3 wt .-%. The molecular weights of the polymer can be adjusted to the desired values by the regulators customary in the trioxane polymerization and by the reaction temperature and residence time. Suitable regulators are acetals or formals of monohydric alcohols, the alcohols themselves and the small amounts of water which act as chain transfer agents and whose presence can generally never be completely avoided.
Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Polymer an den Kettenenden, bezogen auf das Polymer, 3 bis 6 Gew.-% Reste der allgemeinen Formel -OR auf, wobei R die Bedeutung Ci-6-Alkyl, vorzugsweise Ci-4-alkyl, hat. Preferably, the inventive polymer at the chain ends, based on the polymer, 3 to 6 wt .-% of radicals of the general formula -OR, wherein R is Ci-6-alkyl, preferably Ci -4 alkyl.
Vorzugsweise werden bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Polyoxymethylen- copolymers, bezogen auf das Polymer oder die Summe aus Monomeren und Regler, 3,75 bis 4,25 Gew.-%, vorzugsweise 3,8 bis 4,2 Gew.-%, insbesondere 3,9 bis 4,1 Gew.-% Methylal oder eine äquimolare Menge eines anderen Di(Ci-6-alkyl)acetals als Regler mitverwendet. Preferably, in the preparation of the polyoxymethylene copolymer of the invention, based on the polymer or the sum of monomers and regulators, 3.75 to 4.25 wt .-%, preferably 3.8 to 4.2 wt .-%, in particular 3 , 9 to 4.1 wt .-% methylal or an equimolar amount of another di (Ci -6- alkyl) acetal concomitantly used as a regulator.
Besonders bevorzugt werden Methylal, z. B. im Labormaßstab, oder ButylaI (n-Butylal), z. B. großtechnisch, als Regler mitverwendet. Besonders bevorzugt wird ButylaI (n-Butylal) als Regler verwendet, der den Vorteil hat, nicht toxisch zu sein, während Methylal als toxisch eingestuft wird. Die Verwendung von ButylaI als Regler stellt einen weiteren Vorteil gegenüber den aus US 6,388,049 bekannten Polyoxymethylencopolymeren dar. Vorzugsweise wird damit bei der Herstellung des Polymers ButylaI als Regler eingesetzt. Bevorzugt wird ButylaI, bezogen auf das Polymer, in einer Menge von 0,5 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 3,5 Gew.-%, insbesondere 1 ,5 bis 2,5 Gew.-%, eingesetzt. Zusammen mit der spezifischen Comonomermenge und dem spezifischen Molekulargewicht ergeben sich Polyoxymethylencopolymere mit besonders geeigneten mecha- nischen Eigenschaften, die sie als Viskositätsmodifizierendes Additiv für Polyoxymethy- lenhomo- oder copolymere mit höherem Molekulargewicht geeignet machen, ohne dass die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Härte, in größerem Umfang beeinträchtigt werden. Particularly preferred are methylal, z. B. on a laboratory scale, or ButylaI (n-butyl), z. B. industrially, also used as a controller. More preferably, butylal (n-butylal) is used as a regulator which has the advantage of being non-toxic, while Methylal is classified as toxic. The use of butylal as a regulator is a further advantage over the polyoxymethylene copolymers known from US Pat. No. 6,388,049. Preference is given to using butylalI as regulator in the preparation of the polymer. Butylal, based on the polymer, in an amount of 0.5 to 4 wt .-%, particularly preferably 1 to 3.5 wt .-%, in particular 1, 5 to 2.5 wt .-%, is preferably used. Together with the specific amount of comonomer and the specific molecular weight, polyoxymethylene copolymers with particularly suitable mecha- These properties make them useful as a viscosity-modifying additive for higher molecular weight polyoxymethylene homo- or copolymers without significantly affecting mechanical properties, particularly hardness.
Besonders bevorzugt sind damit Polyoxymethylencopolymere mit einem Anteil an Bu- tandiolformal, bezogen auf das Polymer, im Bereich von 0,5 bis 4 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 4 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 3,5 Gew.-%, insbesondere 2,5 bis 3 Gew.-%, bei deren Herstellung Butylal als Regler in einer Menge, bezogen auf das Polymer, von 0,5 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 3,5 Gew.-%, insbesondere 1 ,5 bis 2,5 Gew.- %, mitverwendet wird. Das Zahlenmittel des Polyoxymethylencopolymers beträgt dabei besonders bevorzugt 3000 bis 6000 g/mol, stärker bevorzugt 3200 bis 5000 g/mol, insbesondere 3500 bis 4100 g/mol. Diese spezielle Kombination aus Molekulargewicht, Comonomeranteil, Comonomer- auswahl, Regleranteil und Reglerauswahl führt zu besonders geeigneten mechanischen Eigenschaften, die den vorteilhaften Einsatz als Viskositätsmodifizierendes Additiv für höhermolekulare Polyoxymethylenhomo- oder copolymere erlauben. Als Initiatoren (auch als Katalysatoren bezeichnet) werden die bei der Trioxanpolymeri- sation üblichen kationischen Starter verwendet. Es eignen sich Protonensäuren, wie fluorierte oder chlorierte Alkyl- und Arylsulfonsäuren, z.B. Perchlorsäure, Trifluorme- thansulfonsäure oder Lewis-Säuren, wie z.B. Zinntetrachlorid, Arsenpentafluorid, Phosphorsäurepentafluorid und Bortrifluorid sowie deren Komplexverbindungen und salzartige Verbindungen, z.B. Bortrifluorid-Etherate und Triphenylmethylenhexafluoro- phosphat. Die Initiatoren (Katalysatoren) werden in Mengen von etwa 0,01 bis 1.000 ppm, vorzugsweise 0,01 bis 500 ppm und insbesondere von 0,01 bis 200 ppm eingesetzt. Im Allgemeinen empfiehlt es sich, den Initiator in verdünnter Form zuzusetzen, vorzugsweise in Konzentrationen von 0,005 bis 5 Gew.-%. Als Lösungsmittel hierfür können inerte Verbindungen wie aliphatische, cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe z.B. Cyclohexan, halogenierte aliphatische Kohlenwasserstoffe, Glykolether usw. verwendet werden. Besonders bevorzugt ist Triglyme (Triethylenglykoldimethylether) als Lösungsmittel sowie 1 ,4-Dioxan. Besonders bevorzugt werden erfindungsgemäß als kationische Starter Brönsted- Säuren in einer Menge im Bereich von 0,01 bis 1 ppm (vorzugsweise 0,02 bis 0,2 ppm, insbesondere 0,04 bis 0,1 ppm), bezogen auf die Summe aus Monomeren und Regler, eingesetzt. Insbesondere wird HCI04 als kationischer Starter oder Initiator eingesetzt. Zusätzlich zu den Initiatoren können Cokatalysatoren mitverwendet werden. Dies sind Alkohole jeglicher Art, z.B. aliphatische Alkohole mit 2 bis 20 C-Atomen, wie t-Amyl- alkohol, Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Pentanol, Hexanol; aromatische Alkohole mit 2 bis 30 C-Atomen, wie Hydrochinon; halogenierte Alkohole mit 2 bis 20 C- Atomen, wie Hexafluorisopropanol; ganz besonders bevorzugt sind Glykole jeder Art, insbesondere Diethylenglykol und Triethylenglykol; und aliphatische Dihydroxyverbin- düngen, insbesondere Diole mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen wie 1 ,2-Ethandiol, 1 ,3- Propandiol, 1 ,4-Butandiol, 1 ,6-Hexandiol, 1 ,4-Hexandiol, 1 ,4-Cyclohexandiol, 1 ,4- Cyclohexandimethanol und Neopentylglykol. Polyoxymethylene copolymers with a proportion of butanediol formal, based on the polymer, in the range from 0.5 to 4 wt.%, Preferably 1 to 4 wt.%, Preferably 2 to 3.5 wt. , in particular 2.5 to 3 wt .-%, in their preparation Butylal as a regulator in an amount, based on the polymer, from 0.5 to 4 wt .-%, particularly preferably 1 to 3.5 wt .-%, in particular 1, 5 to 2.5% by weight, is used. The number average of the polyoxymethylene copolymer is more preferably 3000 to 6000 g / mol, more preferably 3200 to 5000 g / mol, especially 3500 to 4100 g / mol. This special combination of molecular weight, comonomer content, comonomer selection, regulator fraction and regulator selection leads to particularly suitable mechanical properties which allow the advantageous use as a viscosity-modifying additive for relatively high molecular weight polyoxymethylene homopolymers or copolymers. Initiators (also referred to as catalysts) are the cationic initiators customary in the trioxane polymerization. Proton acids are suitable, such as fluorinated or chlorinated alkyl- and arylsulfonic acids, for example perchloric acid, trifluoromethanesulfonic acid or Lewis acids, for example tin tetrachloride, arsenic pentafluoride, phosphoric pentafluoride and boron trifluoride, and their complex compounds and salt-like compounds, for example boron trifluoride etherates and triphenylmethylene hexafluorophosphate. The initiators (catalysts) are used in amounts of about 0.01 to 1000 ppm, preferably 0.01 to 500 ppm and in particular from 0.01 to 200 ppm. In general, it is advisable to add the initiator in dilute form, preferably in concentrations of 0.005 to 5 wt .-%. Suitable solvents for this purpose are inert compounds such as aliphatic, cycloaliphatic hydrocarbons such as cyclohexane, halogenated aliphatic hydrocarbons, glycol ethers, etc. can be used. Particular preference is given to triglyme (triethylene glycol dimethyl ether) as solvent and 1,4-dioxane. Particularly preferred according to the invention as cationic initiators Bronsted acids in an amount in the range of 0.01 to 1 ppm (preferably 0.02 to 0.2 ppm, in particular 0.04 to 0.1 ppm), based on the sum of monomers and regulators, used. In particular, HCI0 4 is used as a cationic initiator or initiator. In addition to the initiators cocatalysts can be included. These are alcohols of any kind, for example aliphatic alcohols having 2 to 20 C atoms, such as t-amyl alcohol, methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol; aromatic alcohols having 2 to 30 C atoms, such as hydroquinone; halogenated alcohols having 2 to 20 C atoms, such as hexafluoroisopropanol; Very particular preference is given to glycols of any type, in particular diethylene glycol and triethylene glycol; and aliphatic dihydroxy compounds, in particular diols having 2 to 6 carbon atoms, such as 1, 2-ethanediol, 1, 3-propanediol, 1, 4-butanediol, 1, 6-hexanediol, 1, 4-hexanediol, 1, 4-cyclohexanediol, 1, 4-cyclohexanedimethanol and neopentyl glycol.
Monomere, Initiatoren, Cokatalysator und gegebenenfalls Regler können auf beliebige Weise vorgemischt oder auch getrennt voneinander dem Polymerisationsreaktor zugegeben werden. Monomers, initiators, cocatalyst and, if appropriate, regulators may be premixed in any way or may also be added to the polymerization reactor separately from one another.
Ferner können die Komponenten zur Stabilisierung sterische gehinderte Phenole enthalten wie in EP-A 129369 oder EP-A 128739 beschrieben. Further, the stabilizing components may contain sterically hindered phenols as described in EP-A 129369 or EP-A 128739.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Polyoxymethylencopolymere erfolgt durch Polymerisation von Trioxan, Butandiolformal und gegebenenfalls weiteren Comonome- ren, in Gegenwart mindestens eines kationischen Starters und mindestens eines Di(Ci_ 6-alkyl)acetals als Regler. The preparation of polyoxymethylene copolymers according to the invention is carried out by polymerization of trioxane, butanediol and optionally ren further comonomers, in the presence of at least one cationic initiator and at least one di (CI_ 6 alkyl) acetal as regulator.
Vorzugsweise wird direkt anschließend an die Polymerisation die Polymerisationsmischung desaktiviert, vorzugsweise ohne dass eine Phasenveränderung erfolgt. Die Desaktivierung der Initiatorreste (Katalysatorreste) erfolgt in der Regel durch Zugabe von Desaktivatoren (Abbruchmitteln) zur Polymerisationsschmelze. Geeignete Desak- tivatoren sind z.B. Ammoniak sowie primäre, sekundäre oder tertiäre, aliphatische und aromatische Amine, z.B. Trialkylamine wie Triethylamin, oder Triacetondiamin. Außerdem geeignet sind basisch reagierende Salze, wie Soda und Borax, weiterhin die Car- bonate und Hydroxide der Alkali- und Erdalkalimetalle, außerdem auch Alkoholate wie Natriumethanolat. Die Desaktivatoren werden üblicherweise den Polymeren in Mengen von vorzugsweise 0,01 ppmw (parts per million by weight) bis zu 2 Gew.-% zugesetzt. Weiterhin sind Alkali- bzw. Erdalkalialkyle als Desaktivatoren bevorzugt, welche 2 bis 30 C-Atome im Alkylrest aufweisen. Als besonders bevorzugte Metalle seien Li, Mg und Na genannt, wobei n-Butyllithium besonders bevorzugt ist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können 3 bis 30 ppm, vorzugsweise 5 bis 20 ppm, insbesondere 8 bis 15 ppm, bezogen auf die Summe aus Monomeren und Regler, eines Kettenabbruchmittels mitverwendet werden. Dabei wird insbesondere Natriummethylat als Kettenabbruchmittel eingesetzt. POM aus Trioxan und Butandiolformal werden in der Regel durch Polymerisation in Masse erhalten, wozu man jegliche Reaktoren mit hoher Mischwirkung verwenden kann. Die Reaktionsführung kann dabei homogen erfolgen, z.B. in einer Schmelze, oder heterogen, z.B. als Polymerisation zu einem Feststoff oder Feststoffgranulat. Geeignet sind beispielsweise Schalenreaktoren, Pflugscharmischer, Rohrreaktoren, Listreaktoren, Kneter (z.B. Busskneter), Extruder mit beispielsweise einer oder zwei Schnecken, und Rührreaktoren, wobei die Reaktoren statische oder dynamische Mischer aufweisen können. The polymerization mixture is preferably deactivated directly after the polymerization, preferably without a phase change taking place. The deactivation of the initiator residues (catalyst residues) is generally carried out by adding deactivators (terminating agents) to the polymerization melt. Suitable deactivators are, for example, ammonia and primary, secondary or tertiary, aliphatic and aromatic amines, for example trialkylamines such as triethylamine, or triacetonediamine. Also suitable are basic-reacting salts, such as soda and borax, furthermore the carbonates and hydroxides of the alkali metals and alkaline earth metals, and also alkoxides, such as sodium ethanolate. The deactivators are usually added to the polymers in amounts of preferably 0.01 ppmw (parts per million by weight) up to 2 wt .-%. Furthermore, alkali metal or alkaline earth metal alkyls are preferred as deactivators which have 2 to 30 C atoms in the alkyl radical. Particularly preferred metals are Li, Mg and Na, with n-butyllithium being particularly preferred. According to one embodiment of the invention, from 3 to 30 ppm, preferably from 5 to 20 ppm, in particular from 8 to 15 ppm, based on the sum of monomers and regulator, of a chain terminating agent can be used. In particular, sodium methylate is used as a chain terminator. POMs from trioxane and butanediol formal are generally obtained by bulk polymerization, using any reactors with high mixing efficiency can. The reaction can be carried out homogeneously, for example in a melt, or heterogeneously, for example as polymerization to a solid or solid granules. Suitable examples are shell reactors, ploughshare mixers, tube reactors, Listreaktoren, kneaders (eg Busskneter), extruders with, for example, one or two screws, and stirred reactors, the reactors may have static or dynamic mixer.
Die Trioxan-Polymerisation kann man gedanklich in drei Reaktionsschritte, die Initiierung, die Propagation und Transfer-Reaktionen auftrennen. Bei den Transfer- Reaktionen kann ein Kettentransfer zum Polymer, zu einer protischen Spezies wie Wasser, oder einem Transfermittel wie Butylal, erfolgen. Die Transfer-Reaktionen zu anderen Polymerketten erlauben die zufällige Verteilung der Comonomer-Einheiten entlang der Polymerketten. Diese Reaktionen treten zwischen dem Carbonium einer aktiven Kette und dem Sauerstoff einer anderen Polymerkette auf, so lange aktive Carbonium-Ionen im Reaktionsgemisch vorliegen. The trioxane polymerization can be thought of as three reaction steps, the initiation, the propagation and transfer reactions. In the transfer reactions, chain transfer to the polymer, to a protic species such as water, or to a transfer agent such as butylal can occur. The transfer reactions to other polymer chains allow the random distribution of the comonomer units along the polymer chains. These reactions occur between the carbonium of one active chain and the oxygen of another polymer chain as long as active carbonium ions are present in the reaction mixture.
Transfer-Reaktionen zu protischen Spezies wie Wasser vermindern sowohl das Molekulargewicht, wie auch die thermische Stabilität des Polymers, da instabile Hydroxyl- Endgruppen gebildet werden. Daher wird die Polymerisation unter möglichst trockenen Bedingungen durchgeführt. Transfer reactions to protic species such as water reduce both the molecular weight and the thermal stability of the polymer as unstable hydroxyl end groups are formed. Therefore, the polymerization is carried out under dry conditions.
Transfer-Reaktionen zu aprotischen Spezies wie Acetalen mit niedrigem Molekulargewicht reduzieren das Molekulargewicht und erzeugen stabile Ether-Endgruppen und erhöhen damit die thermische Stabilität des Polymers. Deshalb werden vorzugsweise Kettenübertragungsmittel oder Regler wie Methylal oder Butylal eingesetzt, die in der gewünschten Menge dem Monomeren-Gemisch zugefügt werden. In dem in üblichen Catamold-Massen eingesetzten POM beträgt der Butylal-Gehalt in der Regel etwa 0,35 Gew.-% und das Gewichtsmittel des Molekulargewichts des POM beträgt etwa 97.000 g/mol, bei einem Verhältnis Mw/Mn von etwa 4,2. Transfer reactions to aprotic species such as low molecular weight acetals reduce the molecular weight and produce stable ether end groups, thus increasing the thermal stability of the polymer. Therefore, chain transfer agents or regulators such as methylal or butylal are preferably used, which are added in the desired amount to the monomer mixture. In the POM used in conventional catamold compositions, the butylal content is usually about 0.35 wt% and the weight average molecular weight of the POM is about 97,000 g / mol, with a ratio M w / M n of about 4 ; 2.
Die POM-Polymerisation hat keinen Terminierungsschritt. Das lebende Polymer befindet sich im Gleichgewicht mit Formaldehyd-Monomer, bis eine Comonomer-Endgruppe erreicht wird, die eine stabile Endgruppe darstellt. Ein Verfahren zur Stabilisierung der Polymer-Enden ist dabei daher die Depolymerisation der instabilen Kettenenden bis nur stabile Comonomer-Endgruppen verbleiben. Dieses Verfahren wird im Schalen- kreis-Prozess angewendet, bei dem die erhaltenen Polymere in der Mehrzahl von Methylal oder Butylal abgeleitete Endgruppen (z. B. -0-(CH2)4-OH) aufweisen. Die Kettenenden können auch durch Zugabe einer alkalischen Verbindung deaktiviert werden. Dieses Vorgehen wird insbesondere in kontinuierlichen Verfahren angewendet, in de- nen lebende Endgruppen typischerweise mit Natriummethanolat inaktiviert werden. Das erhaltene Polymer hat eine Mehrzahl von -CH2-0-CH3-Endgruppen. Bei einer Polymerisation in Masse, z.B. in einem Extruder, entsteht durch das aufgeschmolzene Polymer eine sog. Schmelzeabdichtung, wodurch flüchtige Bestandteile im Extruder verbleiben. Man dosiert die vorstehenden Monomere in die im Extruder vor- handene Polymerschmelze, gemeinsam oder getrennt von den Initiatoren (Katalysatoren), bei einer bevorzugten Temperatur der Reaktionsmischung von 62 bis 1 14°C. Bevorzugt werden auch die Monomere (Trioxan) in geschmolzenem Zustand dosiert, z.B. bei 60 bis 120°C. Aufgrund der Exothermie des Prozesses muss üblicherweise lediglich beim Start des Verfahrens das Polymer im Extruder aufgeschmolzen werden; an- schließend reicht die freiwerdende Wärmemenge aus, um das gebildete POM-Polymer aufzuschmelzen bzw. schmelzflüssig zu halten. The POM polymerization has no termination step. The living polymer is in equilibrium with formaldehyde monomer until a comonomer end group is achieved which is a stable end group. A process for stabilizing the polymer ends is therefore the depolymerization of the unstable chain ends until only stable comonomer end groups remain. This process is used in the shell-and-roll process in which the polymers obtained have a majority of methylal or butylal derived end groups (eg, -O- (CH 2 ) 4 -OH). The chain ends can also be deactivated by adding an alkaline compound. This procedure is used in particular in continuous processes in which living end groups are typically inactivated with sodium methoxide. The resulting polymer has a plurality of -CH 2 -O-CH 3 end groups. In a bulk polymerization, for example in an extruder, the melted polymer produces a so-called melt seal, whereby volatile constituents remain in the extruder. The above monomers are metered into the polymer melt present in the extruder, together or separately from the initiators (catalysts), at a preferred temperature of the reaction mixture of 62 to 1400C. The monomers (trioxane) are preferably also metered in a molten state, for example at 60 to 120.degree. Due to the exothermic nature of the process, the polymer usually only has to be melted in the extruder at the start of the process; Subsequently, the amount of heat released is sufficient to melt the molten POM polymer or to keep it molten.
Die Schmelzepolymerisation erfolgt in der Regel bei 1 ,5 bis 500 bar und 130 bis 300°C, und die Verweilzeit der Polymerisationsmischung im Reaktor beträgt üblicherweise 0,1 bis 20 bevorzugt 0,4 bis 5 min. Vorzugsweise führt man die Polymerisation bis zu einem Umsatz über 30 %, z.B. 60 bis 90 %. The melt polymerization is generally carried out at 1, 5 to 500 bar and 130 to 300 ° C, and the residence time of the polymerization mixture in the reactor is usually 0.1 to 20, preferably 0.4 to 5 min. Preferably, the polymerization is carried out to a conversion above 30%, e.g. 60 to 90%.
Man erhält häufig ein Roh-POM, das wie erwähnt erhebliche Anteile, beispielsweise bis zu 40 %, an nicht umgesetzten Restmonomeren enthält, insbesondere Trioxan und Formaldeyhd. Dabei kann Formaldehyd im Roh-POM auch dann vorliegen, wenn nur Trioxan als Monomer eingesetzt wurde, da es als Abbauprodukt des Trioxans entstehen kann. Außerdem können auch andere Oligomere des Formaldehyds vorliegen, z.B. das tetramere Tetroxan. Dieses Roh-POM wird bevorzugt in einer oder mehreren Stufen in bekannten Entgasungsvorrichtungen, beispielsweise in Entgasungstöpfen (Flash-Töpfen), Entgasungsextrudern mit einer oder mehreren Schnecken, Dünnschichtverdampfern, Sprühtrocknern oder anderen üblichen Entgasungsvorrichtungen, entgast. Besonders bevorzugt sind Entgasungstöpfe (Flash-Töpfe). A crude POM is frequently obtained which, as mentioned, contains considerable proportions, for example up to 40%, of unreacted residual monomers, in particular trioxane and formaldeyde. Formaldehyde can also be present in the crude POM if only trioxane was used as the monomer since it can be formed as a degradation product of the trioxane. In addition, other oligomers of formaldehyde may also be present, e.g. the tetrameric tetroxane. This crude POM is preferably degassed in one or more stages in known degassing devices, for example in degassing pots (flash pots), vented extruders with one or more screws, thin film evaporators, spray dryers or other conventional degassing devices. Particularly preferred are degassing pots (flash pots).
Bevorzugt wird die Entgasung des Roh-POM's in der Weise betrieben, dass in einem ersten Flash auf unter 6 bar absolut entgast wird, unter Erhalt eines gasförmigen Stromes und eines Flüssigkeitsstromes, der einem zweiten Flash zugeführt wird, der bei unter 2 bar absolut betrieben wird, unter Erhalt eines Brüdenstromes, der in die Mono- meranlage rezykliert wird. Preferably, the degassing of the raw POM is operated in such a way that is degassed in a first flash to below 6 bar absolute, to obtain a gaseous stream and a liquid stream, which is fed to a second flash, which is operated at below 2 bar absolute , obtaining a vapor stream, which is recycled into the monomer plant.
Beispielsweise kann bei einer zweistufigen Entgasung der Druck in der ersten Stufe bevorzugt 2 bis 18, insbesondere 2 bis 15 und besonders bevorzugt 2 bis 10 bar, und in der zweiten Stufe bevorzugt 1 ,05 bis 4 insbesondere 1 ,05 bis 3,05 und besonders bevorzugt 1 ,05 bis 3 bar betragen. Das teilentgaste Polyoxymethylenhomo- oder -copolymere kann anschließend einem Extruder oder Kneter zugeführt und darin mit üblichen Zusatzstoffen und Verarbeitungshilfsmitteln (Additiven), in den für diese Stoffe üblichen Mengen versehen werden. Solche Additive sind beispielsweise Gleit- oder Entformungsmittel, Farbmittel, wie z.B. Pigmente oder Farbstoffe, Flammschutzmittel, Antioxidantien, Stabilisatoren gegen Lichteinwirkung, Formaldehydfänger, Polyamide, Nukleierungsmittel, Faser- und pul- verförmige Füll- oder Verstarkungsmittel oder Antistatika sowie andere Zusatzstoffe oder deren Mischungen. Aus dem Extruder oder Kneter wird das Wertprodukt POM als Schmelze erhalten. For example, in a two-stage degassing, the pressure in the first stage is preferably 2 to 18, in particular 2 to 15 and particularly preferably 2 to 10 bar, and in the second stage preferably 1, 05 to 4, in particular 1, 05 to 3.05 and especially preferably 1.05 to 3 bar amount. The teilentgaste Polyoxymethylenhomo- or copolymers can then be fed to an extruder or kneader and therein with conventional additives and processing aids (additives), provided in the usual amounts for these substances. Such additives are, for example, lubricants or mold release agents, colorants such as pigments or dyes, flame retardants, antioxidants, light stabilizers, formaldehyde scavengers, polyamides, nucleating agents, fibrous and pulverulent fillers or reinforcing agents or antistatics and other additives or mixtures thereof. From the extruder or kneader, the desired product POM is obtained as a melt.
Die bevorzugte Batch-Synthese nach dem Schalenkreis-Verfahren beinhaltet die folgenden Schritte: Im ersten Schritt wird ein nicht geschlossenes Reaktionsgefäß („Schale") mit dem flüssigen Monomer/Comonomer-Gemisch befüllt. Initiator wird durch eine Pumpe, beispielsweise eine HPLC-Pumpe, bei einer Temperatur im Bereich von vorzugsweise 60 bis 100°C, besonders bevorzugt 70 bis 90°C, insbesondere 75 bis 85°C, eingetragen. Ein Lösungsmittel kann mitverwendet werden, dessen Siedepunkt mehr als 100°C be- trägt, und das mit den Monomeren mischbar ist. The preferred shell-batch process batch process involves the following steps: In the first step, a non-closed reaction vessel ("shell") is filled with the liquid monomer / comonomer mixture Initiator is pumped by, for example, an HPLC pump. at a temperature in the range of preferably 60 to 100 ° C., more preferably 70 to 90 ° C., in particular 75 to 85 ° C. A solvent may be used, the boiling point of which is more than 100 ° C., and is miscible with the monomers.
Im zweiten Schritt wird der Initiator, vorzugsweise wässrige HCI04 in einem Lösungsmittel, mit den Monomeren vermischt. Nach einer Induktionszeit findet im dritten Schritt simultan die Polymerisation und Kristallisation statt, an deren Ende nach der homogenen Reaktion ein fester Polymer-Block vorliegt. Die Induktionszeit beträgt dabei häufig weniger als 120 Sekunden, beispielsweise 20 bis 60 Sekunden. Im vierten Schritt wird das feste Roh-POM aus der Schale entnommen, mechanisch verkleinert, und in einem Extruder weiterverarbeitet, um beispielsweise durch Depoly- merisation bis zu stabilen Endgruppen zu gelangen (Entgasung). Zudem können Stabilisatoren und weitere Inhaltsstoffe zudosiert werden. Als Standard-Gemisch von Stabilisatoren kann eine Mischung aus Antioxidationsmittel, Säurefänger und Nukleiermittel angesehen werden. In the second step, the initiator, preferably aqueous HCI0 4 in a solvent, is mixed with the monomers. After an induction time, the polymerization and crystallization take place simultaneously in the third step, at the end of which, after the homogeneous reaction, there is a solid polymer block. The induction time is often less than 120 seconds, for example 20 to 60 seconds. In the fourth step, the solid crude POM is removed from the shell, mechanically reduced, and further processed in an extruder, for example, by depolymerization to reach stable end groups (degassing). In addition, stabilizers and other ingredients can be added. As a standard mixture of stabilizers, a mixture of antioxidant, acid scavenger and nucleating agent can be considered.
Nach dem Entleeren des Reaktionsbehältnisses kann dieses wieder mit flüssigem Monomer gefüllt werden, um einen neuen Kreislauf zu beginnen. Im Unterschied zu dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Herstellung der POM-Copolymere gemäß US 6,388,049 in vollständig geschmolzenem Zustand in Rohrreaktoren. Die Blendherstellung erfolgt in zwei in Serie geschalteten Reaktoren. Das erhaltene Polymer kann beispielsweise zu einem groben Pulver vermählen werden, mit einer Pufferlösung besprüht werden und sodann dem Extruder zugeführt werden. Der Puffer dient dazu, in der Schmelze verbliebene Säuren zu neutralisieren. After emptying the reaction container this can be filled again with liquid monomer to start a new cycle. In contrast to the process according to the invention, the preparation of the POM copolymers according to US Pat. No. 6,388,049 in completely molten state takes place in tubular reactors. The blend production takes place in two series-connected reactors. For example, the resulting polymer may be ground into a coarse powder, sprayed with a buffer solution, and then fed to the extruder. The buffer serves to neutralize acids remaining in the melt.
Um den Schalenkreis-Prozess erfolgreich durchführen zu können, sollte die Synthese schnell sein, d. h. eine kurze Induktionsperiode aufweisen. Zudem sollten die erhaltenen Oligomere schnell und vollständig verfestigt werden bei der Polymerisation und einen Polymer-Block bilden, der nicht zu stark an der Behältniswand anhaftet. To successfully complete the shell circle process, the synthesis should be fast; d. H. have a short induction period. In addition, the resulting oligomers should be rapidly and completely solidified in the polymerization and form a polymer block which does not adhere too strongly to the container wall.
Die Herstellung des niedermolekularen POM ist besonders vorteilhaft möglich durch Verwendung einer geringen Initiator-Menge, einer hohen Regler-Menge und Verkappen der Kettenenden. Das so erhaltene POM mit niedrigem Molekulargewicht ist sowohl thermisch beständig, als auch Chemikalien-beständig und weist eine Viskosität auf, die bis zum Faktor 1000 niedriger sein kann im Vergleich zu einem herkömmlichen POM mit hohem Molekulargewicht, wie es bislang in Catamold-Massen eingesetzt wird. The preparation of the low molecular weight POM is particularly advantageously possible by using a small amount of initiator, a high amount of regulator and capping the chain ends. The low molecular weight POM thus obtained is both thermally stable and chemical resistant and has a viscosity which may be lower by a factor of 1000 compared to a conventional high molecular weight POM as heretofore used in catamold compositions ,
Bei Verwendung des niedrigmolekularen POM als Viskositätsmodifizierendes Additiv für POM mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von mindestens 50.000 g/mol , vorzugsweise mindestens 80.000 g/mol, führt der Zusatz zu einem thermisch und chemisch stabilen POM-System, dessen Viskosität um einen Faktor von mindestens 10 vermindert werden kann, ohne die mechanische Stärke des hochmolekularen POM nennenswert zu beeinträchtigen. When using the low molecular weight POM as a viscosity modifying additive for POM having a weight average molecular weight of at least 50,000 g / mol, preferably at least 80,000 g / mol, the addition to a thermally and chemically stable POM system will increase its viscosity by a factor of at least 10 can be reduced without appreciably affecting the mechanical strength of the high molecular weight POM.
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert. The invention is explained in more detail by the following examples.
Beispiele Examples
Herstellung der POM-Oligomere Die Polymerisation im Labor-Maßstab wurde in einem Verfahren ausgeführt, das den Schalenkreis-Prozess widerspiegelt. Die Monomere und der Regler wurden in offenen Eisen- oder Aluminium-Reaktoren unter magnetischem Rühren auf 80°C erwärmt. Dabei war das Gemisch eine transparente Flüssigkeit. Zu einem Zeitpunkt t = 0 wurde eine Initiator-Lösung eingespritzt, die aus HCI04 in Triglyme bestand, mit einer Proto- nen-Konzentration von typischerweise 5 ppm relativ zu den Monomeren, bzw. entsprechend niedriger für das niedermolekulare POM. Bei einer erfolgreichen Polymerisation wurde das Gemisch in kurzer Zeit trüb (Induktionsperiode typischerweise im Bereich von wenigen Sekunden bis einer Minute) und das Polymer fiel aus. Preparation of POM Oligomers Laboratory scale polymerization was performed in a process that reflects the shell circle process. The monomers and the controller were heated to 80 ° C in open iron or aluminum reactors with magnetic stirring. The mixture was a transparent liquid. At an instant t = 0, an initiator solution consisting of HClO 4 in triglyme was injected, with a proton concentration of typically 5 ppm relative to the monomers, or correspondingly lower for the low molecular weight POM. In a successful polymerization The mixture became cloudy in a short time (induction period typically in the range of a few seconds to one minute) and the polymer precipitated.
Nachbehandlung und Bestimmung des Gewichtsverlusts Aftercare and determination of weight loss
Der erhaltene Polymer-Block wurde dann zu einem Pulver vermählen und eine Stunde in einer Extraktionslösung aus Methanol, Wasser und Natriumcarbonat unter Rückfluss erhitzt. Nach dem Abkühlen wurde das Polymer abfiltriert und mit einer Waschlösung von wässrigem Natriumcarbonat gewaschen. Das Pulver wurde sodann getrocknet, und der Gewichtsverlust wurde bestimmt. Dieses Verfahren gibt einen Hinweis auf die Polymerisationsausbeute, da verbleibende Monomere oder niedrigstmolekulare Oligo- mere in diesem Schritt extrahiert werden. Die lebenden Zentren der rohen Polymerketten wie auch verbliebene Säurezentren werden teilweise extrahiert oder neutralisiert. Es sollten alle Kationen neutralisiert werden, um ein Polymer zu erhalten, das für die weitere Untersuchung oder Weiterverarbeitung stabil genug ist. Säurereste würden anderenfalls das Gleichgewicht in Richtung auf Formaldehyd verschieben und die thermische Stabilität beeinträchtigen. The obtained polymer block was then ground to a powder and refluxed for one hour in an extraction solution of methanol, water and sodium carbonate. After cooling, the polymer was filtered off and washed with a washing solution of aqueous sodium carbonate. The powder was then dried and the weight loss was determined. This procedure gives an indication of the polymerization yield since remaining monomers or lowest molecular weight oligomers are extracted in this step. The living centers of the crude polymer chains as well as residual acid sites are partially extracted or neutralized. All cations should be neutralized to obtain a polymer that is stable enough for further study or further processing. Acid residues would otherwise shift the balance towards formaldehyde and affect thermal stability.
Untersuchung der thermischen Stabilität Investigation of thermal stability
Wenige Gramm des extrahierten und getrockneten Polymers wurden auf 220°C unter einer Stickstoff-Atmosphäre erhitzt. Nach vier Stunden wurde der Gewichtsverlust des Polymers bestimmt. Das Ergebnis gibt an, wie viele instabile Endgruppen im Polymer enthalten sind, beeinflusst durch die Menge und die Verteilung der Comonomeren ent- lang der Polymerkette, wie auch durch die Menge an Regler. A few grams of the extracted and dried polymer were heated to 220 ° C under a nitrogen atmosphere. After four hours, the weight loss of the polymer was determined. The result indicates how many unstable end groups are contained in the polymer, influenced by the amount and distribution of the comonomers along the polymer chain, as well as by the amount of regulators.
Thermostabilität thermal stability
GV N2: Der Gewichtsverlust (GV) in Prozent einer Probe aus 1 ,2 g Granulat bei 2- stündigem Erhitzen auf 222 °C unter Stickstoff. GV N 2 : The weight loss (GV) in percent of a sample of 1, 2 g of granules with heating to 222 ° C for 2 hours under nitrogen.
Zu Beginn der Bestimmung von GV wurde die dafür verwendete Waage justiert. In einem Doppelmantelgefäß, bestehend aus zwei ineinander gestellten Reagenzgläsern (normales Reagenzglas, 100 x 10 mm; speziell angefertigtes, dickwandiges Reagenz- glas 100 x 12,5 mm) wurde die Probe mit einer Genauigkeit von 0,1 mg eingewogen. At the beginning of the determination of GV the used balance was adjusted. The sample was weighed out to an accuracy of 0.1 mg in a jacketed vessel consisting of two test tubes (normal test tube, 100 × 10 mm, custom-made, thick-walled test tube 100 × 12.5 mm).
An dem oberen Wulst des äußeren Glases wurde ein etwa 400 mm langer dünner Kupferdraht befestigt. Mit diesem wurden die Doppelmantelgefäße in eine spezielle Apparatur eingehängt (siehe Fig. 9 sowie die diesbezügliche Figurenbeschreibung in WO 2006/074997). Bei der GV-Bestimmung unter Stickstoff geschah dies zur Anpas- sung der speziellen Atmosphäre für 15 min in der oberen Apparaturhälfte, also ohne Temperaturerhöhung. Anschließend wurden die Reagenzgläser auf den Boden abgesenkt und dort für 2 h bei 222 °C belassen. Der Stickstoffstrom betrug 15 l/h und wurde bei jedem einzelnen Reagenzglas mit Hilfe eines Rotas kontrolliert. An approximately 400 mm long thin copper wire was attached to the upper bead of the outer glass. With this, the double-walled vessels were suspended in a special apparatus (see FIG. 9 and the related description of the figures in WO 2006/074997). In the case of GM determination under nitrogen, this was done for adaptation. Solution of the special atmosphere for 15 min in the upper half of the apparatus, ie without increasing the temperature. Subsequently, the test tubes were lowered to the bottom and left there for 2 h at 222 ° C. The nitrogen flow was 15 l / h and was controlled on each test tube by means of a Rotas.
Nach Ablauf von 2 h wurden die Doppelmantelgefäße mit Hilfe des Kupferdrahtes aus der Apparatur geholt und für 20 bis 25 min an der Luft abgekühlt. Dann wurde auf der Waage zurückgewogen und GV gemäß GV [%] = (Verlust x100 / Einwaage) berechnet. After 2 h, the double-walled vessels were removed from the apparatus by means of the copper wire and cooled in air for 20 to 25 minutes. Then the balance was weighed back and GV calculated according to GV [%] = (loss x100 / initial weight).
Molmassenbestimmung Molar Mass
Die Molmassenbestimmung der Polymere erfolgte durch Größenausschlusschromato- graphie in einer SEC-Apparatur. Diese SEC-Apparatur bestand aus folgender Trennsäulenkombination: eine Vorsäule der Länge 5 cm und des Durchmessers 7,5 mm, eine zweite lineare Säule der Länge 30 cm und des Durchmessers 7,5 mm. Trennmaterial war in beiden Säulen PL-HFIP-Gel der Firma Polymer Laboratories. Als Detektor wurde ein Differentialrefraktometer der Firma Agilent G1362 A verwendet. Eine Mischung aus Hexafluoroisopropanol mit 0,05 % Trifluoressigsäure-Kaliumsalz diente als Eluent. Die Durchflussgeschwindigkeit betrug 0,5 ml/min bei einer Säulentemperatur von 40 °C. 60 Mikroliter einer Lösung der Konzentration 1 ,5 g Probe pro 1 Liter Eluent wurden injiziert. Diese Probenlösung wurde zuvor über Millipor Millex GF (Porenweite 0,2 Mikrometer) filtriert. Die Kalibrierung erfolgte mit eng verteilten PMMA- Standards der Firma PSS (Mainz, DE) mit Molekulargewichten von M = 505 bis 2.740.000 g/mol. Der Zugelastizitätsmodul (E-Modul) wurde nach ISO 527 (23°C, 1 mm/min) bestimmt. The molecular weight determination of the polymers was carried out by size exclusion chromatography in a SEC apparatus. This SEC apparatus consisted of the following separation column combination: a guard column of length 5 cm and diameter 7.5 mm, a second linear column of length 30 cm and diameter 7.5 mm. Release material in both columns was PL-HFIP gel from Polymer Laboratories. The detector used was a differential refractometer from Agilent G1362 A. A mixture of hexafluoroisopropanol with 0.05% trifluoroacetic acid potassium salt served as eluent. The flow rate was 0.5 ml / min at a column temperature of 40 ° C. 60 microliters of a solution of the concentration 1, 5 g of sample per 1 liter of eluent were injected. This sample solution was previously filtered through Millipor Millex GF (pore size 0.2 microns). Calibration was carried out using narrowly distributed PMMA standards from PSS (Mainz, DE) with molecular weights of M = 505 to 2,740,000 g / mol. The tensile modulus (modulus of elasticity) was determined according to ISO 527 (23 ° C, 1 mm / min).
Streckspannung, Streckdehnung, Bruchspannung und Bruchdehnung wurden nach ISO 527 (23°C, 50 mm/min) bestimmt. Die Charpy-Kerbschlagzähigkeit wurde nach ISO 179 1 eA (F) (23°C, 2,9 m/s) bestimmt. Yield stress, yield strain, breaking stress and elongation at break were determined to ISO 527 (23 ° C, 50 mm / min). The Charpy notched impact strength was determined to ISO 179 1 eA (F) (23 ° C, 2.9 m / s).
Die Charpy-Schlagzähigkeit (ungekerbt) wurde nach ISO 179 1 eA (U) (23°C, 2,9 m/s) bestimmt. Umsetzungen mit Butylal als Regler The Charpy impact strength (unnotched) was determined to ISO 179 1 eA (U) (23 ° C, 2.9 m / s). Reactions with Butylal as regulator
Die nach dem Schalenkreis-Prozess hergestellten, handelsüblichen POM, die von der BASF SE unter der Marke Ultraform® vertrieben werden, sind in der nachstehenden Tabelle 1 aufgeführt. The commercially available POMs produced by the Shell Circle process and marketed by BASF SE under the brand Ultraform® are listed in Table 1 below.
Tabelle 1 Table 1
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Das für das eingangs beschriebene Catamold-Verfahren eingesetzte POM entspricht dem Ultraform®Z2320, das mit einem Butylal-Gehalt von 0,35 Gew.-% hergestellt wird. The POM used for the initially described Catamold method corresponds to the Ultraform ® Z2320, which is prepared with a butyral content of 0.35 wt .-%.
Zur Verminderung des Molekulargewichts wurde nachfolgend der Anteil an Butylal erhöht. Der Anteil an Butandiolformal-Comonomer betrug jeweils unverändert 2,7 Gew.- %, bezogen auf das Polymer. Die Initiator-Konzentration betrug 0,2 ppm, bezogen auf die Monomere. To reduce the molecular weight was subsequently increased the proportion of Butylal. The proportion of butanediol-comonomer was in each case unchanged 2.7% by weight, based on the polymer. The initiator concentration was 0.2 ppm based on the monomers.
Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 2 zusammengefasst. Tabelle 2 The results are summarized in Table 2 below. Table 2
Bsp. Butylal Induktionszeit Mn Mw Mw/Mn Extraktion Thermische Gew.- [g/mol] [g/mol] [-] [%] StabilitätExample Butylal Induction time Mn Mw Mw / Mn Extraction Thermal Weight [g / mol] [g / mol] [-] [%] Stability
% Stab. [%]% Rod. [%]
1 3 8 6080 15800 2.4 7.23 4.51 3 8 6080 15800 2.4 7.23 4.5
2 4 7 5350 12700 2.4 3.56 4.32 4 7 5350 12700 2.4 3.56 4.3
3 4.5 9 4700 1 1000 2.4 1 .8 3.83 4.5 9 4700 1 1000 2.4 1 .8 3.8
4 5.00 15 3940 8160 2.2 7.62 1 .94 5.00 15 3940 8160 2.2 7.62 1 .9
5 5.50 20 3640 7580 2.1 9.65 5.0 Zur Verminderung des Molekulargewichts wurde nachfolgend der Anteil an ButylaI bei 5,5 Gew.-% gehalten. Der Anteil an Butandiol-Comonomer wurde verändert. Die Initiator-Konzentration betrug 0,05 ppm, bezogen auf die Monomere. Tablelle 3 5 5.50 20 3640 7580 2.1 9.65 5.0 In order to reduce the molecular weight, the proportion of butylal was subsequently kept at 5.5% by weight. The proportion of butanediol comonomer was changed. The initiator concentration was 0.05 ppm based on the monomers. Table 3
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Bufo: Butandiolformal Umsetzung mit Methylal als Regler Bufo: butanediol-formal reaction with methylal as regulator
Das vorstehende Verfahren wurde wiederholt unter Verwendung von Methylal als Regler. Die besten Ergebnisse wurden mit einer Menge von etwa 4,0 Gew.-% Methylal erreicht, das nahe am molaren Äquivalent von 5,5 Gew.-% ButylaI liegt. Im Unterschied zu ButylaI war die Induktionszeit jedoch deutlich höher. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 4 zusammenfasst. Der Butandiol-Comonomer-Gehalt betrug wiederum 2,7 Gew.-%. Die Initiator-Konzentration betrug 0,05 ppm, bezogen auf die Monomere. Tabelle 4 The above procedure was repeated using methylal as a regulator. The best results were achieved with an amount of about 4.0% by weight of methylal, which is close to the molar equivalent of 5.5% by weight of butylal. However, unlike Butylal, the induction time was significantly higher. The results are summarized in Table 4 below. The butanediol comonomer content was again 2.7% by weight. The initiator concentration was 0.05 ppm based on the monomers. Table 4
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Rheologie-Untersuchungen Rheology studies
Rheologie-Untersuchungen wurden an den Standard-Ultraform-Produkten und dem erfindungsgemäßen POM gemäß Beispiel 2 durchgeführt. Dazu wurde ein Platten- Platten-Rheometer bei 190°C herangezogen, und die dynamische Viskosität als Funktion der Seher-Rate wurde bestimmt. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 5 zusammengefasst. Tabelle 5 Rheology investigations were carried out on the standard Ultraform products and the POM according to the invention according to Example 2. For this, a plate-plate rheometer at 190 ° C was used and the dynamic viscosity as a function of Seher rate was determined. The results are summarized in Table 5 below. Table 5
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Die erfindungsgemäßen Oligomere haben eine sehr niedrige Schmelzviskosität. The oligomers of the invention have a very low melt viscosity.
Extrusion von POM-Blends Blends aus unterschiedlichen Ultraform® POM-Polymeren mit unterschiedlichen Anteilen niedrigermolekularer POM-Oligomere aus Beispielen 1 bis 8, wurden für zwei Minuten bei 190°C in einem Midi-Extruder extrudiert. Die erhaltenen Blend-Eigenschaften, bestimmt aus GPC-Messungen, sind in der nachstehenden Tabelle 6 zusammengefasst. Extrusion of POM Blends Blends of different Ultraform ® POM polymers with different proportions of low molecular POM oligomers of Examples 1 to 8 were extruded for two minutes at 190 ° C in a midi-extruder. The resulting blend properties, determined from GPC measurements, are summarized in Table 6 below.
Tabelle 6 Table 6
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Die Blends wurden ebenfalls den vorstehenden Rheologie-Messungen unterzogen. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 7 zusammengefasst. Tabelle 7
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The blends were also subjected to the above rheology measurements. The results are summarized in Table 7 below. Table 7
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Damit sind die erfindungsgemäßen niedermolekularen POM besonders vorteilhaft ein- setzbar als Viskositätsmodifizierendes Additiv für Polyoxymethylenhomo- oder - copolymere mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von mindestens 50.000 g/mol. Thus, the low molecular weight POM according to the invention can be used particularly advantageously as a viscosity-modifying additive for polyoxymethylene homopolymers or copolymers having a weight-average molecular weight of at least 50,000 g / mol.
Die erfindungsgemäßen niedermolekularen POM sind chemisch und mechanisch stabil und vermindern weder die Gesamtfestigkeit, noch die Gesamtmechanik beim Vermischen mit hochmolekularem POM. Dabei kann die Viskosität des hochmolekularen POM stark vermindert werden, wobei der Effekt bei mehreren Schmelzdurchläufen erhalten bleibt. Es dampft kein Formaldehyd ab, der POM-Blend bleibt ein Festkörper, und daher kann das klassische Catamold-Herstellungsverfahren auch mit den POM-Blends durchgeführt werden. Diese Vorteile werden bei Einsatz noch niedrigermolekularer Verbindungen, beispielsweise POM-Dimethylether wie Me-0-(CH20)4-Me nicht erreicht. Nur der spezifische Einsatz des erfindungsgemäßen POM führt zu den genannten Vorteilen. In einem weiteren Experiment wurden in Beispiel 12 Blends aus Ultraform® Z2320 mit niedermolekularem POM-Oligomer aus Beispiel 4 im Gewichtsverhältnis 50 : 50 in einem Miniextruder vermischt. Dabei wurden 3 Proben für eine Minute, 2 Minuten, bzw. 5 Minuten vermischt. Anschließend wurde durch Größenausschlusschromatographie jeweils ein Molekulargewichtsprofil für den durchmischten Blend aufgezeichnet. The low molecular weight POM according to the invention are chemically and mechanically stable and reduce neither the overall strength nor the overall mechanics when mixed with high molecular weight POM. In this case, the viscosity of the high molecular weight POM can be greatly reduced, the effect being retained in several melt passes. No formaldehyde evaporates, the POM blend remains a solid, and therefore the classic Catamold manufacturing process can also be performed with the POM blends. These advantages are not achieved when using even lower molecular weight compounds, such as POM dimethyl ether such as Me-0- (CH 2 0) 4-Me. Only the specific use of the POM according to the invention leads to the advantages mentioned. In another experiment, blends of 12 Ultraform ® Z2320 were with low-POM-oligomer of Example 4 in the weight ratio 50 in Example 50 were mixed in a mini-extruder. Three samples were mixed for one minute, two minutes and five minutes respectively. Subsequently, a molecular weight profile for the mixed blend was recorded by size exclusion chromatography.
Die beigefügte Figur 1 zeigt die Abhängigkeit des Detektorsignals der Größenaus- schlusschromatographie (SEC) in willkürlichen Einheiten, aufgetragen gegenüber dem Molekulargewicht in g/mol. Die durchgehende Linie zeigt die Molekulargewichtsverteilung für ein Vermischen für eine Minute, die Dreiecke zeigen die Molekulargewichtsverteilung nach einem Vermischen für 2 Minuten, und die Kreise zeigen die Molekulargewichtsverteilung für eine Mischzeit von 5 Minuten. Es zeigte sich, dass die Molekulargewichtsverteilung bei den drei Mischzeiten gleichbleibt, was auf eine Stabilität des Polymerblends hindeutet. Ferner bleibt die bimodale Molekulargewichtsverteilung erhalten, die aus den Blendpolymeren resultiert. Es kommt damit nicht zu einem Molekulargewichtsausgleich durch Transacetalisierung. In einem weiteren Versuch wurden komplexe Scherviskositäten für Blends aus Ultraform® Z2320 mit POM-Oligomeren aus Beispiel 4 im Gewichtsverhältnis von 50 : 50 untersucht. Die Untersuchung erfolgte durch Rotationsrheologie bei einer Scherrate von 10 rad/s. Während das Ultraform® Z2320 eine komplexe Scherviskosität von etwa 100 Pa.s zeigte, ergab sich für den erfindungsgemäßen Blend mit dem POM-Oligomer aus Beispiel 4 eine komplexe Scherviskosität von etwa 17 Pa.s. Damit zeigen die Blends mit dem niedermolekularen POM eine bevorzugte niedrige Scherviskosität. The attached FIG. 1 shows the dependence of the size exclusion chromatography (SEC) detector signal in arbitrary units, plotted against the molecular weight in g / mol. The solid line shows the molecular weight distribution for mixing for one minute, the triangles show the molecular weight distribution after mixing for 2 minutes, and the circles show the molecular weight distribution for a mixing time of 5 minutes. It was found that the molecular weight distribution remains the same at the three mixing times, which indicates a stability of the polymer blend. Furthermore, the bimodal molecular weight distribution resulting from the blend polymers is retained. It does not come to a molecular weight balance by transacetalization. In a further experiment complex shear viscosities for blends of Ultraform ® Z2320 with POM-oligomer of Example 4 in a weight ratio of 50 were: investigated 50th The investigation was carried out by rotational rheology at a shear rate of 10 rad / s. While the Ultraform ® Z2320 showed a complex shear viscosity of about 100 Pa.s, was found for the inventive blend with the POM-oligomer of Example 4, a complex shear viscosity of about 17 Pa.s. Thus, the blends with the low molecular weight POM show a preferred low shear viscosity.
Als Ergebnis kann festgehalten werden, dass bei den POM-Blends die bimodale Molekulargewichtsverteilung auch nach thermischer Belastung erhalten bleibt und die Scherviskosität stark abnimmt, so dass sich die Verarbeitungseigenschaften deutlich verbessern. Durch die verbesserte Fließfähigkeit können insbesondere im Spritzguss auch lange Fließwege und dünne Wandstärken toleriert werden, ohne dass sich das Ergebnis verschlechtert. Im Unterschied zu anderen Fließverbesserern kommt es beim Zusatz der POM- Oligomere nicht zu einer Phasentrennung unter Scherung und damit auch nicht zu ei- nem Ausschwitzen des Fließverbesserers, das wiederum Werkzeugbeläge zur Folge hätte. As a result, it can be stated that in the case of the POM blends, the bimodal molecular weight distribution is retained even after thermal stress, and the shear viscosity decreases greatly, so that the processing properties improve markedly. Due to the improved flowability, especially in injection molding, long flow paths and thin wall thicknesses can be tolerated without the result deteriorating. In contrast to other flow improvers, the addition of the POM oligomers does not lead to phase separation under shear and thus also not to an Exudation of the flow improver, which in turn would result in tool coatings.
Durch die Kombination von niedermolekularem POM mit hochmolekularem POM sind die Formmassen nicht spröde, weisen aber dennoch eine hohe Festigkeit auf. Due to the combination of low molecular weight POM with high molecular weight POM, the molding compositions are not brittle, but still have a high strength.
Durch die Stabilität in der Schmelze eignen sich die POM-Blends in vorteilhafter Weise für den Metall- oder Keramik-Pulver-Spritzguss nach dem Catamold®-Verfahren. In diesem Verfahren sind die POM-Formmassen einem dreifachen Aufschmelzen und Scheren unterworfen: Beim Vermischen der beiden Polymerkomponenten, beim Eintrag des Metall- oder Keramik-Pulvers und schließlich beim Spritzgießen. Bei einer Zurückführung und Wiederverwendung von Teilen der spritzgegossenen Körper, beispielsweise der Angüsse, kommt es zu einer weiteren thermischen Belastung. Hier zeigen sich die genannten Vorteile der erfindungsgemäßen POM-Systeme. By the stability in the melt, the POM blends are suitable in an advantageous manner for the metal or ceramic powder-injection molding after the Catamold ® process. In this process, the POM molding materials are subjected to a threefold melting and shearing: when mixing the two polymer components, when the metal or ceramic powder is introduced, and finally during injection molding. In a recycling and reuse of parts of the injection-molded body, such as the sprues, there is a further thermal stress. This shows the advantages of the POM systems according to the invention.
Unter der Marke Catamold® werden Polymerteilchen vertrieben, die anorganische Materialpulver, insbesondere Metallpulver oder keramische Pulver, enthalten. Diese Pulver werden typischerweise zunächst mit einer dünnen Schicht von Polyethylen beschichtet und danach in ein Polyoxymethylen-Bindemittel eincompoundiert. Dieses Catamold-Granulat wird sodann durch Spritzgießen zu einem Grünkörper verarbeitet, durch Entbindern in einen Braunkörper überführt und anschließend zu einem gesinterten Formkörper gesintert. Das Verfahren ist als Metal Injection Molding (MIM) bekannt und erlaubt die Herstellung von metallischen oder keramischen Formkörpern mit komplexen Formen. Under the brand Catamold ® polymer particles are distributed, the inorganic material powder, particularly metal powders or ceramic powders contain. These powders are typically first coated with a thin layer of polyethylene and then compounded in a polyoxymethylene binder. This Catamold granulate is then processed by injection molding into a green body, transferred by debinding in a brown body and then sintered to a sintered shaped body. The process is known as Metal Injection Molding (MIM) and allows the production of metal or ceramic moldings with complex shapes.
Das Catamold-Granulat weist einen Anteil an anorganischen Füllstoffen von etwa 90 Gew.-% auf. The Catamold granules have a content of inorganic fillers of about 90 wt .-%.
Die unter Verwendung von Polyoxymethylenhomo- oder -copolymeren hergestellten Grünkörper weisen sehr gute mechanische Eigenschaften, insbesondere Formstabilität, auf. The green bodies produced using polyoxymethylene homo- or copolymers have very good mechanical properties, in particular dimensional stability.
Die Entbinderung erfolgt häufig durch Einwirken einer sauren Atmosphäre, beispielsweise HN03-Atmosphäre bei 1 10 bis 140°C unter Abbau des POM-Bindemittels. Im erhaltenen Braunkörper sind die anorganischen Teilchen über ihre dünne Polyethylen- Beschichtung miteinander verbunden. Durch die saure Depolymerisation des POM kann das Bindemittel rückstandsfrei entfernt werden. The debinding is often carried out by the action of an acidic atmosphere, for example HN0 3 atmosphere at 1 10 to 140 ° C with degradation of the POM binder. In the brown body obtained, the inorganic particles are connected to one another via their thin polyethylene coating. Due to the acidic depolymerization of the POM, the binder can be removed without residue.
Das Sintern des Braunkörpers folgt vorzugsweise in einem Sinterofen bei Temperatu- ren im Bereich von etwa 1 100 bis 1500°C, um den gewünschten Metall- oder Keramik- Formkörper zu erhalten. Je besser die Fließfähigkeit der gefüllten Polyoxymethylenhomo- oder -copolymermassen ist, desto feinere Strukturen können im Formkörper ausgebildet werden. Andererseits müssen die Metall- oder Keramik-Teilchen homogen mit der Formmasse zu transportieren sein. Ein geeignetes Eigenschaftsspektrum von Fließfähigkeit und Kriechnachgiebigkeit (creep compliance) wird häufig durch POM mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts ab etwa 85.000 g/mol erreicht. The sintering of the brown body preferably follows in a sintering furnace at temperatures in the range of about 1100 to 1500 ° C to obtain the desired metal or ceramic shaped body. The better the flowability of the filled Polyoxymethylenhomo- or -copolymermassen, the finer structures can be formed in the molding. On the other hand, the metal or ceramic particles must be transported homogeneously with the molding compound. A suitable property spectrum of flowability and creep compliance is often achieved by POM with a weight average molecular weight above about 85,000 g / mol.
Neben den beobachteten Veränderungen in der Viskosität erhöht der Zusatz einer nie- dermolekularen POM-Komponente zum hochmolekularen Ultraform® auch die Materi- alsteifigkeit. Diese Veränderungen sind aus der nachstehenden Tabelle 8 ersichtlich. In addition to the observed changes in viscosity, the addition of a low molecular weight POM component to the high molecular weight Ultraform ® also increases the material rigidity. These changes are shown in Table 8 below.
Tabelle 8 Table 8
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Interessanterweise ist in manchen Fällen die Erhöhung der Steifigkeit von einer Erhöhung der Schlagzähigkeit begleitet. Dies zeigt den Zusatzvorteil des Einsatzes von niedermolekularem POM als Additiv, um unterschiedliche mechanische Eigenschaften zusätzlich zur Härte zu verbessern. Interestingly, in some cases, the increase in stiffness is accompanied by an increase in impact strength. This demonstrates the added benefit of using low molecular weight POM as an additive to improve different mechanical properties in addition to hardness.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Polyoxymethylencopolymer mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts (Mw) im Bereich von 5000 bis 15.000 g/mol, dadurch gekennzeichnet, dass es sich, bezogen auf das Polymer, zu mindestens 90 Gew.-% von Trioxan und Bu- tandiolformal als Monomeren ableitet, mit einem Anteil an Butandiolformal, bezogen auf das Polymer, im Bereich von 0,5 bis 4 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 3,5 Gew.-%, insbesondere 2,5 bis 3 Gew.-%. 1 . Polyoxymethylene copolymer having a weight average molecular weight (Mw) in the range of 5000 to 15,000 g / mol, characterized in that it is based on the polymer, at least 90 wt .-% of trioxane and Bu- tandiolformal derived as monomers, with a Proportion of butanediol formal, based on the polymer, in the range of 0.5 to 4 wt .-%, preferably 2 to 3.5 wt .-%, in particular 2.5 to 3 wt .-%.
Polymer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsmittel des Molekulargewichts (Mw) 6000 bis 9000 g/mol, vorzugsweise 6500 bis 8000 g/mol, insbesondere 7000 bis 7500 g/mol beträgt. Polymer according to Claim 1, characterized in that the weight-average molecular weight (M w ) is 6000 to 9000 g / mol, preferably 6500 to 8000 g / mol, in particular 7000 to 7500 g / mol.
Polymer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Zahlenmittel des Molekulargewichts (Mn) 3000 bis 6000 g/mol, vorzugsweise 3200 bis 5000 g/mol, insbesondere 3500 bis 4100 g/mol beträgt. Polymer according to claim 1, characterized in that the number-average molecular weight (M n ) is 3000 to 6000 g / mol, preferably 3200 to 5000 g / mol, in particular 3500 to 4100 g / mol.
Polymer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Mw/Mn im Bereich von 1 ,5 bis 3,0, vorzugsweise 1 ,5 bis 2,45 liegt. Polymer according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ratio M w / M n in the range of 1, 5 to 3.0, preferably 1, 5 to 2.45.
Polymer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich ausschließlich von Trioxan und Butandiolformal als Monomeren ableitet. Polymer according to one of claims 1 to 4, characterized in that it is derived exclusively from trioxane and butanediol as monomers.
Polymer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es an den Kettenenden, bezogen auf das Polymer, 3 bis 6 Gew.-% Reste der Formel -OR aufweist mit R d-6-Alkyl. Polymer according to one of claims 1 to 5, characterized in that it has at the chain ends, based on the polymer, 3 to 6 wt .-% radicals of the formula -OR with R d -6 alkyl.
Polymer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des Polymers, bezogen auf das Polymer, 3,75 bis 4,25 Gew.-%, vorzugsweise 3,Polymer according to Claim 6, characterized in that, in the preparation of the polymer, based on the polymer, 3.75 to 4.25% by weight, preferably 3,
8 bis 4,2 Gew.-%, insbesondere 3,8 to 4.2% by weight, in particular 3,
9 bis 4,1 Gew.-% Methylal oder eine äqui- molare Menge eines anderen Di(Ci-6-alkyl)acetals als Regler mitverwendet werden. 9 to 4.1 wt .-% methylal or an equimolar amount of another di (Ci -6 alkyl) acetal also be used as a controller.
Polymer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des Polymers Butylal als Regler, bevorzugt in einer Menge von, bezogen auf das Polymer, 0,5 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 3,5 Gew.-%, insbesondere 1 ,5 bis 2,5 Gew.-%, mitverwendet wird. Polymer according to claim 6, characterized in that in the preparation of the polymer butylal as regulator, preferably in an amount of, based on the polymer, 0.5 to 4 wt .-%, particularly preferably 1 to 3.5 wt .-% , in particular 1, 5 to 2.5 wt .-%, is used.
Verfahren zur Herstellung von Polyoxymethylencopolymeren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durch Polymerisation von Trioxan und gegebenenfalls Como- nomeren in Gegenwart mindestens eines kationischen Starters und mindestens eines Di(Ci-6-alkyl)acetals als Regler. Process for the preparation of polyoxymethylene copolymers according to one of Claims 1 to 8 by polymerization of trioxane and optionally como monomers in the presence of at least one cationic initiator and at least one di (Ci -6- alkyl) acetal as a regulator.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf die Summe aus Monomeren und Regler, 3,75 bis 4,25 Gew.-%, vorzugsweise 3,8 bis 4,2 Gew.-%, insbesondere 3,9 bis 4,1 Gew.-% Methylal oder 0,4 bis 4 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 3,5 Gew.-%, insbesondere 1 ,5 bis 2,5 Gew.-% Buty- lal oder eine äquimolare Menge eines anderen Di(Ci-6-alkyl)acetals als Regler mitverwendet werden. 10. The method according to claim 9, characterized in that, based on the sum of monomers and regulators, 3.75 to 4.25 wt .-%, preferably 3.8 to 4.2 wt .-%, in particular 3.9 to 4.1% by weight of methylal or from 0.4 to 4% by weight, preferably from 1 to 3.5% by weight, in particular from 1.5 to 2.5% by weight, of butyl or an equimolar amount another di (Ci -6- alkyl) acetal are used as a regulator.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass als kationischer Starter eine Brönsted-Säure in einer Menge im Bereich von 0,01 bis 1 ppm, vorzugsweise 0,02 bis 0,2 ppm, insbesondere 0,04 bis 0,1 ppm, bezogen auf die Summe aus Monomeren und Regler, eingesetzt wird. 1 1. Method according to one of claims 9 or 10, characterized in that as a cationic starter a Bronsted acid in an amount in the range of 0.01 to 1 ppm, preferably 0.02 to 0.2 ppm, in particular 0.04 to 0, 1 ppm, based on the sum of monomers and regulator, is used.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Methylal und/oder Butylal als Regler eingesetzt werden. 12. The method according to any one of claims 9 to 1 1, characterized in that methylal and / or butylal be used as a regulator.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass 3 bis 30 ppm, vorzugsweise 5 bis 20 ppm, insbesondere 8 bis 15 ppm, bezogen auf die Summe aus Monomeren und Regler, eines Kettenabbruchmittels mitverwendet werden. 13. The method according to any one of claims 9 to 12, characterized in that 3 to 30 ppm, preferably 5 to 20 ppm, in particular 8 to 15 ppm, based on the sum of monomers and regulator, a chain stopper be used.
Polyoxymethylencopolymere, erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem Ansprüche 9 bis 13. Polyoxymethylene copolymers obtainable by a process according to any one of claims 9 to 13.
Verwendung von Polyoxymethylencopolymeren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 14 als Viskositätsmodifizierendes Additiv für Polyoxymethylenhomo- oder -copolymere mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von mindestens 50.000 g/mol. Use of polyoxymethylene copolymers according to any one of claims 1 to 8 or 14 as a viscosity modifying additive for polyoxymethylene homopolymers or copolymers having a weight average molecular weight of at least 50,000 g / mol.
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