DE2017688A1 - Verfahren zur Herstellung von Spritzguss- und Extrusionsformkörpern aus Polyestern - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Spritzguss- und Extrusionsformkörpern aus Polyestern

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DE2017688A1
DE2017688A1 DE19702017688 DE2017688A DE2017688A1 DE 2017688 A1 DE2017688 A1 DE 2017688A1 DE 19702017688 DE19702017688 DE 19702017688 DE 2017688 A DE2017688 A DE 2017688A DE 2017688 A1 DE2017688 A1 DE 2017688A1
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Joseph Dr. Kufstein Hrach (Österreich)
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    • C08G63/02—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/12—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds derived from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/16—Dicarboxylic acids and dihydroxy compounds
    • C08G63/20—Polyesters having been prepared in the presence of compounds having one reactive group or more than two reactive groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L67/00—Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers

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Description

Pafenfcinwälfe ^
Dr. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth
Dipl.-Ing. G. Dannenberg
Dr. V. Schmiod-Kowqrzik
Dr. P. Weinhold, Dr. D. Gudel
6 Frankfurt/M., Gr. Eschenheimer Sfr. 39
SAUDO Z A.G.
Basel / Schweiz
Case A 55
Verfahren zur Herstellung von Spritzguss- und Extruslonsformkörpern aus Polyestern.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ,Spritzguss- und Extrusionsformkörpern aus Polyestern, bei denen die einkondensierte Säurekomponente mindestens einen einkondensierten Säurerest aus der Gruppe Terephthalsäure, Isophthalsäure, η Dicarboxydiphenyl, Dlcarboxydlphenylsulfon und2,6-Naphthalindicarbonsäure enthält, wobei mindestens 85 Mol.-$ der einkondensierten Säurekomponente aus Terephthalsäureresten besteht.
Die Herstellung von Polyestern und Copolyestern aus aromatischen. und/oder aliphatischen Dicarbonsäuren bzw. deren niedermolekularen Dlalkylestern und aliphatischen und/oder cyclischen Diolen ist seit langem bekannt. Die technisch wichtigsten Polyester sind die, bei denen der grösste Teil der Säurekomponente
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4M ζ^ ·*
aus Terephthalsäure besteht. Weitere interessante Säurekomponenten sind z.B. Isophthalsäure, 5-Sulfoisophthalsäure, Dicarboxydiphenyl, Diearboxydiphenylsulfon, 2,6-Naphthalindicarbonsäure und/oder Adipin- oder Sebacinsäure» Als Diolkomponenten finden hauptsächlich Aethylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,4-Di-(hydroxymethylen)-cyclohexan, Neopentylglykol, Trimethylhexan-' diol und/oder Bisphenol-A-diglykoläther Anwendung.
Bekannt ist· weiters der Zusatz vernetzend oder auch verzweigend wirkender Verbindungen, wie z,B. mindestens dreiwertiger Carbonsäuren, Alkohole oder Phenole, ungesättigter, aliphatiseher Dicarbonsäuren oder der 2a5-Dihydroxyterephthalsäure. Diese Vernetzer werden in Mengen bis zu 5 Mol-^ zugesetzt. In jedem Falle bestehen die in den erfindungsgemäss verwendeten Polyestern eingebauten Säurekomponenten zu mindestens 85 Mo2.-# aus Terephthalsäureester
Mit zunehmendem Vernetzungs- bzw. Verzweigungsgrad eines PoIyesters verschlechtern sich jedoch infolge der Zunahme der Schmelzviskosität und der Gummielastizität der Schmelze seine Verarbeitungseigenschaften, beispielsweise beim Spritzgiessen. oder Extrudieren. Gleichzeitig nimmt auch die Sprödigkeit der gespritzten und extrudierten Formteile, zu, wodurch sie für den praktischen Gebrauch, insbesondere für technische Anwendungsgebiete,, ungeeignet sind»
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Eine wesentliche, entscheidende Eigenschaft eines Polyesters ist seine Kristallisationsneigung. Diese beeinflusst entscheidend seine Gebrauehswerteigenschaften und auch seine Verarbeitbarkeit. Um einen Polyester zur Herstellung von Spritzguss- und Extrusionsformteilen verwenden zu können, muss er möglichst rasch und weitgehend kristallisieren, wobei ein homogenes feinkörniges Kristallgefüge entstehen soll. Dadurch können einerseits z.B. beim Spritzgiessen die B'ormensehliesszeiten verkürzt und damit die Produkt'ionsrate erhöht werden und anderseits Formteile mit hoher Form- und Dimensionsstabilität und guten mechanischen Eigenschaften erhalten werden. Zur Verbesserung der Kristallisationseigenschaften bieten sich z.B. folgende Massnahmen an :
1. der Zusatz inerter kristallisationsfordernder niedermolekularer Flüssigkeiten und/oder Feststoffe,
2, der Zusatz anderer inerter kristallisationsfordernder Polymerer wie Polyolefine, Polystyrole und Copolymerer dieser beiden Polymeren, Polymerer, die nicht mit den Polyestern verträglich sind.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren lassen sich Spritzgussund Extrusionsformteile aus Polyestern mit gegenüber den früher beschriebenen Polyestern noch verbesserten Gebrauchswerteigenschaften dadurch herstellen, dass man durch Einkondensieren von 0,001 bis 1 Mol.-# mindestens einer Verbindung mit mindestens drei polyesterbildenden fimktionellen Gruppen schwach verzweigte
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bzw. vernetzte Polyester mit einer Intrinsic-Viskosität von mindestens 0,80, vorzugwseise 0,90, herstellt und auf an sich bekannte Weise im Spritzguss- bzw. Extrusionsverfahren verarbeitet, wobei vor bzw. während der Verarbeitung 0,001 bis 2 Gew.-%, bezogen auf die eingesetzte Menge aller Monomereinheiten, mindestens eines Icristallisationsf ordernden Stoffes zugesetzt werden. Dabei können als kristallisationsfordernde niedermolekulare anorganische und organische Stoffe solche aus der Gruppe Calciurncarbonat, Calciumsilikat, Magnesiumsilikat, Talkpulver, Calciumoxalat, Calciumsulfat, Magnesiumstearaten und Benzophenon, Tetralin, Tetrachloräthan, Dioxan, Anilin, m-Kresol eingesetzt werden. Die gleichzeitig oder unabhängig davon verwendungsfähigen hochmolekularen kristallisationsfordernden Polymere wie Polyolefine und Polystyrole bzw. Copolymere derselben werden in Mengen von 0,001 bis 2 Gew.-% eingesetzt.
Das Vermischen mit dem kristallisationsfordernden Stoff kann in jeder Phase der Polyesterherstellung bzw. in jedem, dem Spritzgiessen zeitlich vorangehenden, Polyesterverarbeitungsprozess und während des SpritzgussVorganges selbst erfolgen. Bevorzugte Ausführungsformen sind die Zugabe während der Polykondensation oder das Ueberziehen des ursprünglichen Polyestergranulates mit den kristallisationsf ordernden Stoffen mit. nachfolgendem Umgranulieren des Polyestergranulates oder die Zugabe bei der Verarbeitung selbst, beim Extrudieren oder in einer Spritzgussmaschine. Unter Extrusion ist die Herstellung von
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Kunststoffhalbzeug (z.B. Stangen, Platten, Vollprofilen u.a.) zu verstehen. *
Bei der Verarbeitung des derart vorbehandelten Polyesters werden die Formentemperaturen der Spritzgussmaschine bevorzugt auf der Kristallisationstemperatür des Polyesters gehalten. Auf diese Weise erhält man infolge des Einsatzes der Kombination von Kristallisationsförderern und Vernetzern einerseits Polyester mit hoher Kristallisationsneigung, die sich somit gut im Spritzguss- und Extrusionsverfahren verarbeiten lassen, und anderseits Polyester-spritzguss- und extrusionsartikel mit wesentlich verbesserten Gebrauchswerteigenschaften. Darunter versteht man die, den Gebrauchswert bestimmenden Eigenschaften., die für die Eignung eines Kunststoffes für einen vorgesehenen Verwendungszweck in bestimmter Höhe vorhanden sein müssen. Der Komplex der Gebrauchswerteigenschaften hängt von den einzelnen im Gebrauch auszuübenden Funktionen und den dabei auftretenden Beanspruchungen ab. In diesem Sinne müssen die aus labormässigen. Gebrauchswertprüfungen ermittelten Gebrauchswerteigensdhaften zu einander im Hinblick auf ihre Praxisnähe gewertet werden, da sie ja Praxisversuche ersetzen sollen, Folgende Gebrauchswerteigenschaften wurden für die Charakterisierung der erflndungsgemäss hergestellten Spritzguss- und Extrusionsformtelle heran-gezogen :
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Formstabilitat (charakterisiert durch die Temperaturabhängigkeit des E-Moduls),
Dimensionsstabilität (charakterisiert durch die Grosse des Schrumpfes),
Form- und Dimensionsstabilität (charakterisiert durch die Grosse des Ε-Moduls und des Schrumpfes),
Härte (charakterisiert durch Messen der Eindringtiefe einer Kugel unter Einwirkung einer Last).
Sprödigke'it und Zähigkeit (charakterisiert durch die Schlagzähigkeit),
Kriecheigenschaften (charakterisiert durch die Zeitstandsfestigkeit).
Die erfiridungsgemäss hergestellten Spritzguss- und Extrusionsformteile besitzen Infolge der geringen Vernetzung und Verzweigung gegenüber Formkörpern aus unvernetzten Polyestern eine verbesserte Form- und Dimensionsstabilität insbesondere bei Temperaturen um und über der Einfriertemperatur, Sie zeichnen sich durch grosse Härte aus und besitzen überraschenderweise praktisch die gleiche Zähigkeit wie die unvernetzten Polyester, Infolge der geringfügigen Vernetzung haben die erfindiirigsgemäss hergestellten Polyester höhere Festigkeitswerte, die darüber hinaus noch weniger temperaturabhängig sind, als die unvernetzten. Das geht aus den in den Beispielen angegebenen Prüfdaten für die Temperaturabhängigkeit von Zugfestigkeit
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und Biegemodul hervor. Daraus folgt auch eine geringere Neigung zum Kriechen. Die Beständigkeit gegenüber Chemikalien und atmosphärischen Einflüssen ist sehr gut und die elektrischen Eigenschaften sind ausgezeichnet.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird wie folgt ausgeführt : Ein Gemisch aus Terephthalsauredimethylester, Aethylenglykol und bis zu 1 Mol.-$ einer Verbindung mit mindestens drei polyesterbildenden funktionellen Gruppen, wie z.B. Glyzerin,.1,2,4-Butantriol, 1,2,6-Hexantriol, (1,2,3)-Cyclohexantriol, Erythrit, Pentaerythrit, Cyclohexantetrol(l,2,3,4), Arabit und Sorbit, Tricarballylsaure, Pentan(l,2,5)-tricarbonsäure, Trimellitsäure, Naphthalintricarbonsäure(l,4,5), Prehnitsäure, Mellophansäure, Pyromellitsäure, Dlhydroxybenzoesaure, Traubensäure, Zitronensäure, Gentisinsäure, Ribonsäure, Arabonsäure, gegebenenfalls unter Zusatz einer oder mehrerer bifunktioneller Cokomponenten, wie 1,4-Butandiol, Neopentylglykol, Trimethylhexandiol oder Bisphenol-A-diglykoläther, wird in Gegenwart von Katalysatoren in einer Atmosphäre von Reinstickstoff und unter Rühren erhitzt. Dabei destillieren in einer ersten Reaktionsstufe bei Atmosphärendruck oder überhöhtem Druck bei Temperatüren bis etwa 2500C Methanol und überschüssiges Aethylenglykol ab. Hierauf wird im Vakuum bei Temperaturen bis zu 2900C weitergerührt, bis ein Polyester mit einer Intrinsic-Viskosität von mindestens 0,80 entsteht. Das Vermischen mit dem kristalliaationsfordernden Stoff, wie -z.B. Calciumcarbonate .Calciumsill-
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kat, Magnesiumsilikat, Talkpulver, Calciumoxalat, Magnesiumstearat, Calciumsulfat, geschieht entweder im Polykondensation gefäss direkt oder durch nachträgliches Aufschmelzen des mit bis zu 2 Gew.-% des kristallisationsfördernden Stoffes überzogenen Polyestergranulats in einem Extruder. In beiden Fällen wird die mit dem kristallisationsfördernden Stoff vermischte Schmelze in Strängen ausgetragen und granuliert. Dieses Granulat wird auf eine Restfeuchtigkeit von weniger als 0,01 Gew.-% getrocknet und mittels Spritzgussmaschine oder Extruder im Schmelzfluss verarbeitet, wobei die Formentemperaturen auf die Höhe der Kristallisationstemperatur des eingesetzten Granulats eingestellt werden. Zur weiteren Verbesserung des Kristallisationsverhaltens können die Granulate vor dem Spritzgiessen oder Extrudieren mit wenigstens einem kristallisationsfördernden Stoff aus der Gruppe Benzophenon,. Tetralin, Tetrachloräthan, Dioxan, Anilin und m-Kresol versetzt werden, wobei bis zu 1 Gew.-% dieses Kristallisationsförderers, bezogen auf die Granulatmenge, eingesetzt werden.
Den Polyestern können selbstverständlich noch andere Substanzen, wie Farbstoffe·, Füllstoffe, Verstärkungsmit'tel, UV-Absorbentia oder andere Additive, Fliess- und Trennmittel zugesetzt werden.
Die nachfolgende Beispiele sollen die «Erfindung erläutern, ohne sie einzuschränken. Die Teile sind Gewichtsteile, die Temperaturen der maximalen Kristallisationsgeschwindigkeit wurden an
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getemperten und abgeschreckten Proben mittels Differentialcalorimeters DSC-I der Firma Perkin-Elmer bestimmt, die Aufheizrate betrug l6°C/min, ebenso wurden die Schmelzpunkte bestimmt.
Die Intrinsic-Viskositäten wurden an Lösungen von 0,5 g Polyester in 100 ml eines Gemisches aus gleichen Teilen Phenol und Tetrachloräthan bei 25°C bestimmt, .
Bei.spiel '1.'
Ein Gemisch aus 4000 Teilen Terephthalsäuredimethylester, 2800 Teilen Aethylenglykol und 5*6 Teilen Pentaerythrit wird in Gegenwart von 1 Teil Calcium, gelöst in Glykol und 1,2 Teilen einer feinpulverisierten Antimon-Blei-Legierung (60 : 40) in einer Atmosphäre von reinstem Stickstoff und unter Rühren erhitzt. Dabei destillieren bei Temperaturen bis 2200C Methanol und überschüssiges Aethylenglykol ab. Nach Zugabe von 5 Teilen feingepulvertem trockenem Calciumcarbonat wird Vakuum angelegt und die Temperatur auf 270°C erhöht. Bei dieser Temperatur und einem Vakuum von 0,5 Torr wird 3 Stunden polykondensiert. Die Polyesterschmelze wird dann aus dem Polykondensationsgefass in Form von Strängen ausgepresst, die zu Granulat geschnitten werden. Der Polyester schmilzt bei 2590C, besitzt eine Kristallisationstemperatur von 1."510C, eine Einfriertemperatur von 760C und eine Intrinsic-Viskosität von 0,95· Das Granulat wird auf eine Restfeuchtigkeit von etwa 0,005 Gew.-% getrocknet und auf einer Schneckonspritzgussmasohlne verarbeitet; Die Formentcrnperatur beträgt etwa 135°° ur^i di.e. Fornierischllesszeit 30 Sekunden,
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Die Prüfkörper (Zugstab nach ASTM 638, Normkleinstab nach DIN 53 453) sind kristallin (Dichte um 1,38 g/cm3) und besitzen ein feines, homogenes Gefüge. Die Intrinslc-Viskosität der Prüfkörper ist 0,87 bis 0,88. Zum Vergleich sind die Prüfdaten für unvernetztes, aber sonst gleichartig hergestelltes Polyäthylenterephthalat angeführt.
23°
70°
C
C
vernetzt kp/cm2
Il It
unvernetzt kp/cm2
Il It
Zugfestigkeit bei
(ASTM D 638)
80° C 78O
420
tt Il 75O
410
Il Il
100° C 320 It It 3OO Il Il
120° C 200 It Il I50 It Il
23°
70°
80°
C
C
C
I60 kp,/crn2
ti Il
It It
110 kp/cm
Il tt
Il ti
E-Modul (aus Bie
geversuch) bei
(ASTM D 790)
100° C 3IOOO
20000
9OOO
It Il 29OOO
I5OOO
65OO
Il tt
120° C 34OO ti It 2200 It It
l40° C 25OO ti It ιβοο It It
23° C 25OO Bruch 1400 Bruch
Schlagzähigkeit
bei (DIN 53 453)
mit Schlagpendel
0,4 nach DIN 5I 222
kein kein
Oberflächenhärte (DIN 53 456)
nach Eindruckdauer von 10 Sekunden nach Eindruckdauer von 60 Sekunden
I720 kp/cm2 I62O kp/cm2 1590 :it " 1470 " "
In beiden Fallen erfolgte nach zweistündigem Erhitzen in Luft von 1400C kein Schrumpfen.
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Beispiel 2 ■
l60 kg eines Polyesters aus Dimethylterephthalat, Aethylenglykol und 0,2 Mol-$ Pentaerythrit (bezogen auf die Einsatzmenge Dimethylterephthalat) wurde in herkömmlicher Weise durch Polykondensation in der Schmelze hergestellt. Das so erhaltene Granulat mit einer Intrinsic-Viskosität von 0,90 wurde in einem Ί aumeltrockner auf einen Wassergehalt von weniger als 0,01 Gew.- % getrocknet und anschliessend in dem selben Taumeltrockner mit 800 g Benzophenon intensiv vermengt. Anschliessend erfolgte die Verarbeitung zu Probekörpern nach dem Spritzgussverfahren mittels einer Schneckenspritzgussmaschine. Die Formtemperatur betrug etwa '1500C und die Pormschliesszeit 40 see. Die Prüfkörper hatten die Dimension 120 χ 10 χ 4 (mm); die Dichte der Formkörper betrug 1,575 g/cm^, aas Gefüge war feinkristallin.
An diesen Prüfkörpern wurde die Wärmeformbeständigkeit wie folgt bestimmt : Die Proben wurden auf zwei messerförmigen Auflage'-die in einem Abstand von 100 mm angeordnet waren, mit ihrer Schmalseite aufgelegt und in der Mitte mit einer Biegespannung von l8,5 kp/cm^ belastet. Die ganze Prüfanordnung wurde in einem Oelbad mit einer Temperatur von 2°C/min. aufgeheizt und diejenige Temperatur ermittelt, bei der die Durchbiegung der Probekörper 0,^2 mm betrug.
Diese charakteristische Temperatur betrug bei den oben beschriebenen Probekörpern 850C, während bei gleichartig hergestellten Prüfkörpern aus Polyäthylenterephthalat, dem kein Pentaerythrit zugesetzt worden war, 770C gemessen wurden.
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Claims (2)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Spritzguss- und Extrusionsformkörpern aus Polyestern, bei denen die einkondensierte Säurekomponente mindestens einen einkondensierten Säurerest aus der Gruppe Terephthalsäure, Isophthalsäure, Dicarboxydiphenyl, Dicarboxydiphenylsulfon und 2,6-Naphthalindicarbonsäure enthält, wobei mindestens 85 Mol.-$ der einkondensierten Säurekomponente aus Terephthalsäureresten besteht, dadurch gekennzeichnet, dass man durch Einkondensieren von 0,001 bis 1 Mol.-Ji mindestens einer Verbindung mit mindestens drei polyesterbildenden funktioneilen Gruppen schwach verzweigte bzw. vernetzte Polyester mit einer Intrinsic-Viskosität von mindestens 0,80, vorzugsweise 0,90,.herstellt und auf an sich bekannte Weise im Spritzguss- bzw. Extrusions verfahren verarbeitet, wobei vor bzw. während der Verarbeitung 0,001 bis 2 Gew.-#, bezogen auf die eingesetzte Menge aller Monomereinheiten, mindestens eines kristallisationsfordernden Stoffes zugesetzt werden.
"
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man unter Verwendung eines Polyäthylenterephthälats als Polyester 0,001 bis 1 Mol.-# wenigstens einer Verbindung mit mindestens drei polyesterbildenden funktionellen Gruppen einkondensiert.
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J5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man in den zu verarbeitenden Polyester mindestens eine Verbindung aus der Gruppe der mindestens dreiwertigen Alkohole, vorzugsweise aus der Gruppe Glyzerin, 1,2,4-Butantriol, 1,2,6-Hexantriol, i-l,2,3)-Cyolohexantriol, Erythrit, Pentaerythrit, Cyclohexantetrol-(l,2,3,4), Arabit und Sorbit einkondensiert.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man in den zu verarbeitenden Polyester mindestens eine aus der Gruppe der mindestens dreiwertigen Carbonsäuren, vorzugsweise aus der Gruppe Tricarballylsäure, Pentan(l,2,5)-triearbonsäure, Trimellitsäure, Naphthalintricarbonsäure(1,4,5), Prehnitsäure, Mellophansäure und Pyromellitsäure einkondensiert.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man in den zu verarbeitenden Polyester mindestens eine aus der Gruppe der mindestens trifunktionellen Hydroxycarbonsäuren, vorzugsweise aus der Gruppe Diöxybenzoesäure, Traubensäure, Zitronensäure, Gentisinsäure, Ribonsäure, Arabonsäure und 2,5-Dihydroxyterephthalsäure einkondensiert.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder während der Verarbeitung des Polyesters 0,001 bis 1 Gewv % mindestens eines festen niedermolekularen Stoffes, vorzugsweise aus der Gruppe Calciumcarb'onat, Calciumsilikat, Calciumsulfat, Calciumoxalat, Magnesiumsilikat, Magnesiumstearat und/ oder Talkpulver zugesetzt werden.
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7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder während der Verarbeitung des Polyesters 0,001 bis 2
Gew.-% mindestens eines festen hochmolekularen Stoffes, vorzugsweise aus der Gruppe Polyolefin, Polystyrol und Copolymere von Polyolefin und Polystyrol zugesetzt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder während der Verarbeitung des Polyesters 0,001 bis 1
Gew.-% mindestens einer niedermolekularen Flüssigkeit, vorzugsweise aus der Gruppe Benzophenon, Tetralin, Tetrachloräthan, Dioxan, Anilin und m-Kresol zugesetzt werden.
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DE19702017688 1969-04-17 1970-04-14 Verfahren zur Herstellung von Spritzguss- und Extrusionsformkörpern aus Polyestern Pending DE2017688A1 (de)

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NL (1) NL7005089A (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2524121A1 (de) * 1975-05-30 1976-12-16 Basf Ag Thermoplastische polybutylenterephthalat-formmassen mit verbesserter kriechstromfestigkeit
DE2923790A1 (de) * 1978-06-12 1979-12-13 Goodyear Tire & Rubber Verfahren zur herstellung eines kuelbels aus einem modifizierten polyesterpolymeren

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FR2039248A1 (fr) 1971-01-15
GB1298107A (en) 1972-11-29
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AT288711B (de) 1971-03-25

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