DE2149308C2 - Verfahren zur Herstellung von Polycarbonat-Pulver - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Polycarbonat-Pulver

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Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Polycarbonat-Pulver.
Die Anwendung von Kunststoffen in Pulverform gewinnt zunehmend technische Bedeutung. Daher besteht ein Bedürfnis, auch Polycarbonate in Form einheitlicher Pulver aus ihren Lösungen in organischen Lösungsmitteln in einem technisch einfachen Prozeß zu isolieren. Solche Pulver sollen ein möglichst hohes Schüttgewicht haben und möglichst frei sein von Verunreinigungen.
Polycarbonate werden meist aus aromatischen Dihydroxyverbindungen und Phosgen oder Bis-Chlorkohlensäureestern hergestellt, indem man eine wäßrigalkc.lische Lösung des Bisphenols mit einer Lösung des Phosgens bzw. Bis-Chlorkohlensäureesters in einem mit Wasser nicht mischbaren organischen Lösungsmittel intensiv vermischt, wobei das gebildete Polycarbonat sich im organischen Lösungsmittel auflöst. Üblicherweise verwendet man als Lösungsmittel Methylenchlorid. Nach Abtrennung der wäßrigen Phase bleibt eine Lösung des Polycarbonats im organischen Lösungsmittel übrig. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, das Polycarbonat aus einer Lösung in einem organischen Lösungsmittel, z. B. der bei seiner Herstellung anfallenden Lösung, in Form eines homogenen Pulvers mit hohem Schüttgewicht zu isolieren.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von Polycarbonat-Pulver durch Emulgieren einer Lösung eines Polycarbonats in einem mit Wasser nicht mischbaren organischen Lösungsmittel in einer wäßrigen Phase. Entfernen des organischen Lösungsmittels aus der gebildeten Emulsion, wobei eine sedimentierende Polycarbonatsuspension erhalten wird, und Abtrennen des Polycarbonais aus dieser Suspension als homogenes Pulver, das dadurch gekennzeichnet ist daß als wäßrige Phase Wasser mit 500 bis 50 ppm Styrol-Maleinsäure-Copolymerisat einer Viskosität von 1 bis 5 Pas, gemessen in 1 °/oiger wäßriger Lösung, und mit einer Abnahme der Widerstandszahl um 10 bis 45%, gemessen an 0,05gew.-%iger Lösung, eingesetzt wird.
In der US-Patentschrift 31 17 941 wird die Herstellung von expandierbarem Granulat aus thermoplastischem Material beschrieben. Hierbei werden Dispergiermittel für die Dispergierung von mit Wasser nicht mischbaren organischen Flüssigkeiten in Mengen von 0,05% (500 ppm) bis 0,5% (5000 ppm) vorzugsweise eingesetzt Mit Mengen von weniger als 0,05% ist es schwierig, eine Dispersion zu erhalten bzw. aufrechtzuerhalten (vgl. Spalte 3, Zeilen 50 bis 64). Styrol-Maleinsäure-Copolymerisate werden als Dispersionsmittel für das Verfahren der US-PS 31 17 941 nicht empfohlen.
In der US-PS 32 94 741 wird ein Verfahren zur Herstellung von Polycarbonat nach dem Zweiphasengrenzflächenverfahren beschrieben, wobei das Polycarbonat in Granulatform erhalten wird. Zur Durchführung des Verfahrens werden Dispergiermittel eingesetzt, um eine bessere Dispergierung der Polycarbonatlösungströpfchen in der wäßrigen Phase zu erzielen. Auch hier liegen die eingesetzten Mengen höher als 500 ppm, bezogen auf wäßrige Phase. Styrol-Maleinsäure-Copolymerisate werden als Dispergiermittel für das Verfahren der US-PS 32 94 741 ebenfalls nicht erwähnt.
Für das erfindungsgemäße Verfahren sind im Prinzip alle Polycarbonate geeignet. Besonders verwendet werden Polycarbonate, die aus Dihydroxyverbindungen mit einem oder mehreren Benzolringen hergestellt wurden. Beispiele für geeignete Hydroxyverbindungen sind Dihydroxydiphenyle, Dihydroxydipheny'sulphone, Dihydroxyd'phenyloxyde, Dihydroxydiphenylalkane (z.B. -methan, -äthane, allgemein Ci-Ce-alkane), Dihydroxydiphenylcycloalkane (z. B. -cyclohexane, -cyclopentane) und Dihydroxydiphenylketone. Die Hydroxylgruppen der genannten Verbindungen sind bevorzugt in 4.4'-Stellung.
Besonders bevorzugt sind Polycarbonate aus 4,4'-Dihydroxydiphenylpropan (Bisphenol A), gegebenenfalls im Gemisch mit halogeniertem Bisphenol A (z. B. Tetrachlorbisphenol A, Tetrabrombisphenol A) oder alkyliertem Bisphenol A (Tetramethylbisphenol A). Weitere besonders geeignete Polycarbonate enthalten zusätzlich tri- oder polyfunktionelle Phenole, wie
'" Phloroglucin,
4,6-Dimethyl-2,4,6-tris-(4-hydroxyphenyl)-
hepten-2,
4,6-Dimethyl-2,4,6-tri-(4-hydroxyphenyl)-heptan,
l,3,5-Tri-(4-hydroxyphenyi)-benzol,
1,1,1 -Tri-(4-hydroxyphenyl)-äthan,
2,2-Bis-[4,4-(4,4'-dihydroxydiphenyl)-
cyclohexyl]-propan und
l,4-Bis-(4',4"-dihydroxy-tri-phenyl-
methyl)-benzol.
Weitere geeignete Bisphenole sind in den US-Patentschriften
30 28 365,29 99 835,3148 172,
29 91 273,32 71 367,37 80 078,
30 14 891,29 99 846,32 71 368 und
29 70 137
beschrieben.
Die Molekulargewichte der für das erfindungsgemäße Verfahren verwendeten Polycarbonate können zwischen etwa 2000 und etwa 200 000 liegen. Bevorzugt benutzt man Polycarbonate mit Molekulargewichten zwischen etwa 15 000 und 50 000. ;
Als mit Wasser nicht mischbare organische Lösungsmittel für Polycarbonate sind besonders Chlorkohlenwasserstoffe, ζ. B. Methylenchlorid, Chloroform und 1,2-Dichloräthan, geeignet Es können aber auch andere bekannte Lösungsmittel für Polycarbonate benutzt werden.
Die für das Verfahren benutzten Polycarbonatlösungen können zwischen 5 und 50 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 30 Gew.-%, Polycarbonat enthalten. Die Viskosität dieser Lösungen bei 40° C kann bis zu 250 Poise betragen.
Geeignete Styrol-Maleinsäure-Copolymensate sind solche mit einem Mindestmolekulargewicht von 5 · 105. Sie lassen sich besonders durch ihre Viskosität, gemessen in l%iger wäßriger Lösung, und durch die Abnahme der Widerstandszahl1) bei turbulenter Strömung im Vergleich zur Widerstandszahl des reinen Wassers, ausgedrückt in Prozent, und gemessen an O,O5gew.-°/oigen Lösungen, charakterisieren. Danach sind Styrol-Maleinsäure-Copolymerisate einer Viskositat von 1 bis 5 Pas bei Abnahme der Widerstandszahl um 10 bis 45%, insbesondere Styrol-Maleinsäure-Copolymerisate der Viskosität von 1,2 Pas bei Abnahme der Widerstandszahl um 23% geeignet.
Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der 3<> vorliegenden Erfindung muß die Konzentration des Styrol-Maleinsäure-Copolymerisats im Wasser zwischen 500 und 50 ppm liegen. Es wurde überraschenderweise festgestellt, daß diese außerordentlich geringen Styrol-Maleinsäure-Copolymerisat-Mengen zur BiI- i> dung einer stabilen Emulsion der Polycarbonatlösung in Wasser ausreichen, nicht aber genügen zur Bildung einer stabilen Suspension bzw. eines stabilen Latex nach Entfernen des organischen Lösungsmittels, obwohl dann das Volumen der dispersen Phase stark verringert ist, so daß die Suspension bzw. der Latex eigentlich stabiler sein sollte als die Emulsion.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann wie folgt durchgeführt werden: Die Lösung eines Polycarbonate in einem der oben bezeichneten, mit Wasser 4> nicht mischbaren organischen Lösungsmittel, bevorzugt eine 5- bis 50gew.-%ige Lösung, wird mit dem Styrol-Maleinsäure-Copolymerisat-haltigen Wasser intensiv vermischt. Pro Gewichtsteil Wasser kann etwa 0,1 bis 3 Gew.-Teile Polycarbonatlösung verwendet >o werden. Das Vermischen der beiden Flüssigkeiten kann in zur Herstellung von Emulsionen üblichen Vorrichtungen, z. B. Supratongeräten, erfolgen. Bei dem Vermischen bildet sich eine stabile Emulsion der Polycarbonatlösung in Wasser. Die Emulsion zerfällt auch bei « längerem Stehen nicht mehr, obwohl sie keinen Emulgator enthält, sondern lediglich sehr kleine Mengen an Styrol-Maleinsäure-Copolymerisat als »Laminator«.
Der Emulsion wird dann z. B. durch Destillation das t>n organische Lösungsmittel entzogen. Dabei bildet sich eine Suspension von Polycarbonatteilchen in Wasser,
Die Widerstandszahl und ihre Messung ist /.. B. in den VDI-Forschungsheften 356 und 361 von I. Nikurados hl angegeben. Die den folgenden Angaben zugrunde liegenden Messungen wurden an Rohren von 10 mm lichter Weite durchgeführt.
ein sogenannter Latex, wobei die Größe und Konzentration der suspendierten Carbonatteilchen durch die Konzentration der Emulsion die Größe der emulgierten Polycarbonatlösungströpfchen und die Konzentration der Polycarbonatlösung vorgegeben ist Überraschenderweise ist diese Suspension nicht stabil, sondern die Polycarbonatteilchen sedimentieren nach kurzer Zeit ab. Im allgemeinen ist 99,5 bis 993% des Polycarbonate nach einer Standzeit von etwa 10 bis etwa 30 Minuten abgeschieden. Man kann die wäßrige Phase dann nach einer der üblichen Methoden der Flüssig-Fest-Trenrrung, z. B. Dekantieren, Filtrieren oder Zentrifugieren, entfernen. Es bleibt das Polycarbonat in Form eines Pulvers übrig, das in üblicher Weise getrocknet werden kann.
Bei dieser Arbeitsweise ist völlig überraschend, daß zwar eine stabile Emulsion entsteht, aus der man das organische Lösungsmittel sogar destillativ entfernen kann, aber kein stabiler Latex, obwohl nach Entzug des Lösungsmittels kleinere Polycarbonatteilchen vorliegen, die leichter im dispergierten Zustand bleiben müßten. Es ist weiterhin überraschend, daß man mit den geringen Laminatormengen von 500 bis 50 ppm Emulsionen herstellen kann, die zu 75 Gew.-% aus Polycarbonatlösung bestehen.
Die erfindungsgemäß erhaltenen Polycarbonatpulver haben im allgemeinen ein Schüttgewicht von 0,2 bis 0,7 g/cm3. Dii Polycarbonatpulver bestehen vollständig oder wenigstens zum weit überwiegenden Teil aus kompakten kugelförmigen Körnern mit glatter Oberfläche, deren Durchmesser etwa zwischen 50 und 500 μπι liegt. Im allgemeinen erhält man Körner einer ziemlich einheitlichen Größe, d. h. ein relativ schmales Kornverteilungsspektrum. Das Schüttgewicht ist um so höher, je weniger Laminator verwendet wurde. Die erhaltenen Polycarbonatpulver sind praktisch frei von Fremdbestandteilen, weil die ohnehin sehr geringen Laminatormengen mit dem Wasser vom Polycarbonat abgetrennt werden. Das als Laminator verwendete Styrol-Maleinsäure-Copolymerisat haftet im Gegensatz zu üblichen Emulgatoren nicht an der Oberfläche des dispergierten Materials. Da praktisch die gesamte eingesetzte Laminatormenge im Wasser verbleibt, ist es möglich, das laminatorhaltige Wasser für das Verfahren wieder einzusetzen.
Apparaturen, in denen die Emulsionsherstellung durchgeführt werden kann, sind z. B. hochtourige Rührsysteme oder Umpumpreaktoren, in denen das zweiphasige Gemisch mehrmals durch eine hochtourige Kreiselpumpe geführt wird. Darüber hinaus sind alle bekannten Vorrichtungen zu verwenden, in denen die für die Phasenzerteilung notwendige Arbeit aufgebracht werden kann, z. B. Düsen oder Kapillaren.
Die Umwandlung der Emulsion in instabile Suspensionen erfolgt durch Destillation der Lösungsmittel. Auch hier sind spezielle Ausführungsformen wie Dünnschichtverdampfung oder Destillation in Fallfilmverdampfern oder Entspannungsverdampfern möglich.
Für die Trennung der instabilen Suspension benötigt man nur sehr geringe Verweilzeiten.
Technisch bekannte Apparaturen wie Nutschen, Filterpressen, Drehfilter, Dekanter und Separatoren finden bevorzugte Anwendung zur Isolierung des wasserfeuchten Feststoffes. Der Restwasserentzug erfolgt dann in Trocknern nach bekannten Techniken.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Isolierung von Polycarbonatpulvern aus verdünnten Polycarbonatlösungen, wie man
sie nach dem Verfahren der Phasengrenzflachenphosgenierung von Bisphenolen erhält
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Isolierung von Polycarbonatpulvern aus Lösungen, die Polycarbonate auf Basis verschiedener Bisphenole enthalten. Solche Polymergemische sind oft auf Grund ihres unterschiedlichen Schmelz- und Fließverhaltens schwierig durch Destillation der Lösungsmittel in z. B. Ausdampfschnecken zu isolieren.
Die Polycarbonatlösungen, die man dieser Verfahrensvariante mit einem Feststoffgehalt von ca. 20 bis 30 Gew.-% in Methylenchlorid als Lösungsmittel erhält werden in einer Supratonmaschine mit einer wäßrigen Lösung des Styroi-Maleinsäure-Copolymerisats in stabi-Ie Emulsionen überführt aus denen anschließend durch Destillation des Lösungsmittels in einem Fallfilmverdampfer instabile Suspensionen gewonnen werden. Der sedimentierte Polycarbonatfeststoff wird durch Filtration isoliert und anschließend getrocknet während die wäßrige Styroi-Maleinsäure-Copofymerisat-haltige Phase erneut für die Herstellung der Emulsion verwendet wird.
Die hergestellten Pulver können nach den üblichen Verfahren mit Füllstoffen, Pigmenten, Stabilisatoren, Entformungsmitteln und Additiven versetzt werden und können direkt thermoplastisch verarbeitet werden. Eine weitere Anwendungsform der Pulver ist ihr Einsatz auf dem Gebiet der Pulverlackierung zur Herstellung von Überzügen.
Beispiel
zur Herstellung eines Polycarbonats
454 Gew.-Teile 4,4'-Dihydroxyphenylpropan-2,2 (Bisphenol A) und 9,5 Gew.-Teile · p-tert-butylphenol werden in 1500 Gew.-Teilen Wasser in einem Dreihalskolben mit Rührer und Gaseinleitungsrohr suspendiert. Über die Suspension wird 15 Minuten lang w reiner Stickstoff geleitet und dann 355 Gew.-Teile einer 45gew.-%igen Natriumhydroxydlösung und 1000 Gew.-Teile Methylenchlorid zugegeben. Die Reaktionsmischung wird auf 20 bis 25° C gekühlt und innerhalb einer Stunde 237 Gew.-Teile Phosgen eingeleitet. Während des Phosgeneinleitens wird der pH-Wert, falls erforderlich, durch Zugabe von Natriumhydroxyd auf pH 14 gehalten. Nach beendeter Phosgenzugabe gibt man 1,6 Gew.-Teile Triäthylamin zur Mischung und rührt 30 Minuten nach. Anschließend wird die organische Phase so von der Natriumhydroxydlösung getrennt und erst mit Phosphorsäure und mit Wasser neutral und elektrolytfrei gewaschen. Das aus dieser Lösung isolierte Polycarbonat hat eine relative Viskojität von 1,32 (gemessen in Methylenchlorid bei 200C bei einer « Konzentration von 0,5 g pro Liter). Die erhaltene Lösung des Polycarbonats in Methylenchlorid ist zunächst etwa 20%ig. Sie kann direkt für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden, es ist aber auch möglich, die Lösung zu konzentrieren oder zu wi verdünnen.
Widerstandszahl 45%) und einer 15°/oigen Polycarbcnat-Lösung in Methyienchlorid (erhalten nach der oben angegebenen Herstellungsvorschrift) wird eine Emulsion hergestellt mit 50 Gew.-°/o Polycarbonat-Lösung als disperse Phase. Die Herstellung der Emulsion erfolgt kontinuierlich im einmaligen Durchgang durch eine Supraton-Masthine D 305 mit koaxialem Zweikomponentenzulauf bei einer Leistung von mehreren mVh. Aus dieser Emulsion wurde in einem Rührbehälter unter Normalbedingungen das Methylenchlorid abdestilliert, wobei keinerlei störende Schaumentwicklung auftrat Nach Destillationsende wurde der Rührer abgestellt und nach 30 Minuten die Hauptmenge der wäßrigen Phase dekantiert die weniger als 0,2% Polycarbonat in Schwebe enthielt Das verbleibende Sediment hatte eine Feuchte von 78% und wurde durch Nutschen auf eine Feuchte von 55% entwässert Die abgetrennte wäßrige Phase wurde in den Emulgierprozeß rezirkuliert Nach der thermischen Trocknung hatte das Polycarbonat-Pulver eine mittlere Korngröße von 90 μΐη und ein Schüttgewicht von 0,58 g/cm3.
Beispiel 2
Das Verfahren wurde gemäß Beispiel 1 durchgeführt jedoch wurde anstelle der 15%igen Polycarbonatlösung eine 28%ige Polycarbonatlösung in Methylenchlorid eingesetzt.
Nach Trocknung wurde ein Polycarbonat-Pulver mit einer mittleren Korngröße von 120μΐη und einem Schüttgewicht von 0,64 g/cm3 erhalten.
Beispiel 3
Aus einer 0,0075%igen wäßrigen Lösung des Styrol-Maleinsäure-Copolymerisats gemäß Beispiel 1 und der 15%igen Polycarbonat-Lösung des Beispiels 1 wurde eine 50gew.-%ige Emulsion hergestellt und wie in Beispiel 1 das Lösungsmittel abdestilliert und das Sediment 10 Minuten nach Abschalten des Rührers von der überstehenden wäßrigen Phase getrennt, deren Polycarbonat-Konzentration unter 0,1% lag. Die wäßrige Phase wurde wieder zur Emulgierung eingesetzt. Das nach der Trocknung anfallende Produkt hatte eine mittlere Korngröße von 180 μηι und ein Schüttgewicht von 0,72 g/cm3.
Beispiel 4
Es wurde gearbeitet wie in Beispiel 1, jedoch eine 25gew.-%ige Polycarbonat-Lösung benutzt und eine Emulsion hergestellt, die 70 Gew.-% dieser Lösung enthielt. Nach Entzug des Lösungsmittels und Trocknung entstand ein Polycarbonat-Pulver mit einem Schüttgewicht von 0,72 g/cm3 und einer mittleren Teilchengröße von 120 μίτι.
Beispiel 1
Aus einer 0,025%igen wäßrigen Lösung eines Copolymerisate von Styrol und Maleinsäure (Viskosität 3Pa-s in 1 %iger wäßriger Lösung, Herabsetzung der
Beispiel 5
Nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 werden aus Copolycarbonaten folgender Zusammensetzung Pulver hergestellt. Die mittlere Korngröße und das Schüttgewicht sind in der folgenden Tabelle mit aufgeführt:
Bisphenol Λ Te laich I or- reirahmni- I'etranKlrnl- η, ,' bisphenol Λ bisphenol Λ hisphenol .-'.
(MoI "..I (Mi)I "< >) (MdI ' -ι (MoI "■ I
a) 92 8
hi 30 70
C) 94 -
d) - -
I, ι ' ) miniere Schüitgesvichl
K oingml.te
( 1I 111 I ι g/cm Ί
1.2X 70 0.W)
1.21 W) 0.52
1.25 9(1 (1.71
1.30 100 0.60
100
Aus Polycarbonaten, die 0,3 Mol-% Trisk resol enthalten und ei in· ro I. Viskosität *) son 1.34 besitz cn. werden auf die gleiche Weise Pulver erhalten mit einer mittleren Korngröße um 105 ■ und einem Schlingenicht von 0,h5.
*) relative \ iskosiüil //u.| -1 "*—: HI—LI — ι gemessen πι Mciii> ίί-ΓαΙπίΜ ιιί nci 2." ν Uiui CiilCi Kirn/cilMiilirMi Vi'.n
5g/| '■ «!„ΜΠ,,Μ,η,Η·, '
Beispiel 6
Entsprechend Beispiel 1 wurde aus Polycarbonaten auf Basis von Bisphenol Λ mit verschiedenen Molekulargewichten Pulver hergestellt. Die Konzentrationen der verwendeten I'olycarbonallösungen in Methylenchlorid sowie die mittleren Korngrößen und die .Schüttgewichte sind der folgenden Tabelle /u entnehmen:
/irt:i*l Molekulargewicht Konzentration der mittlere KorngröUe Seliütlgewieht
M elhylenchloriü lösung
(Gew.-11/,,) (y.m) (μ/eni'l
a) 1.10 1 0000 30 50 0,47
b) 1.75 8 0000 15 75 0,59
c) 2.08 12 0000 10 95 0.70
*) relative Viskosität gemessen in Me'.liylenchlorid bei 25 C und einer Konzentration von 5 g/l.
Beispiel 7
Entsprechend Beispiel 1 werden aus Lösungen von Polycarbonaten auf Basis von Bisphenol Λ in Dichloräthan oder Tetrachloräthan Pulver hergestellt. Die Konzentration der Polycarbonatlösungen. die mittlere Korngröße und die Schüttgewichte sind der folgenden Zusammenstellung zu entnehmen:
Lösungsmittel Konzentration mittlere Korngröße Schültgewichi
(Gew.-%) |;ini| (g/cnr!)
a) Dichloräthan 10 55 0.60
b) Tetrachloräthan 5 45 0.55

Claims (3)

2! 49 308 Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Polycarbonat-Pulver durch Emulgieren einer Lösung eines Polycarbonats in einen mit Wasser nicht mischbaren organischen Lösungsmittel in einer wäßrigen Phase, Entfernen des organischen Lösungsmittels aus der gebildeten Emulsion, wobei eine sedimentierende Polycarbonatsuspension erhalten wird, und Abtrennen des Polycarbonats aus dieser Suspension als homogenes Pulver, dadurch gekennzeichnet, daß als wäßrige Phase Wasser mit 500 bis 50 ppm Styrol-Maleinsäure-Copolymerisat einer Viskosität von 1 bis 5 Pas, gemessen in 1 %iger wäßriger Lösung, und mit einer Abnahme der Widerstandszahl um 10 bis 45%, gemessen an 0,05gew.-%iger Lösung, eingesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösung des Polycarbonats eine 5- frs 50gew.-%ige Lösung in einem Chlorkohlenwasserstoff verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Polycarbonat aus gegebenenfalls durch Chlor-, Brom- oder Methylsubstituierten Dihydroxydiphenylalkanen hergestellt worden ist.
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