Verwendung von Saccharin zur Stabilisierung von thermoplastischen, aromatischen Polycarbonaten
Thermoplastische, aromatische Polycarbonate sind als solche thermisch stabil. Ent- halten diese Polycarbonate niedermolekulare, estergruppenhaltige Additive, beispielsweise Entformungsmittel, dann erfolgt in der Schmelze, beispielsweise bei der Extrusion oder bei der Spritzgußverarbeitung, ein geringer Abbau des Molekulargewichts des aromatischen Polycarbonats infolge Umesterung mit dem Additiv. Dieser Nachteil fällt ins Gewicht bei der Mehrfachverarbeitung dieser Additiv-haltigen Polycarbonate oder auch bei der Wiederverwendung von Polycarbonataltmaterial.
Dieser Nachteil tritt insbesondere dann auf, wenn das thermoplastische Polycarbonat noch Spuren an Alkali-, Erdalkali- oder Schwermetallverbindungen als Verunreinigungen enthält.
Überraschend wurde nun gefunden, daß der Zusatz von Saccharin in Mengen von 0,001 Gew.-% bis 5,0 Gew.-%, vorzugsweise von 0,005 Gew.-% bis 1,5 Gew.-%, diese unerwünschte Umesterung von aromatischen Polycarbonaten, die estergruppenhaltige Additive enthalten, weitgehend unterbindet.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit die Verwendung von Saccharin in Mengen von 0,001 Gew.-% bis 5,0 Gew.-%, vorzugsweise von 0,005 Gew.-% bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-% Polycarbonat, zum Stabilisieren von thermoplastischen, aromatischen Polycarbonaten, die noch 0,01 Gew.-% bis 5 Gew.-%, vor- zugsweise 0,05 Gew.-% bis 3 Gew.-%, bezogen wiederum auf 100 Gew.-%
Polycarbonat, an estergruppenhaltigen Additiven enthalten.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind außerdem Polycarbonatformmassen enthaltend
A) 100 Gew.-% an thermoplastischem, aromatischem Polycarbonat, zusätzlich
B) 0,001 Gew.-% bis 5,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,005 Gew.-% bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-% A, Saccharin, und zusätzlich
C) 0,01 Gew.-% bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 Gew.-% bis 3 Gew.-%, bezogen wiederum auf 100 Gew.-% A, an estergruppenhaltigen Additiven.
Thermoplastische, aromatische Polycarbonate im Sinne der vorliegenden Erfindung sind sowohl Homopolycarbonate als auch Copolycarbonate; die Polycarbonate können in bekannter Weise linear oder verzweigt sein.
Die Herstellung dieser Polycarbonate erfolgt in bekannter Weise aus Diphenolen, Kohlensäurederivaten, gegebenenfalls Kettenabbrechern und gegebenenfalls Verzweigern.
Einzelheiten der Herstellung von Polycarbonaten sind in vielen Patentschriften seit etwa 40 Jahren niedergelegt. Beispielhaft sei hier nur auf Schnell, "Chemistry and Physics of Polycarbonates", Polymer Reviews, Volume 9, Interscience Publishers, New York, London, Sydney 1964, auf D. Freitag, U. Grigo, P.R. Müller, H. NouvertneM BAYER AG, "Polycarbonates" in Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Volume 11, Second Edition, 1988, Seiten 648-718 und schließlich auf
Dres. U. Grigo, K. Kircher und P.R. Müller "Polycarbonate" in Becker/Braun, Kunststoff-Handbuch, Band 3/1, Polycarbonate, Polyacetale, Polyester, Celluloseester, Carl Hanser Verlag München, Wien 1992, Seiten 117-299 verwiesen.
Für die Herstellung der Polycarbonate geeignete Diphenole sind beispielsweise Hy- drochinon, Res rcin, Dihydroxydiphenyle, Bis-(hydroxyphenyl)-alkane, Bis(hydroxy- phenyl)-cycloalkane, Bis-(hydroxyphenyl)-sulfide, Bis-(hydroxyphenyl)-ether, Bis- (hydroxyphenyl)-ketone, Bis-(hydroxyphenyl)-sulfone, Bis-(hydroxyphenyl)-sulfoxide, α,α'-Bis-(hydroxyphenyl)-diisopropylbenzole, sowie deren kernalkylierte und kern- halogenierte Verbindungen.
Bevorzugte Diphenole sind 4,4'-Dihydroxydiphenyl, 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)- propan, 2,4-Bis-(4-hydroxyphenyl)-2-methylbutan, 1 , 1 -Bis-(4-hydroxyphenyl)-p-di- isopropylbenzol, 2,2-Bis-(3-methyl-4-hydroxyphenyl)-propan, 2,2-Bis-(3-chlor-4- hydroxyphenyl)-propan, Bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-methan, 2,2-Bis-(3,5-di- methyl-4-hydroxyphenyl)-propan, Bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-sulfon, 2,4-
Bis-(3 , 5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-2-methylbutan, 1 , 1 -Bis-(3 , 5 -dimethyl-4-hydroxy- phenyl)-p/m-diisopropylbenzol, 2,2-Bis-(3,5-dichlor-4-hydroxyphenyl)-propan, 2,2- Bis-(3,5-dibrom-4-hydroxyphenyl)-propan, 1 , 1 -Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trime- thylcyclohexan, l,l-Bis-(4-hydroxyphenyl)-l-phenyl-ethan und l, l-Bis-(4-hydroxy- phenyl)cyclohexan.
Besonders bevorzugte Diphenole sind 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan, 2,2-Bis- (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-propan, 2,2-Bis-(3,5-dichlor-4-hydroxyphenyl)- propan, 2,2-Bis-(3 , 5-dibrom-4-hydroxyphenyl)-propan, 1 , 1 -Bis-(4-hydroxyphenyl)- cyclohexan und 1, l-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan.
Diese und weitere geeignete Diphenole sind z.B. in den US-PS 3 028 635, 2 999 835, 3 148 172, 2 991 273, 3 271 367, 4 982 014 und 2 999 846, in den deutschen Offen- legungsschriften 1 570 703, 2 063 050, 2 036 052, 2 211 956 und 3 832 396, der französischen Patentschrift 1 561 518, in der Monographie "H Schnell, Chemistry and Physics of Polycarbonates, Interscience Publishers, New York 1964" sowie in den japanischen Offenlegungsschriften 62039/1986, 62040/1986 und 105550/1986 beschrieben.
Im Falle der Homopolycarbonate ist nur ein Diphenol eingesetzt, im Falle der Copolycarbonate sind mehrere Diphenole eingesetzt.
Geeignete Kohlensäurederivate sind beispielsweise Phosgen oder Diphenylcarbonat.
Geeignete Kettenabbrecher sind sowohl Monophenole als auch Monocarbonsäuren.
Geeignete Monophenole sind Phenol selbst, Alkylphenole wie Kresole, p-tert- Butylphenol, p-n-Octylphenol, p-iso-Octylphenol, p-n-Nonylphenol und p-iso-
Nonylphenol, Halogenphenole wie p-Chlorphenol, 2,4-Dichlorphenol, p-Bromphenol und 2,4,6-Tribromphenol sowie deren Mischungen.
Geeignete Monocarbonsäuren sind Benzoesäure, Alkylbenzoesäuren und Halogen- benzoesäuren.
Bevorzugte Kettenabbrecher sind die Phenole der Formel (I)
// , \ OH (I),
R '
worin
R ein verzweigter oder unverzweigter C8- und/oder C9-Alkylrest ist.
Die Menge an einzusetzendem Kettenabbrecher beträgt 0,1 Mol-% bis 5 Mol-%, bezogen auf Mole an jeweils eingesetzten Diphenolen. Die Zugabe der Kettenabbrecher kann vor, während oder nach der Phosgenierung erfolgen.
Geeignete Verzweiger sind die in der Polycarbonatchemie bekannten tri- oder mehr als trifunktionellen Verbindungen, insbesondere solche mit drei oder mehr als drei phenolischen OH-Gruppen.
Geeignete Verzweiger sind beispielsweise Phloroglucin, 4,6-Dimethyl-2,4,6-tri-(4-hy- droxyphenyl)-hepten-2, 4,6-Dimethyl-2,4,6-tri-(4-hydroxyphenyl)-heptan, 1,3,5-Tri- (4-hydroxyphenyl)-benzol, l,l,l-Tri-(4-hydroxyphenyl)-ethan, Tri-(4-hydroxy- phenyl)-phenylmethan, 2,2-Bis-[4,4-bis-(4-hydroxyphenyl)-cyclohexyl]-propan, 2,4- Bis-(4-hydroxyphenyl-isopropyl)-phenol, 2,6-Bis-(2-hydroxy-5'-methyl-benzyl)-4- methylphenol, 2-(4-Hydroxyphenyl)-2-(2,4-dihydroxyphenyl)-propan, Hexa-(4-(4-hy- droxyphenyl-isopropyl)-phenyl)-orthoterephthalsäureester, Tetra-(4-hydroxyphenyl)- methan, Tetra-(4-(4-hydroxyphenyl-isopropyl)-phenoxy)-methan und 1,4-Bis-(4M4"-
dihydroxytriphenyl)-methyl)-benzol sowie 2,4-Dihydroxybenzoesäure, Trimesinsäure, Cyanurchlorid und 3,3-Bis-(3-methyl-4-hydroxyphenyl)-2-oxo-2,3-dihydroindol.
Die Menge der gegebenenfalls einzusetzenden Verzweiger beträgt 0,05 Mol-% bis 2 Mol-%, bezogen wiederum auf Mole an jeweils eingesetzten Diphenolen.
Die Verzweiger können entweder mit den Diphenolen und den Kettenabbrechern in der wäßrig alkalischen Phase vorgelegt werden, oder in einem organischen Lösungsmittel gelöst vor der Phosgenierung zugegeben werden. Im Falle des Umesterungsver- fahrens werden die Verzweiger zusammen mit den Diphenolen eingesetzt.
Alle diese Maßnahmen zur Herstellung der thermoplastischen Polycarbonate sind dem Fachmann geläufig.
Die erfmdungsgemäß einzusetzenden Polycarbonate haben mittlere Gewichtsmittelmolekulargewichte Mw, ermittelt durch Messung der relativen Viskosität in CH2C12 bei 25°C und einer Konzentration von 0,5 g in 100 ml CH2C12 zwischen 10.000 und 80.000, vorzugsweise zwischen 15.000 und 40.000.
Estergruppenhaltige Additive für thermoplastische Polycarbonate sind vor allem
Weichmacher und Entformungsmittel, wie sie in der Literatur beschrieben sind und für die Verarbeitung von thermoplastischen Polycarbonaten auch eingesetzt werden.
Die estergruppenhaltigen Additive gemäß Komponente C) können vollständig ver- esterte Verbindungen sein oder Teilester sein mit unveresterten OH-Gruppen oder un- veresterten Carboxylgruppen.
Die estergruppenhaltigen Additive gemäß Komponente C) sind aufgebaut aus ali- phatischen Monoalkoholen, aliphatischen Dialkoholen, aliphatischen Trialkoholen, aliphatischen Tetrolen, aliphatischen Pentolen und/oder aliphatischen Hexolen mit 1 bis 15 C- Atomen, vorzugsweise mit 2 bis 10 C- Atomen und besonders bevorzugt mit 3 bis 6 C-Atomen, und aliphatischen Monocarbonsäuren, aliphatischen Dicarbon-
sauren und/oder aliphatischen Tπcarbonsauren mit 3 bis 34 C- Atomen, vorzugsweise 10 bis 24 C- Atomen und besonders bevorzugt 12 bis 18 C- Atomen
Die estergruppenhaltigen Additive haben mittlere Molekulargewichte n (Zahlenmittel, ermittelt durch Endgruppenbestimmung) von 100 bis 3000, vorzugsweise von 300 bis
1000
Beispiele für die aliphatischen Alkohole sind Ethanol, Propanol, Butanol, Ethylengly- kol, Glyceπn, Pentaerythnt, 1,4-Butandιol, 1,6-Hexan-dιol, 1,10-Decan-dιol, Hexanol, n-Deceylalkohol, Laurylalkohol, Myπstylglykol, t-Amylalkohol, 1,2,4-
Butan-tπol, 1,2,6-Hexan-tπol, Inosit, Sorbit, Erythπt und Xy t
Beispiele für a phatische Carbonsauren sind Buttersaure, Isovalenan-, Capron-, Capryl-, Capπn-, Lauπn-, Myπstin, Palmitin-, Stearin-, Arachin-, Behen-, Lignoceπn- und Cerotinsaure, Malonsaure, Bernsteinsaure, Glutarsaure, Adipinsaure, Sebacin- saure, Dodecandisaure und Thapsisaure
Beispiele für estergruppenhaltige Additive gemäß Komponente C) sind Ethylstearat, Glyceπn-monostearat, -distearat und -tπstearat, Butyl-laurat, Hexyl-laurat, Pentaerythπt-tetra-laurat, -tetra-palmitat, -tetra-stearat, Pentaerythπt-tπ-laurat, -tπ- palmitat und -tπ-stearat, Sebacinsaure-monobutylester und -di-butylester sowie Dodecandisaure-monobutylester und-di-butylester
Die estergruppenhaltigen Additive sind literaturbekannt oder nach literaturbekannten Verfahren herstellbar (Siehe beispielsweise US-PS 3 186 961, JA-Sho-47-41092,
US-PS 3 784 595, JA-Sho-49- 11949, JA-Sho-49-55752 und US-PS 4 131 575 )
Saccharin gemäß Komponente B) der erfindungsgemaßen Formmassen ist normales Saccharin wie es auf dem Weltmarkt auch unter der Bezeichnung "Saccharin 550" oder "unlösliches Saccharin" in Pharmaqua tat angeboten wird
Es hat die Formel
Es soll vorzugsweise frei von Alkaliionen, insbesondere von Natriumionen sein, oder kann maximal 100 ppm an Alkaliionen, insbesondere Natriumionen enthalten.
Bei seiner Herstellung anfallendes, verunreinigtes Saccharin ist daher vor der erfindungsgemäßen Verwendung in bekannter Weise durch Umkristallisation zu reinigen.
Bekannt ist aus der DE-OS 3 538 429 ein Pulver mit gesteuerter Freisetzung zur Verwendung in eßbaren pharmazeutischen und anderen Zusammensetzungen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Pulver einzelne Mikroteilchen enthält, die einen aktiven Bestandteil und gegebenenfalls einen Exzipienten in innigem Gemisch mit mindestens einem nicht-toxischen Polymeren enthalten (Anspruch 1).
Als Polymer ist u.a. Polycarbonat genannt (Anspruch 5), als aktiver Bestandteil Saccharin. (Seite 13, Zeilen 36/37 der DE-OS). Als Exzipienten können oberflächenaktive Mittel dienen (Seite 18, Zeilen 13 bis 33 der DE-OS) (Vergleiche auch die entsprechende US-PS 5 354 556).
Die erfmdungsgemäße Verwendung wird dadurch nicht betroffen; da erfindungsgemäß ja gerade keine gesteuerte Freisetzung angestrebt ist.
An der DE-OS 3 743 136 sind Zeil- und Gewebekultursubstrate bekannt, die aus synthetischen Materialien bestehen und ein oder mehrere spezielle Verbindungen enthalten können. Als synthetisches Material kann auch Polycarbonat dienen (Anspruch 1 der DE-OS) und als spezielle Verbindung Saccharin (Anspruch 24).
Die erfindungsgemäße Verwendung wird hierdurch nicht berührt. Gemäß US-PS 4 782 103 sind Polycarbonate, die UV- Stabilisatoren enthalten, bekannt, die außerdem Sulfonimide enthalten. Als solches kann auch Sacchrin eingesetzt werden. (Spalte 2, Zeile 16). Entformungsmittel können auch zugesetzt werden (Spalte 3, Zeile 20). Die Aufgabenstellung im US-PS ist jedoch anders.
In der EP-A 0 742 260 (Le A 30 889-EP) wird Saccharin zur Stabilisierung von thermoplastischen Polycarbonaten gegen die verfärbende Wirkung von ß,γ-Strahlen eingesetzt. (Seite 1 der Anmeldung)
Es können andere Entformungsmittel noch zugesetzt werden (Seite 5, Zeile 13), estergruppenhaltige Additive sind aber nicht genannt.
Die Aufgabenstellung gemäß EP-A 0 742 260 läßt keinen Schluß auf die syner- gistische Wirkung gemäß vorliegender Erfindung zu.
Die Einarbeitung der Komponenten B) und C) in die thermoplastischen Polycarbonat- harze kann in bekannter Weise entweder über die Schmelze bei Temperaturen von 200°C bis 360°C, vorzugsweise von 260°C bis 320°C erfolgen oder über die Lösung der Polycarbonate in bekannten inerten Lösungsmitteln wie CH2C12 erfolgen.
Hierbei wird die Schmelze mit den eingemischten Komponenten B) und C) über den Extruder ausgetragen, abgekühlt und granuliert.
Die Polycarbonatlösungen mit den eingemischten Komponenten B) und C) werden eingeengt und entweder direkt zu Folien vergossen, oder über den Extruder eingedampft und granuliert oder durch Zugabe von bekannten Fällmitteln wie Toluol aus den Lösungen ausgefällt und als Pulver isoliert.
Die erfindungsgemäßen Polycarbonatformmassen können in bekannter Weise zu beliebigen Formkörpern verarbeitet werden, beispielsweise durch Spritzguß auf be-
kannten Maschinen bei Temperaturen von 200°C bis 360°C. Beispiele sind außer Folien, Massivplatten, Stegdoppelplatten und Compact Discs.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch die Verwendung der erfin- dungsgemäßen Polycarbonatformmassen zur Herstellung von Folien, Massivplatten,
Stegdoppelplatten und Compact Discs.
Den erfmdungsgemäßen Polycarbonatformmassen können vor, während oder nach ihrer Verarbeitung auch andere übliche Additive, wie beispielsweise organische Phos- phite, gegebenenfalls in Kombination mit monomeren oder oligomeren Epoxiden,
Flammschutzmittel, insbesondere Fluor-haltige, wie Polyperfluorethylen, Farbmittel, Pigmente, Antistatika, Füllstoffe und Verstärkungsstoffe in den üblichen Mengen zugesetzt werden.
Den erfindungsgemäßen Polycarbonatformmassen können noch für meist nicht transparente Anwendungen andere Thermoplasten in bekannter Weise in Mengen von 2 Gew.-% bis 30 Gew.-%, vorzugsweise von 5 Gew.-% bis 25 Gew.-% und insbesondere von 8 Gew.-% bis 20 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-% Polycarbonatharz zugemischt werden.
Geeignete andere Thermoplaste sind beispielsweise aromatische Polyestercarbonate, Polyalkylenterephthalate, EPDM-Polymerisate, Polystyrol und Co- und Pfropfcopoly- merisate auf Basis Styrol wie insbesondere ABS.
Die erfindungsgemäßen Polycarbonatformmassen sind als Formkörper überall dort einsetzbar, wo bislang thermoplastische Polycarbonate Einsatz gefunden haben, also im Fahrzeugbau, im Elektrobereich, als Sicherheitsscheiden, als Dachabdeckungen im Bauwesen, als Lampenabdeckungen, Prismen und in der Datenspeichertechnik.
Beispiele;
Die folgenden Daten wurden an Prüfplättchen gemessen.
Die folgenden Prüfplättchen wurden durch Compoundierung der genannten Zusammensetzungen auf einem Zweiwellenextruder ZSK 32 und anschließender Herstellung der Prüfplättchen im Spritzgußverfahren erzeugt.
Compoundierung: Massetemperatur 300°C
Prüfkörperherstellung: Massetemperatur 300°C; Formtemperatur 90°C
Versuch 1
Saccharin A: Na-Gehalt nach Atomabsorption: 24 ppm / 27 ppm
Saccharin B: Na-Gehalt nach Atomabsorption: 2 500 ppm / 2 500 ppm Polycabonat: Es wurde Makrolon 2808 der Bayer AG verwendet mit einer
Lösungsviskosität von (ηreι) = 1,294 MVR: gemäß ISO 1133A, bei 300°C und einem Gewicht von 1,2 kg %: Gewichtsprozent- Anteil in der gesamten Mischung
PGG: Polypropylenglykol mit einer mittleren Molmasse (Gewichtsmittel) von ca. 2 500
Wie die Werte zeigen unterscheiden sich die Lösungsviskositäten und die Schmelzviskositäten der beiden Saccharin-haltigen Compounds nur unwesentlich innerhalb der Fehlergrenzen, obwohl der Natriumgehalt stark unterschiedlich ist.
Eine Reproduktion des Versuches ergab:
Versuch 2:
Die Ergebnisse des ersten Versuches werden bestätigt: keine signifikante Absenkung der Lösungsviskosität, bzw. keine Erhöhung des MVR.
Zwei anschließend bei 125°C in Dampf vorgenommene Sterilisationscyclen an den im obigen Versuch erhaltenen Probeplättchen ergaben folgende Werte:
Auch hier wird keine auffällige Veränderung der Werte festgestellt Es hat also keine überproportionale Hydrolyse, wie sie in den Compunds mit Saccharin B aufgrund des hohen Natriumgehalts zu erwarten gewesen wäre, stattgefunden.