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Kunststoffmasse
Die Erfindung betrifft verbesserte Kunststoffmassen und wird hierin im einzelnen in bezug auf Kunst- stoffmassen aus synthetischen Harzen auf der Basis von Polystyrol beschrieben, die antistatisch sind, d. h. bei denen während des üblichen Ausdrückens des Formlings die sehr unerwünschten Wirkungen der elektrostatischen Aufladung nicht auftreten.
Ausgedehnte Versuche in Laboratorien und in Betrieben, die von Herstellern, Verarbeitern und Verbrauchern durchgeführt wurden, zeigen, dass die elektrostatischen Muster, die zur Zeit des Ausdrückens des Formlings erzeugt werden, die Hauptquelle des lange bekannten Problems der statischen Staubaufnahme bei gewöhnlichen Polystyrolen sind.
Das elektrostatische Feld scheint durch den ganzen Formling hindurch in drei Dimensionen verteilt zu sein, so dass die üblichen Oberflächenbehandlungen nicht nur eine zusätzliche Bearbeitung erfordern, sondern auch von begrenztem Wert sind.
Obwohl das elektrostatische Feld mit der Zeit abnimmt, kann es viele Monate bestehen, so dass der Käufer oder Verbraucher mit den Problemen der Staubansammlung, die aus der Zeit des Verformens stammen, trotz zwischenzeitlicher Verwendung von Schutzumschlägen noch lange nach dem Formverfahren belästigt ist.
Formstücke können dadurch, dass die statische Staubaufnahme selten gleichmässig auftritt, besonders "schmutzig"erscheinen. Die Aufnahme des Staubes ist an den Stellen mit dünnem Querschnitt und starker Krümmung und in vertieften Flächen besonders stark, und gerade diese sind besonders schwer zu erreichen und zu reinigen. Selbst an den ebenen Flächen sind charakteristische und besonders unerwünschte farnähnliche oder verzweigte Aufnahmemuster vorherrschend. Die Hauptquelle für den Schmutz ist die Atmosphäre. Da die elektrostatische Anziehung zu elektrostatischer Zurückhaltung führt, wird der aufgenom- mene Staub viel stärker festgehalten als derjenige, der sich auf irgendeiner Oberfläche durch einfaches Absetzen infolge Schwerkraft ansammelt.
Ein symmetrisches Formstück aus Polystyrol, das der Luft ausgesetzt ist, sammelt im wesentlichen die gleichen Menge des Staubmusters an seiner unteren Oberfläche, wie an seiner oberen Oberfläche und hält diesen fest.
Es wurden verschiedene Erscheinungen als Kriterien für die Tendenz des Materials, eine elektrostatische Aufladung anzunehmen und zu behalten, verwendet. Zu diesen gehören :
1) Widerstand der Oberfläche,
2) Widerstand der Masse,
3) Asche und künstliche Staubaufnahme nach Reiben,
4) Ablesung am Elektrometer nach Reiben,
5) Ablesung am Elektrometer nach Formpressen,
6) Künstliche Staubaufnahme nach Formpressen.
Bei Materialien mit verhältnismässig niedrigem spezifischem Widerstand (z. B. 106 ohm. cm), können ziemlich direkte Beziehungen zwischen den obigen Faktoren und der Erzeugung und Beibehaltung der Auf-
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ladung erhalten werden. Jedoch zeigen bei den destatisierten Polystyrolen, die im vorliegenden Fall von
Interesse sind und die einen viel höheren Widerstand haben, nur die Faktoren 5) und 6) eine Beziehung zu der atmosphärischen Staubaufnahme nach dem Formpressen - was in erster Linie von Interesse ist. Die Be- ziehung mit 5) ist ziemlich bezeichnend.
Mit einiger Toleranz für Variationen in dem "atmosphärischen
Staub" wurde eine ausgezeichnete praktische Beziehung zwischen dem tatsächlichen Verhalten nach län- gerer Zeit und Versuchen in ausserordentlich kurzer Zeit nach 6) erhalten, wenn Russ in einer Zerstäu- bungspistole verwendet wurde.
In der Technik wurden viele erfolglose Versuche durchgeführt, um eine direkte Beziehung zwischen den destatisierenden Fähigkeiten während des Verformens und den Faktoren 1) - 4) zu suchen. Viele Ma- terialien, für welche destatisierende Eigenschaften beansprucht wurden, haben sich in der tatsächlichen
Praxis als ungeeignet erwiesen. Trotz einer oberflächlichen, anschaulichen Einfachheit sind die durch
Reiben. induzierten statischen Effekte wahrscheinlich viel unbestimmter in ihrer Wirkung als die unter
Formpressbedingungen induzierten. Abhängig von-Materialien und den Bedingungen des Reibmittels, der
Art und Orientierung der Reibbewegung und andern Bedingungen, können sehr verwickelte und unvorhergesehene Nebenwirkungen auftreten.
Im besonderen sei festgestellt, dass formgepresste, synthetische Harzmassen hergestellt wurden, die bei den Reibprüfungen gute Ergebnisse zeigten, aber versagten, wenn sie den tatsächlich wichtigen Prüfungen an der Atmosphäre unterworfen wurden. Auch ist die Staubansammlung, die durch Reiben erzeugt wird, eher schmierig oder fleckig im Gegensatz zu den viel unangenehmeren verzweigten Mustern. Darüber hinaus kann die Verwendung von destatisierenden Mitteln, welche durch einen hygroskopischen Film ein gutes Reibverhalten erzeugen, zu einer hartnäckigen Zurückhaltung des atmosphärischen Staubes durch einfache Adhäsionswirkung führen.
In der vorliegenden Erfindung wurde die destatisierende Wirksamkeit durch die oben angegebenen Prü- fungen der Aussetzung der Atmosphäre und durch die Verwendung von zerstäubtem Staub, der auf die Prüfstücke zu verschiedenen Zeiten nach dem Formpressen aufgebracht wurde, gemessen.
Wie später beschrieben wird, können die unerwünschten Staubansammlungswirkungen der elektrostatischen Aufladungen auf Gegenständen aus synthetischem Harz während des Formpressens vermieden werden, wenn die Lehren dieser Erfindung beachtet werden.
Erfindungsgemäss werden destatisierte Formmassen aus synthetischem Harz mit hoher Farbstabilität angegeben.
Im besonderen schafft diese Erfindung destatisierte Harzmassen auf der Grundlage von Polystyrol, die durch einen hohen Grad von Farbstabilität gekennzeichnet sind.
Zu den weiteren Merkmalen dieser Erfindung gehört die Schaffung einer destatisierten Harzmasse, wobei ein synergistisches Mittel verwendet wird, um ein destatisierendes Mittel in verhältnismässig kleinen Mengen wirksam zu machen.
Ein Ziel der Erfindung ist es, eine neue Klasse von brauchbaren Massen, die für das Formpressverfah- en geeignet sind, zu schaffen.
Die erfindungsgemässe Kunststoffmasse zum Formpressen von destatisierten Gegenständen aus synthetischen Harzen, wie Polystyrol, Polyäthylen, Polypropylen, Polyacrylsäureharz, Polyamid, Polybutadien, Polyvinylhalogenid und Polyvinylacetat, ist dadurch gekennzeichnet, dass sie bis zu 10 Gel.-%, bezogen auf. das Gewicht des Harzes, eines Zusatzes enthält, der aus mindestens einem Alkanolamin und mindestens einem Metallsalz einer Carbonsäure besteht, wobei das Alkanolamin weniger als 9 Kohlenstoffatome in jeder Alkanol-oder Alkylgruppe enthält und die Carbonsäure eine Alkylmono-oder eine Alkylendicarbonsäure mit 4 - 18 Kohlenstoffatomen im Molekül ist und wobei auf 100 Äquivalente Salz und Amin 10 - 70 Äquivalente Salz entfallen.
Es wurde gefunden, dass die Neigung, sich elektrisch aufzuladen, die insbesondere viele Harze vom Vinyl-Typ aufweisen (einschliesslich Vinyle, Vinylidene, Acryle und ähnliche Polymerisate, u. zw. sowohl Homopolymerisate als Mischpolymerisate, oder Mischungen von Polymerisaten und besonders Polystyrol), merklich verringert werden kann, wenn in das Harz bis zu ungefähr 10 Gew. -0/0 und vorzugsweise 1-3 Gew.-% eines Zusatzes obiger Zusammensetzung eingearbeitet wird.
Das Alkanolamin kann ein primäres, sekundäres oder tertiäres Alkanolamin der Formel
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Kohlenstoffatome enthalten.
Als Metallseifen werden farblose Seifen von Alkylmono-und Alkylendicarbonsäuren mit 4 - 18 Kohlenstoffatomen im Molekül verwendet, wobei das Metall eine Wertigkeit von mehr als 1 hat und wobei es vorzugsweise eines der Metalle der Gruppen 2 und 3 des periodischen Systems ist.
Besonders bevorzugt werden Metallseifen, welche Salze der Pelargonsäure oder Nonansäure sind ; als Amin wird Triisopropanolamin bevorzugt verwendet.
Das folgende Beispiel sowie die folgende Tabelle zeigen besonders wirksame Mischungen, wobei je- . doch die Erfindung nicht auf diese Mischungen eingeschränkt werden soll.
145, 6 g Trllsopropanolamin werden mit 36, 4 g des Zinksalzes der Pelargonsäure in einem Propellermischer mit hoher Geschwindigkeit (8 : 2 Verhältnis) gemischt. Die Mischung wird mit Polystyrol in einem
Pfleiderer-Kneter gemischt, wobei gewünschtenfalls ein weisses Pigment (TiO2) hinzugegeben wird. Der Zusatz auf Amin und pelargonsaurem Salz bildet 2 Gew.-lo des Harzes. Die erhaltene Mischung wird dann stranggepresst und durch Spritzgussverfahren geformt. Die Formstücke wurden sofort nach der Entfernung geprüft, indem Lampenruss mit einer Spritzpistole aufgeblasen und mit einem Keithley-Voltmeter gemessen wurde.
Die Formstücke hatten ein Staubmuster, das auf willkürlicher Basis auf 8 - 9 geschätzt wurde, im Vergleich mit Staubmustern von 18 bis 20 für Polystyrol, zu welchem nur Triisopropanolamin zugegeben wurde.
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Tabelle (alle Teile Gewichtsteile)
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<tb>
<tb> Elektrostatische
<tb> Polymerisat <SEP> Amin <SEP> Seife <SEP> Bestimmung <SEP> (Volt)
<tb> Mischpolymerisat <SEP> Triäthanol-Zn-Caprylat-1, <SEP> 0
<tb> von <SEP> 10% <SEP> Butadien <SEP> amin
<tb> 90% <SEP> Styrol <SEP> (1) <SEP>
<tb> (98)
<tb> Polystyrol <SEP> Triisopropa- <SEP> Zn-Pelargonat <SEP> -0, <SEP> 5
<tb> (98) <SEP> nolamin <SEP> (1, <SEP> 6) <SEP> (0,4)
<tb> Polystyrol <SEP> Diisopropanolamin <SEP> Ca-Butyrat <SEP> -2, <SEP> 0
<tb> (99) <SEP> (0,5) <SEP> (0,5)
<tb> Polymethyl- <SEP> N-Butyl-diätha- <SEP> Ca-Laurat <SEP> -0, <SEP> 8
<tb> styrol <SEP> (97) <SEP> nolamin <SEP> (2, <SEP> 4) <SEP> (0, <SEP> 6) <SEP>
<tb> Polyäthylen <SEP> Triisopropa-Al-Stearat-l, <SEP> 0
<tb> (99) <SEP> nolamin <SEP> (0,8) <SEP> (0, <SEP> 2)
<tb> Mischpolymerisat <SEP> Diäthanolamin <SEP> Zn-Caproat <SEP> 0,
<SEP> 5
<tb> von <SEP> 25% <SEP> Acrylnitril <SEP> (1,6) <SEP> (0, <SEP> 4) <SEP>
<tb> 751o <SEP> Styrol
<tb> (98)
<tb> Polyvinylchlorid <SEP> Triisopropa-Ca-Stearat <SEP> 0,0
<tb> (90) <SEP> nolamin <SEP> (5) <SEP> (5)
<tb> Polymethylmetha- <SEP> Diäthanol- <SEP> Cd-Caprylat <SEP> -3, <SEP> 0
<tb> crylat <SEP> (99) <SEP> amin <SEP> (0., <SEP> 8) <SEP> (0, <SEP> 2)
<tb> Polyvinyliden-N-Äthyl-bis'Zn-Pelargonat <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP>
<tb> chlorid <SEP> (99) <SEP> (2-äthylhexanol-4-) <SEP> (0,2)
<tb> - <SEP> amin <SEP> (0,8)
<tb> Polyvinyliden- <SEP> Dimethylisopro- <SEP> Ca-Succinat <SEP> 3,0
<tb> chlorid <SEP> (98) <SEP> panolamin <SEP> (0, <SEP> 4) <SEP>
<tb> (1, <SEP> 6) <SEP>
<tb> Polyvinylchlorid <SEP> N-Butyldiäthahol-Pb-Palmitat-0, <SEP> 2 <SEP>
<tb> (97) <SEP> amin <SEP> (2) <SEP> (1)
<tb> Polyäthylen <SEP> Dimethylisopro- <SEP> Mg-Oleat <SEP> 0,0
<tb> (98)
<SEP> panolamin <SEP> (1)
<tb> (1)
<tb>
Es ist möglich, zeitweilige Destatisierungswirkungen zu erhalten, indem die Formflächen einer Spritzform mit den hierin beschriebenen Destatisierungszusätzen überzogen werden. Der Überzug kann bequem durch Versprühen aufgebracht werden.
Die erfindungsgemässen Zusätze beeinflussen die Destatisierung von z. B. Polystyrol, wenn sie in sehr kleinen Mengen verwendet werden, wobei nur eine sehr geringe Abnahme des Erweichungspunktes des Polystyrols eintritt. Es wurde jedoch gefunden, dass diese Destatisierung mit einer Neigung zum Gelbwerden verbunden ist, wenn das Stück Wärme und Feuchtigkeit ausgesetzt wird.
Es wurde gefunden, dass die Neigung zum Gelbwerden durch die Zugabe eines Stabilisators, wie Bis-(2-äthylhexyl)-hydrogenphosphit in Mengen von 0, 021o bis 0,5qu, bezogen auf das Kunstharz, wesentlich verringert werden kann. Die untere Grenze ist kritisch. Die obere Grenze ist nicht so kritisch und ist bei nicht klaren Formstücken hauptsächlich eine Frage der Kosten. Wenn klare (nichtpigmentierte) Form-
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stücke gewünscht werden, dann wird der Bereich von 0, 020/0 bis 0, 06elm bevorzugt.
Obwohl im Handel viele verschiedene Materialien gegen Hitze und Oxydation stabilisierende Verbindungen erhältlich sind, wurden nur einige wenige für die Verwendung als Stabilisatoren in Kombination mit den erfindungsgemässen destatisierten Formpressmischungen geeignet gefunden.
Im allgemeinen wurde gefunden, dassBis-alkyl-hydrogenphosphite, in welchen die Alkylgruppen 1 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten, und Trihexylphosphit sich ausgezeichnet für die erfindungsgemassen Zwekke verwerten lassen.
Typisch für die Gruppe der geeigneten Stabilisatoren sind Dimethyl-, Diäthyl-, Dibutyl-, Bis- - (2-äthylhexyl) - und Bis-lauryl-hydrogenphosphite. Bei der letzteren Substanz hat es sich gezeigt, dass sie eine deutliche Fähigkeit hat, Formstücke mit überragender Klarheit zu erzeugen, wenn sie in Konzentrationen von 0, 05go, bezogen auf das Gewicht des Harzes, vorhanden ist.
Die Destatisierungsmittel, die der in dieser Beschreibung genannten Zusammensetzung entsprechen, können in jedes der folgenden thermoplastischen Harzformstucke oder Formmischungen eingearbeitet werden :
Polystyrol und modifizierte Polystyrole, z. B. Methylstyrol ; Vinyle ; Vinylidene ; Polyäthylene ; Polypropylene ; Polyacryle, wie Polymethyl-, Polyäthyl-, Polybutyl- und Polyäthylhexyl-Methacrylate, modifizierte Acryle, wie halogenierte Acrylate und Polyacrylnitrile ; Polyamide, wie Nylon und modifizier-
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; Polybutadiene ; Polyvinylhalogenide,fluormonochloräthylen und Polyvinylchlorid ; und Polyvinylacetat.
Es ist selbstverständlich, dass verträgliche Mischungen der Harzpolymerisate, wie sie allgemein als Kunststofflegierungen bezeichnet werden, verwendet werden können.
Die Mischung kann erreicht werden durch einfaches mechanisches Einarbeiten, wie durch Strangpressen der Polymerisate oder durch Mischpolymerisation der Monomeren.
Beispiele für Mischpolymerisate auf Styrolbasis sind Styrolbutadien und Styrolacrylsäurenitril. Ein Beispiel einer polymeren Mischung, die auch als Styrollegierung bekannt ist, ist eine polymere Mischung, die Polystyrol, Polybutadien und Polyacrylsäurenitril enthält.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kunststoffmasse zum Formpressen von destatisierten Kunststoffgegenständen, die aus einem syn- thetischen Harz, wie Polystyrol, Polyäthylen, Polypropylen, Polyacrylsäureharz, Polyamid, Polybutadien, Polyvinylhalogenid und Polyvinylacetat besteht, dadurch gekennzeichnet, dass sie bis zu 10 Grew.-%, bezogen auf das Gewicht des Harzes, eines Zusatzes enthält, der aus mindestens einem Alkanolamin und mindestens einem Metallsalz einer Carbonsäure besteht, wobei das Alkanolamin weniger als 9 Kohlenstoffatome in jeder Alkanol- oder Alkylgruppe enthält und die Carbonsäure eine Alkylmono- oder eine
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und Amin 10 - 70 Äquivalente Salz entfallen.