DD159344A5 - Transparente thermoplastische masse - Google Patents
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Abstract
Der Zusatz phenylgruppenhaltiger fluessiger Siloxane zu transparenten thermoplastischen Polymeren ergibt transparente thermoplastische Materialien mit verbesserter innerer Schmierung. So erhaelt man beispielsweise durch Aquilibrieren von PhSi (OMe) tief 3 mit (Me tief 2 SiO) tief x ein fluessiges Siloxancopolymer, das 28 Gew.-% Phenylreste enthaelt, ein Verhaeltnis von PhSio tief 3/2 zu MeSiO von 0,72 aufweist und ueber ein Verhaeltnis von OMe zu Si von 0,78 verfuegt. Der Zusatz dieses fluessigen Siloxancopolymers zu Polystyrol in einer Menge von 1 Gew.-% ergibt einen transparenten Kunststoff, der kein Ausschwitzen zeigt und ueber eine hervorragende Oberflaechengleitfaehigkeit verfuegt.
Description
Die Erfindung betrifft eine transparente thermoplastische Masse mit verbesserter Verarbeitbarkeit, besserer Kratzfestigkeit und niedrigerem Reibungskoeffizient. Sie bezieht sich insbesondere auf eine Masse, die ein Polystyrol* Polyvinylchlorid^ Polyethylenterephthalat,, Polybutylenterephthalat, Acrylatpolymer und/oder Polycarbonat als transparenten Kunststoff enthält und die durch Zusatz eines flüssigen Organosiloxancopolymers modifiziert ist»
-2. «1981*938477
30 5 03 A
Thermoplasten werden häufig mit geringen Mengen flüssiger Dimethylsiloxane vermischt, um ersteren besondere Eigenschaften zu verleihen, wie einen geringeren Reibwert, einen niedrigeren Verschleißwert, eine bessere Kratzfestigkeit und eine günstigere Verarbeitbarkeit. Infolge dieser unter minimalem Kostenaufwand erzielbaren verbesserten Eigenschaften haben manche auf diese Weise gewissermaßen innen geschmierten thermoplastischen Massen in der Technik eine ziemliche Bedeutung erlangt.
Mischungen aus flüssigen Polydimethylsiloxanen und thermoplastischen Polymeren sind jedoch nicht brauchbar, wenn man thermoplastische Gegenstände haben möchte, da die Polydimethylsiloxane mit thermoplastischen Polymeren unverträglich sind. Diese Unverträglichkeit führt zu Mischungen, die sogar bei sehr niedrigem Gehalt an Polydimethylsiloxan unduchsichtig oder milchweiß sind. Aus US-PS 3 087 908 ist beispielsweise bekannt, daß Polydimethylsiloxane in Polycarbonatfilmen sogar bei Konzentrationen von lediglich 200 Teilen pro Million eine wahrnehmbare Trübung ergeben, die bei Konzentrationen von über 400 Teilen pro Million ganz beachtlich wird. Solche niedrigen Konzentrationen können zwar zu einer gewissen Verbesserung der Filmbildungseigenschaften führen, sind für eine entscheidende Verbesserung der Verarbeitbarkeit und des Verschleißverhaltens in Form einer inneren Schmierung jedoch nicht geeignet. Gemäß US-PS 2 999 835 ergeben sich derartige Verbesserungen in Polycarbonaten erst bei Siloxankonzentrationen von über 0,1 Gew.-% oder vorzugsweise sogar erst von ijber 1 Gew.-% oder noch mehr. Ähnliches gilt auch für andere thermoplastische Polymere.
Aufgabe der Erfindung:
Die bekannten Massen auf Basis thermoplastischer Polymerer haben obigen Angaben zufolge die verschiedensten Nachteile. Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung innengeschmierter transparenter thermoplastischer Massen. Zugleich soll hierdurch ein Organosiloxan bereitgestellt werden, das mit thermoplastischen Polymeren in Konzentrationen verträglich ist, die eine wirksame innere Schmierung ergeben. Weiter soll ein verträgliches Organosiloxan geschaffen werden, durch, welches sich in thermoplastischen Polymeren eine innere Schmierung erreichen läßt, die mit der unter Verwendung von .Polydimethylsiloxanen erzielbaren inneren Schmierung vergleichbar ist.
Die obige Aufgabe wird nun erfindungsgemäß gelöst durch eine transparente thermoplastische Masse auf Basis eines Polystyrols, Polyvinylchlorids, Polyethylenterephthalat^, PoIybutylenterephthalats, Acry!polymers und/oder Polycarbonats und einer geringen Menge eines flüssigen Siloxans, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie als flüssiges Siloxan ein flüssiges Siloxancopolymer enthält, das praktisch zusammengesetzt ist aus Phenylsiloxan-Einheiten der allgemeinen Formel .
und Dimethylsiloxan-Einheiten der allgemeinen Formel
(RO) y (CH3) 3Si(V1 ,
worin R Alkyl mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeutet, χ für 2, 1 oder O steht und y für 1 oder O steht, wobei dieses
Siloxancopolymer ein Verhältnis von Phenylsiloxan-Einheiten zu Dimethylsiloxan-Einheiten von etwa 0,6 bis 2 aufweist, über einen auf das Gesamtgewicht des Copolymers bezogenen Gehalt an Phenylresten von 22 Gew.-% verfügt und ein Verhältnis von Alkoxygruppen zu Siliciumatomen von über 0,3 hat.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden flüssigen Siloxane lassen sich in jeder hierzu bekannten Weise herstellen, beispielsweise durch Teilcohydrolyse von Phenyltrialkoxysilan und Dimethyldialkoxysilan oder Teilcohydrolyse der entsprechenden Chlorsilane unter anschließender Alkoxylierung. Sie werden derzeit am besten durch Äquilibrierung von Phenyltrialkoxysilan mit cyclischen Dimethylsiloxanen in Gegenwart eines Säurekatalysators, wie einer Sulfonsäure, unter anschließender Entfernung der flüchtigen Nebenprodukte hergestellt.
Die Alkoxygruppen des erfindungsgemäß verwendbaren flüssigen Siloxancopolymers enthalten 1 bis 6 Kohlenstoffatome, und Beispiele hierfür sind Methoxy, Ethoxy, Isopropoxy oder Hexyloxy. Zur Erzielung der gewünschten optischen Klarheit in Verbindung mit der verbesserten inneren Schmierung des thermoplastischen Kunststoffes müssen die oben angeführten kritischen Verhältnisse eingehalten werden.
Die entsprechenden flüssigen Siloxancopolymeren können mit den jeweiligen thermoplastischen Polymeren in jeder geeigneten Weise vermischt werden, beispielsweise unter Verwendung eines herkömmlichen Lösungsmittels oder durch Vermischen des flüssigen Siloxancopolymers mit dem geschmolzenen thermoplastischen Kunststoff in einer Schneckenspritzgießmaschine. Es kann mit jeder Menge an flüssigem Siloxancopolymer gearbeitet werden, die zum gewünschten Ergebnis führt, wobei·die Menge an flüssigem Siloxancopolymer vorzugsweise jedoch 0,1 bis 5 Gew.-% beträgt, bezogen auf das Gewicht des thermoplastischen Polymers.
Unter Polystyrol werden vorliegend nicht nur Polystyrol selbst sondern auch polymere Derivate hiervon verstanden, wie Polyalphamethylstyrol, Polyvinyltoluol, Poly-t-butylstyrol oder Copolymere hiervon mit Styrol und ferner auch transparente Copolymere von Styrol mit geringen Mengen anderer Monomerer, wie Acrylnitril oder Butadien <, Zu Acrylpolymeren gehören sowohl Acrylate als auch Methacrylate, wie Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Ethylacrylat und Copolymere hiervon. .
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen weiter erläutert.
Ein Gemisch aus Phenyltrimethoxysilan (965 g, 4,9 Mol) und Dimethylcyclosiloxanen (535 g, 7,2 Äquivalent) wird durch eine 3 m χ 1,9 cm messende Säule zirkuliert,, die mit einem Sulfonsäurekationenaustauscherharz gefüllt ist (Araberlyst von Mallinckrodt Chemical Works, St. Louis f Missouri). Während des Zirkulierens des Gemisches leitet man einen Säulenabstrom durch eine 45 cm lange Vigreau-Kolonne, die auf einer Temperatur von 40 bis 500C und einem Druck von etwa 133 Pa gehalten wird, um hierdurch flüchtige Bestandteile zu entfernen«, Nach 30-stündiger Zirkulation wird das Produkt gesammelt und bei einer Temperatur von 1500C unter einem Druck von etwa 133 Pa abgestreift» Das hierdurch erhaltene Produkt (940 g) wird zur Entfernung einer Trübung mit FuI-lererde und Aktivkohle behandelt« Das Produkt verfügt über ein Verhältnis.von Phenylsiloxan-Einheiten zu Dimethylsiloxan-Einheiten von 0,98, hat einen Gehalt an Phenylresten von 31 Gew.-% und weist ein Verhältnis von Methoxygruppen zu Siliciumatomen von 0,90 auf, und zwar bestimmt durch-magne-
tische Kernresonanzanalyse.
Die Transparenz des in obiger Weise als Produkt erhaltenen Siloxans wird in Kombination mit einem transparenten thermoplastischen Polymer durch folgendes Verfahren bestimmt. Man löst pulverförmiges Polyvinylchlorid (5 g) und das oben erhaltene Siloxan (0,25 g) in 100 ml Tetrahydrofuran. Aus der erhaltenen Lösung läßt man dann in einer Petrischale mit einem Durchmesser von 10 cm das Lösungsmittel verdampfen. Das restliche Lösungsmittel wird in einem Vakuumschrank bei 600C und einem Druck von etwa 133 Pa entfernt. Die gegossenen Filme werden visuell bezüglich ihrer Klarheit untersucht. Ferner untersucht man die Filme auch hinsichtlich ihres Ausschwitzens an Siloxan, indem man auf den Gießkörper und die Petrischale einen Klebstreifen gibt. Haftet der Klebstreifen dabei normal auf den Oberflächen, und ergibt sich bei seiner anschließenden Aufbringung auf eine andere Oberfläche keine wesentlich verringerte Haftung, dann wird die entsprechende Masse als nichtausschwitzend beurteilt. Unter Verwendung des obigen Siloxans gegossene Filme sind visuell klar und zeigen keine Ausschwitzung.
unter Verwendung eines Sulfonsäurekationenaustauscherharzes (34,6 g, Amberlyst 15) äquilibriert man nach einem absatz-, weisen Verfahren ein Gemisch aus Phenyltrimethoxysilan (198 g, 1,0 Mol) und Dimethylcyclosiloxanen (148 g, 2,0 Äquivalent). Das Gemisch wird zur Entfernung niedrigsiedender Äquilibrierungsprodukte 18 Stunden bei einem Druck von etwa 133 Pa auf 65°C gehalten. Durch anschließendes Abstreifen des Produkts bei einem Druck von etwa 133 Pa bis zu einer Temperatur von 1500C gelangt man zu 246 g Siloxancopolymer. Das Copolymer wird zur Entfernung einer Trübung mit Fullererde und Aktivkohle behandelt. Das so erhaltene Co-
- 7 - L α υ 3
polymer verfügt über ein Verhältnis von Phenylsiloxan-Einheiten zu Dimethylsiloxan-Einheiten von 0,80, enthält 29 Gew.-% Phenylreste und weist ein Verhältnis von Methoxygruppen zu Siliciumatomen von 0,88 auf, und zwar.bestimmt durch magnetische Kernresonanzanalyse.
Eine entsprechende Untersuchung des erhaltenen Siloxancopolymers in einem Gießkörper aus Polyvinylchlorid nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren zeigt keine Trübung oder kein Ausschwitzen.
Dieses Beispiel zeigt die Beeinflussung der Transparenz einer erfindungsgemäßen Masse, wenn man das Verhältnis von Phenylsiloxan-Einheiten zu Dimethylsiloxan-Einheiten im Siloxancopolymer verändert. Es werden gegossene Filme aus Vinylchlorid und mehreren Siloxancopolymeren hergestellt und nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren untersucht. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse gehen aus der später folgenden Tabelle I hervor»
Dieses Beispiel zeigt den Einfluß auf die Transparenz einer erfindungsgemäßen Masse, wenn man das Verhältnis von Alkoxygruppen zu Siliciumatomen in Siloxancopolymer verändert.
Zur Herstellung eines Siloxancopolymers: mit einem Verhältnis von Phenyl-Einheiten zu Dimethylsiloxan-Einheiten von 0,86, einem Phenylgruppengehalt von 29 Gew.-% und einem Verhältnis von Alkoxygruppen zu Siliciumatomen von 1,0 geht man wie in Beispiel 1 beschrieben vor. Bestimmte Mengen (150 g)
230 5 03
des hierdurch erhaltenen Siloxancopolymers hydrolysiert man mit verschiedenen Mengen Wasser unter Verwendung von drei Tropfen Tetrabutyltitanat und drei Tropfen Tetramethylguanidintrifluoracetat als Hydrolysekondensationskatalysatolren. Die teilweise hydrolysierten Proben werden dann unter Vakuum bei einem Druck von etwa 133 Pa bis zu einer Temperatur von 1000C abgestreift und anschließend durch Diatomeenerde filtriert, wodurch man zu einer Reihe Siloxancopolymeren gelangt, die über die aus der später folgenden Tabelle II hervorgehenden verschiedenen Alkoxygruppengehalte verfügen. Sodann bildet man entsprechende Massen aus Polyvinylchlorid und jeweils 5 Gew.-% der erhaltenen Copolymeren und untersucht diese Massen nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode.
Dieses Beispiel zeigt die Verwendung eines Siloxancopolymers, das Hexyloxygruppen enthält, zur Herstellung erfindungsgemäßer transparenter Massen.
Entsprechende Teilmengen des auch bei Beispiel 4 verwendeten Siloxancopolymers vermischt man mit verschiedenen Mengen Hexylalkohol und drei Tropfen Tetramethylguanidintrifluoracetat auf jeweils 100 g Siloxan. Das Ganze wird 30 Minuten durchmischt, worauf man das Produkt zuerst bei atmosphärischem Druck bis.zu einer Temperatur von 2000C und anschließend bei einem Druck von etwa 133 Pa bis zu einer Temperatur von 1000C abstreift. Zur Ermittlung des Ausmaßes an Esteraustausch werden die Proben dann durch magnetische Kernresonanzanalyse untersucht. Sodann werden Massen aus Polyvinylchlorid und 5 Gew.-% des jeweiligen Siloxans hergestellt und wie in Beispiel 1 beschrieben untersucht. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse gehen aus der später folgenden Tabelle III hervor.
9'- 2 3 0 5
Dieses Beispiel zeigt die relative prozentuale Lichtdurchlässigkeit von Massen auf Basis von Polycarbonat und Polystyrol, die 1 Gew„~% Siloxancopolymer enthalten.
Zu diesem Zweck vermischt man die aus der später folgenden Tabelle IV hervorgehenden verschiedenen flüssigen Siloxancopolymeren mit geschmolzenem Polystyrol oder Polycarbonat in einer Schneckenspritzgießmaschine. Sodann wird die Durchlässigkeit einer jeden Probe nach dem Verfahren ASTM D-1003-61 untersucht.
Dieses Beispiel zeigt die verringerten Reibwerte und Verschleißwerte, über die die vorliegenden transparenten Massen verfügen.
Man stellt entsprechende Teststäbe aus thermoplastischem Polystyrol ßStyron GP 686 von Dow Chemical) und einem thermoplastischen aromatischen Polycarbonat (Lexan 101 von General Electric) sowohl ohne Zusatz als auch mit Zusatz von 1 Gew.-% eines Siloxancopolymers her. Das verwendete Siloxancopolymer weist ein Verhältnis von Phenylsiloxan-Einheiten zu Dimethylsiloxan-Einheiten von 0,72 auf, hat einen Phenylgruppengehalt von 28 Gew.-% und verfügt über ein Verhältnis von Methoxygruppen zu Siliciumatomen von 0,90. Die Teststäbe (3 mm χ 12,7 cm χ 1,3 cm) werden durch Spritzgießen geformt.
Die erhaltenen Teststäbe untersucht man dann bezüglich ihres Reibwertes und ihrer Verschleißfestigkeit auf einem entsprechenden Verschleißmeßgerät (Crockmeter), das so abgewandelt ist, daß sich der Prüfkörper auf'einer beweglichen Plattform befindet, die mit einer Belastungszelle verbunden ist,
- ίο- 230 5 03 A
welche die entsprechenden Reibungskräfte unmittelbar überwacht und aufzeichnet. Die Versuchskörper werden mittels einer 1,3 cm großen Stahlkugel unter einer Belastung von 0/9 kg einer oszillatorischen Bewegung ausgesetzt (60 Cyclen pro Minute). Die Tests werden über insgesamt 1000 Cyclen fortgeführt, wobei die Zeit ermittelt wird, zu der die Oberfläche versagt (nämlich narbig wird). Zu Vergleichszwecken ermittelt man entsprechende Reibwerte an mehreren Punkten während des Versuchs. Die hierbei erhaltenen Versuchsergebnisse gehen aus der später folgenden Tabelle V hervor.
Dieses Beispiel zeigt das verbesserte Formtrennverhalten der vorliegenden transparenten Massen. ;
In einer Schneckenspritzgießmaschine vermischt man flüssige Masse (2) von Beispiel 3 mit Polystyrol (Styron 685 D von Dow Chemical) in einer Menge von 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Polystyrols. Sodann ermittelt man das Gleitverrnögen eines entsprechenden Formgegenstandes wie folgt. Man formt das Kunststoffgemisch auf einem mit einem Gewinde versehenen Formkern zu einer Kappe und läßt das Ganze abkühlen. Die erhaltene Kappe wird auf einen Dorn aufgesetzt, wobei man das zur Abtrennung der Kappe erforderliche Drehmoment in Foot pro Pounds ermittelt. Zum Vergleich untersucht man eine Kappe aus lediglich Polystyrol sowie eine Kappe aus dem gleichen Polystyrol, welches jedoch 1 Gew.-% eines flüssig gen Polydimethylsiloxans mit einer Viskosität von 30 000 cS (0/03 m2/s) enthält (Fluid 200). Es werden jeweils vier Proben hergestellt und untersucht. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse gehen aus der später folgenden Tabelle VI hervor.
Das in Beispiel 3 beschriebene flüssige Material (2) vermischt man in einer Menge von 1 Gew«-% mit Acrylpolymer (Plexiglas V500 von Rohm and Haas Co.) , wodurch man zu einem klaren geschmierten Kunststoff gelangt.
Verglexchbare Ergebnisse stellen sich dann ein, wenn man das flüssige Material von Beispiel 1 zusammen mit Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephthalat verwendet»
Phenylsiloxan-Einheiten Dimethylsiloxan-Einheiten
(D | 1,06 |
(2) | 0,72 |
(3) | 0,50* |
(4) | 0,30* |
C6H5 in | CH3O/Si | Transparent | Ausschwitzung |
Gew.-% | 0,72 | Ja | Nein |
33 | 0,78 | : Ja | Nein |
28 | 0,62 | Nein | Nein |
24 | 0,32 | Nein | Nein |
19 | |||
Vergleich
Siloxan
C6H5 in | |
(CH3O)Si | Gew.-% |
1 | 29 |
0,82 | 30 |
0,65 | 32 |
.0,53 | 33 |
0,37*. | 34 |
0,22 | 35 |
PVC-Masse mit 5 % Siloxan
Transparent
Ausschwitzung
Ja | Nein |
Ja | Nein |
Ja | Nein |
Ja | Nein |
Ja | Nein |
Nein | Nein |
Das Siloxan enthält weniger als 0,05 Gew.-%Silanol.
CH3OZSi | C,HC in O O | |
C6H13OZSi | 0,97 | Gew.-% |
0 | 0,81 | 30 |
0,14 v | 0,76 | 28 |
0,20 | 0,59 | 27 |
0,39 | 0,41 | / 24 |
0,53 | 0,28 | 23 |
0,60 | 0,15 | 23 |
0,59 | 23 | |
Transparent
Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja
Thermoplastisches | C6H5Si/ | (CH3J2Si' | C6H5 in | CH3 | O/Si |
Polymer -: '. | 1, | 06 | Gew.-% | 0 | ,72 |
Styrol | . '. ,· ο, | 72'.;" : ; > V. | 33 | 0 | ,78. |
Styrol | 98 -... ':.:' " | 28 | 0 | .90 | |
Polycarbonat ·: | 31 | ||||
; Prozentüale^Liähtdürchlässig-' jceit im: Verhältnis zum unmodifizierten Polymer
97
95,4 90,8
Reibung
Thermoplastisches Material | Cyclen bis zum Reißen | Beginn | 20 Cyclen | 1000 Cyclen |
Polystyrol | ' : . 7 ' | 0,081:.. | 0,131 | 0,148 |
Polystyrol mit Siloxan | 85 ; | 0,056 | 0,118 | 0,138 |
Polycarbonat | :·, - .55-. ,; | 0,075 | 0,15 | 0,119 |
Polycarbonat mit . Siloxan | 1000 | 0,038 | 0,048 | 0,063 |
Tabelle VI
Mittelwerte
Styron. 685 D
Styron 685 D + 1 % Flüssiokeit (2) 38,4 {52)
54,6 (74)* 54,0 (73,1) 52,2 (70,7). 53,1 (71,9) 53,5 (72,5) 37,8 (51,2) 37,0 (50,1) 36,2 (49) 37,3 (50,5)
Styron 685 D + V %
Flüssigkeit 34,2 (46,3) . 34,2 (46,3) 33,8 (45,8)· 33,4 (45,2) 33,9 (45,9)
Diese Daten zeigen, daß die vorliegend zu verwendenden flüssigen Siloxancopolymeren bezüglich ihres Schmierverhaltens in Kunststoffen nahezu genauso gut wirksam sind wie das in Beispiel 1 erwähnte flüssige Polydimethylsiloxan (Fluid 200) , wobei die vorliegenden Proben darüber hinaus, jedoch klar sind, während die Proben mit diesem flüssigen Polydimethylsiloxan (Fluid 200) trüb sind.
* Die in Klammer, angegebenen Zahlen stellen das in Newton mal. Meter (N*m) umgewandelte Drehmoment dar.
Claims (3)
- Erfindungsansprüch e1. Transparente thermoplastische Masse auf Basis eines Polystyrols, Polyvinylchlorids, Polyethylenterephthalats, Polybutylenterephthalats, Acrylpolymers und/oder Polycarbonats und einer geringen Menge eines flüssigen Siloxans, dadurch gekennzeichnet, daß sie als flüssiges Siloxan ein flüssiges Siloxancopolymer enthält, das praktisch zusammengesetzt ist aus Phenylsiloxan-Einheiten der allgemeinen Formelund Dimethylsiloxan-Einheiten der allgemeinen Formel(RO) (CH3)2SiO2-yworin R Alkyl mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeutet, χ für 2, 1 oder 0 steht und y für 1 oder 0 steht, wobei dieses
Siloxancopolymer ein Verhältnis von Phenylsiloxan-Einheiten zu Dimethylsiloxan-Einheiten von etwa 0,6 bis 2 aufweist, über einen auf das Gesamtgewicht des Copolymers bezogenen Gehalt an Phenylresten von 22 Gew.-% verfügt und ein Verhältnis von Alkoxygruppen zu Siliciumatomen von über 0,3 hat, - 2. Masse nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Siloxancopolymer in einer Menge von 0,1 bis5f0Gew.-% vorhanden ist, bezogen auf das Gewicht des thermoplastischen Harzes. ·
- 3. Masse nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein flüssiges Siloxancopolymer enthält, worin die Substituenten R für Methyl stehen.
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