DE1152539B - Antielektrostatische Formmassen aus Polyolefinen - Google Patents

Description

Viele Kunststoffe, insbesondere solche aus Polyolefinen, besitzen die Eigenschaft, sich bei der Lagerung oder beim Gebrauch durch geringe Reibung elektrostatisch aufzuladen. Dadurch wird der Gebrauchswert von Artikeln, die aus diesen Kunststoffen hergestellt sind, erheblich eingeschränkt, denn die Gegenstände ziehen im aufgeladenen Zustand Staub an, wodurch sie verschmutzen, oder sie können, wenn es sich beispielsweise um Förderbänder handelt, Funkenbildung veranlassen.

Es ist bereits versucht worden, durch Zusatz von Mitteln, die antielektrostatisch wirken, die Kunststoffe vor Aufladungen zu schützen. In der britischen Patentschrift 731 728 wird ein Zusatz von 0,001 bis 0,2 % Alkylarylpolyglykoläther zu Polyäthylen beschrieben; das belgische Patent 536 623 betrifft einen Zusatz von 0,01 bis 0,2% eines Polyglykolmonoalkyläthers. In beiden Fällen tritt die Wirkung erst nach Tagen auf, so daß kein genügender Schutz besteht. Der an sich erforderliche Zusatz größerer Mengen der Polyglykoläther ist nicht möglich, da sich die Zusätze dann auf der Oberfläche der Gegenstände als ölige Schicht abscheiden können und dadurch einerseits zur Verstaubung, andererseits zum Zusammenkleben beispielsweise von Folien führen.

Es wurde gefunden, daß antielektrostatische Formmassen aus Polyolefinen und Polyäthylenglykolmonoäthern diese Nachteile nicht aufweisen, wenn sie als Antistaticum 2 bis 9 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polyolefin, einer Mischung aus

a) 20 bis 80 Gewichtsprozent eines oder mehrerer Polyäthylenglykolmonoalkyläther der Formel

R _O —(C₂H₄O)₁H

worin R eine gesättigte oder ungesättigte Alkylgruppe mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen und χ eine Zahl von 2 bis 300 ist, und

b) 80 bis 20 Gewichtsprozent eines oder mehrerer Polyäthylenglykohnonoaralkyläther der Formel _4Ü

R—Ar — O—(C₂H₄O)^H

worin R eine gesättigte oder ungesättigte Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, Ar ein aromatischer Kohlenwasserstoffrest und χ eine Zahl von 2 bis 300 ist, und gegebenenfalls

c) zusätzlich bekannte Antistatica
enthalten.

Geeignete, durch die Zusätze antielektrostatisch werdende Polyolefine sind Hoch- und Niederdruckpolyäthylen sowie Polypropylen und beliebige Misch-

Antielektrostatische Formmassen aus Polyolefinen

Anmelder:

Chemische Werke Hüls Aktiengesellschaft, Marl (Kr. Recklinghausen)

Dr. Walter Stumpf, Dr. Konrad Rombusch, Dr. Friedrich Seifert, Dr. Fritz Baxmann

und Dr. Otto Hahmann, Marl (Kr. Recklinghausen), sind als Erfinder genannt worden

polymere von Olefinen und Polymerengemische daraus.

Als brauchbare Polyäthylenglykohnonoalkyläther haben sich Verbindungen erwiesen, wie sie durch Anlagerung von Äthylenoxyd an aliphatisch^, gesättigte oder ungesättigte Alkohole mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen entstehen, beispielsweise Hexylalkohol, Octylalkohol, Stearyl- oder Oleylalkohol. Das Molverhältnis kann in weiten Grenzen zwischen 2 und 300 Mol Äthylenoxyd pro Mol Alkohol schwanken. — Als besonders brauchbar hat sich der Heptaäthylenglykolmonolauryläther herausgestellt.

Geeignete Polyäthylenglykolmonoaralkyläther sind solche Verbindungen, wie sie durch Äthoxylierung von Alkylphenolen entstehen. Die Alkylphenole können ein- oder mehrkernig, die Alkylreste darin, die aus 1 bis 18, vorzugsweise 6 bis 18 Kohlenstoffatom men bestehen, gesättigt oder ungesättigt sein. Die Alkylphenole werden mit 2 bis 300 Mol Äthylenoxyd zu den Polyäthylenglykolmonoaralkyläthern umgesetzt.

Als geeignet haben sich beispielsweise Butylphenoldecaäthylenglykol und Decyl-^-naphtholhexaäthylenglykol erwiesen. Eine besonders gute Wirkung besitzt Nonylphenylheptaäthylenglykol.

Die Mischung aus Polyäthylenglykolrnonoalkylund-aralkylätherkann aus je einem Vertreter der beiden Gruppen bestehen oder auch mehrere Verbindungen aus den zwei Klassen enthalten.

Die Einarbeitung der Zusätze in das zweckmäßig

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pulverförmig vorliegende Polyolefin kann durch kalte Verknetung und anschließende trockene Granulierung erfolgen; gewünschtenfalls kann die Zumischung der einzelnen Bestandteile zum Polyolefin in beliebiger Reihenfolge stattfinden. Zur Erreichung einer schneilen, guten Verteilung können die Zusätze auch nach Verdünnung mit Lösungsmitteln eingetragen werden, anschließend wird das Lösungsmittel verdampft.

Die Zusätze können dem Polyolefin in Mengen von 2 bis 9 Gewichtsprozent einverleibt werden, ohne daß die Gefahr des Ausschwitzens besteht. Um eine für alle praktischen Fälle ausreichende sofortige und anhaltende antielektrostatische Wirkung-hervorzurufen, sind Zusätze von 3 bis 5 Gewichtsprozent zweckmäßig.

Die Wirkung der Polyäthylenglykolmonoäther-Gemische erstreckt sich auch auf solche Polyolefine, die Pigmente, Füllmittel, Farbstoffe, Gleitmittel, Weichmachungsmittel oder Stabilisatoren enthalten, wobei der Einfluß einzelner Pigmente, Füllmittel und Färb- ao stoffe manchmal höhere Dosierungen erfordert. Oder aber man behält die Dosierung der Monoäther dem ungefüllten Material entsprechend, fügt aber eine geringe Menge, vorzugsweise 0,3 bis 2,0 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polyäthylen-Polyalkylenoxyd-Gemisch, solcher bekannter Stoffe hinzu, die für sich allein eingesetzt antistatisch weniger wirksam sind, wie insbesondere Polyäthylenglykole der allgemeinen Formel

HO(C₂H₄O)_xH

worin χ eine Zahl von 3 bis 10 ist, oder aber auch niedrigmolekulare Polyäthylenglykolmonoester der allgemeinen Formel

RCOO(C₂H₄O)_xH

worin R eine gesättigte oder ungesättigte Alkylgruppe mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine Aralkylgruppe mit 12 bis 24 Kohlenstoffatomen und χ eine ganze Zahl zwischen 2 und 10 ist. Besonders die Polyäthylenglykolmonoester vermögen auch dieFließeigenschaften, vor allem bei Extrudermaterial, sehr günstig zu beeinflussen.

Das antielektrostatische Polyolefin läßt sich ohne Schwierigkeiten, insbesondere in dem für das Niederdruckpolyäthylen anzuwendenden Temperaturbereich von 120 bis 300⁰C, im Extrasions- und Spritzgußverfahren verarbeiten.

Zum Nachweis der antielektrostatischen Eigenschaften, also dem Grad und der Dauer elektrostatischer Aufladung an Prüfkörpern aus Polyolefinen, ist der nachfolgende Staubtest zugrunde gelegt.

Ein mit einem Wolltuch mechanisch geriebener Prüfkörper, bestehend aus einer Platte 150 · 150 · 1 mm, wird über zerdrückte Zigaretten- oder Zigarrenasche gehalten. Je kleiner der Abstand gewählt werden kann, bevor eine Anziehung der Ascheteilchen erfolgt, um so besser ist der antielektrostatische Wirkungsgrad. Der Staubtest wird dann als positiv angesehen, wenn unter normalen Bedingungen (2O⁰C und 65% relative Luftfeuchtigkeit) der geriebene Prüfkörper in 1 cm Abstand keine Ascheteilchen anzieht. Für eine sachgerechte Beurteilung ist die Beachtung der Luftfeuchtigkeit besonders wichtig, die vor allem anderen die elektrostatischen Aufladungen stark beeinflußt und deren Mißachtung leicht zu Fehlurteilen führen kann.

In der nachfolgenden Tabelle sind für einige antielektrostatische Mischungen aus Polyolefin und PoIyäthylenglykoläthern gemäß der Erfindung die Ergebnisse dieser Staubtestmethode sowie die jeweiligen Werte des Oberflächenwiderstandes mit Angaben über das Abklingen der Aufladung unter Verwendung der »Schwenkhagenapparatur« (vgl. M. Bühler, »Textilpraxis«, 12/11, S. 1147 [1957]) und unter Berücksichtigung des Verarbeitungsverfahrens zusammengestellt. Das Polyäthylen besitzt ein Molekulargewicht zwischen 20 000 und 150 000 und enthält einen Zusatz von 0,07 Gewichtsprozent 2,2-Thiobis-(4-methyl-, 6-tert.-butyl-ph.enol) als Stabilisator. Die Molekulargewichte von Polypropylen, das prinzipiell in gleicher Weise stabilisiert zu werden vermag, liegen in einem Bereich zwischen 25 000 und 70 000.

Das Versuchsergebnis zeigt, daß ein Zusatz eines Polyäthylenglykolmonoalkyl- oder -monoaralkyläthers (Versuche 2 und 3) zu Polyäthylen oder Polypropylen, das ohne Zusatz einen hohen Oberflächen-Widerstand zeigt (Versuch 1), diesen zwar herabsetzt, aber die mechanischen Eigenschaften, die Verarbeitbarkeit und die Oberfläche der Artikel beeinträchtigt; kombinierter Einsatz der Mittel beseitigt diese Nachteile (Versuch 4). Bei Pigmentierung (Versuch 5) ist häufig eine höhere Dosierung erforderlich, die sich durch Mitverwendung niederer Polyäthylenglykole (Versuch 6) oder deren Monoester (Versuch 7) etwa auf das Maß des Versuchs 4 senken läßt.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß der große, sehr bemerkenswerte Vorteil der neuen Antistaticakombinationen darin liegt, daß mit ihrer Hilfe eine ausgezeichnete antistatische Ausrüstung geformter Körper erzielt wird, ohne, worauf es in der Praxis erheblich ankommt, die Verarbeitbarkeit der Polyolefine zu beeinträchtigen. So wird vor allem auch der für das Niederdruckpolyäthylen gültige Temperaturbereich für Extruder- und Spritzgußverarbeitung von 120 bis 300° C nicht nachteilig verändert, und das Fließverhalten und der Ausstoß oder auch die mechanischen Eigenschaften einschließlich der Alterung erleiden keine Beeinträchtigung; vielmehr werden mit Hilfe dieser Kombinationen Artikel erhalten, die eine glatte, schuppen- und blasenfreie, nicht klebende, ansprechende Oberfläche zeigen.

Oberflächenwiderstand
in M ■ Ω

Abklingen der Aufladung

Staubtest Geeignet zur
Herstellung von

Bemerkungen

1. Nullprobe (Polyäthylen,
Polypropylen) mit oder
ohne Pigment (z. B.
1 Gewichtsprozent Ruß
bzw. eines Cadmiumpigmentes)

10^G

langsam Spritzlingen, Hohlkörpern, Blas- und
Flachfonen

(Fortsetzung)

	Oberflächen widerstand in M · Ω	Abklingen der Auf ladung	Staub test	Geeignet zur Herstellung von	Bemerkungen
2. -f 3 bis 5 Gewichtsprozent	10*	rasch	4-		Die für einen antistatischen
Laurylheptaäthylen-					Effekt notwendigen Zu
glykol					sätze in dieser Größen
					ordnung beeinträchtigen
					die mechanischen Eigen
					schaften, vor allem Alte
					rung und Spannungsriß
					anfälligkeit
3. — 3 bis 5 Gewichtsprozent	10*	rasch	+		Zusätze in dieser für einen
Nonylphenylhepta-					antistatischen Effekt er
äthylenglykol					forderlichen Größen
					ordnung beeinträchtigen
					stark das Fließverhalten,
					verursachen Flecken- und
					Schuppenbildung und
					Farbzahlverschlechterung
4. τ 1,5 bis 2 Gewichts	10*	rasch	+	naturfarbenen Form	Die Massen besitzen gutes
prozent Laurylhepta-				körpern nach dem	Fließverhalten, normale
äthylenglykol				Spritzgußverfahren,	Alterungswerte, die Form
4- 1,5 bis 2 Gewichts				Platten und Blas	körper fleckenfreie, glatte,
prozent Nonylphenyl-				folien	glänzende Oberflächen
heptaäthylenglykol
5. -1- 1 Gewichtsprozent Ruß	10*	rasch	+	eingefärbten Form	Bei eingefärbtem Material,
bzw. eines Cadmium-				körpern nach dem	vor allem Ruß, ist in der
pigmentes				Spritzgußverfahren	Regel eine höhere Dosie
-f- 2 bis 2,5 Gewichts				usw. wie unter 4	rung als bei Versuch 4
prozent Laurylhepta-					erforderlich
äthylenglykol
-r 2 bis 2,5 Gewichts
prozent Nonylphenyl-
heptaäthylenglykol
6. — 1 Gewichtsprozent Ruß	10*	rasch	+	eingef ärbten Form	Durch den Zusatz von
bzw. eines Cadmium-				körpern nach dem	kurzkettigen Polyäthylen-
pigmentes				Spritzgußverfahren	glykolen, die für sich
-f- 1,5 bis 2 Gewichts				usw. wie unter 5	allein geringen antistati
prozent Nonylphenyl-					schen Effekt zeigen, kann
heptaäthylenglykol					die Lauryl- und Nonyl-
r 1,5 bis 2 Gewichts					phenylheptaäthylenglykol-
prozent Laurylhepta-					Dosierung wie bei Ver
äthylenglykol					such 4 belassen werden
+ 0,5 bis 1 Gewichts
prozent Polyäthylen-
glykol 200
7. 4- 0 bis 1 Gewichtsprozent		rasch	+	Hohlkörpern, Blas-	Der Zusatz niedermole
eines Cadmium-				und Flachfolien, ge	kularer Ester bewirkt bei
pigmentes				färbt und ungefärbt	Extrudermaterial eine
4- 1,5 bis 2 Gewichts				(Breitschlitzdüse)	weitere Steigerung des
prozent Laurylhepta-					Flusses und wirkt zudem
äthylenglykol					wie das Polyäthylenglykol
4- 1,5 bis 2 Gewichts					in Versuch 6
prozent Nonylphenyl-
heptaäthylenglykol
-f- 0,5 bis 1 Gewichts
prozent Triglykolmono-
laurinsäureester

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Antielektrostatische Formmassen aus Polyolefinen und Polyäthylenglykolmonoäthern, da durch gekennzeichnet, daß sie als Antistaticum bis 9 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polyolefin, einer Mischung aus

a) 20 bis 80 Gewichtsprozent eines oder mehrerer Polyäthylenglykohnonoalkyläther der Formel

R-O-(C₂H₄O)_xH

worin R eine gesättigte oder ungesättigte Alkylgruppe mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen und χ eine Zahl von 2 bis 300 ist, und

b) 80 bis 20 Gewichtsprozent eines oder mehrerer Polyäthylenglykolmonoaralkyläther der Formel

R—Ar — O — (C₂H₄O)_xH

worin R eine gesättigte oder ungesättigte Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen,

Ar ein aromatischer Kohlenwasserstoffrest und χ eine Zahl von 2 bis 300 ist, und gegebenenfalls

c) zusätzlich bekannte Antistatica

enthalten.

2. Formmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als zusätzliches Antistaticum 0,3 bis 2 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polyolefin, eines niedermolekularen Esters der allgemeinen Formel

R-COO(C₂H₄O)_xH

worin R eine gesättigte oder ungesättigte Alkylgruppe mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine Aralkylgruppe mit 12 bis 24 Kohlenstoffatomen und χ eine ganze Zahl zwischen 2 und 10 bedeuten, oder 0,3 bis 1 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polyolefin, eines Polyäthylenglykols der allgemeinen Formel

HO(C₂H₄O)_xH

worin χ eine Zahl von 3 bis 10 ist, enthalten.

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