DE1943082B2 - Kunstharzmassen mit Gleitmittel - Google Patents

Kunstharzmassen mit Gleitmittel

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Description

R—CO-OR1—O—CO —R
und/oder
R —O—CO-R1—CO-O —R (II)
worin
R ein geradkettiges C15—Coo-Alkyl und
R1 ein geradkettiges C2—C)r Alkylen- oder Alkenylen bedeuten, mit einer Säurezahl von O bis 50 — jedoch ausgenommen die Ester der Montansäurewachse — enthalten.
2. Kunstharzmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Gleitmittel einen Ester enthält, in dem die Gruppe R 17 C-Atome und die Gruppe R16 bis 10 C-Atome aufweist.
3. Kunstharzmasse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Gleitmittel einen Ester enthält, in dem die Gruppe R und/oder R1 zumindest eine Alkylverzweigung in Form von Methyl- oder Äthyl-substituenten aufweist.
4. Kunstharzmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Gleitmittel Äthyienglykoldistearat, 2-Äthylhexan-13-dioldistearat, Distearylazelat, Distearylsebacat oder Distearylmaleat enthält.
Die Erfindung betrifft ein Gleitmittel für Kunstharzmassen, das zugleich einer äußeren und einer inneren Gleitung dient.
Gleitmittel tür zu verformende Kunstharzmassen werden in zwei Klassen eingeteilt, nämlich in äußere Gleitmittel und in innere Gleitmittel. Ein äußeres Gleitmittel hat die Aufgabe, die Reibung zwischen der Kunstharzmasse und den entsprechenden Teilen der Verarbeitungsmaschinen herabzusetzen bzw. die Entformung von Preßteilen zu erleichtern. Die äußeren Gleitmittel sind im allgemeinen mit dem Polymerisat wenig verträglich, so daß sie während der Verarbeitung de* Polymerisats an der Oberfläche bleiben und als Schmiermittel zwischen Harzmasse und Maschinenteilen wirken.
Ein inneres Gleitmittel hat die Hauptaufgabe, die innere Reibung herabzusetzen, wie sie etwa zwischen Molekülzusammenballungen innerhalb des Harzes auftritt. Um als inneres Gleitmittel wirken zu können, muß ein solcher Stoff ausreichende Verträglichkeit mit dem Harz haben und soll möglichst wenig zur Wanderung neigen. Die Verträglichkeit wird im allgemeinen dadurch gefördert, daß man polare Gruppen in das Molekül des Gleitmittels einführt. Neben der Verträglichkeit müssen jedoch zwei weitere Aufgaben gelöst werden. Einerseits darf das innere Gleitmittel nur eine geringe Diffusion entwickeln, damit eine übermäßige Wanderung unterbleibt, die neben anderen unangenehmen Erscheinungen zum Ausschwitzen oder Ausblühen führt Andererseits muß die Wirkungskraft zweckent-
ί sprechend bemessen sein. Um eine unerwünschte Plastifizierung des Harzes zu verhindern, darf das Gleitmittel nur in geringen Mengen zugegen sein, auch um unerwünschte Effekte bezüglich der geforderten physikalischen Eigenschaften der Harzmasse zu vermeiden.
Für die äußere Gleitung hat man z. B. Paraffinwachse und Polyamidwachse und für die innere Gleitung Monoester mehrwertiger Alkohole und oxydierte Paraffine angewendet
Als innere Gleitmittel sind auch einige Monocarbonsäuren und einwertige Alkohole bekannt Unter diesen Verbindungen haben Stearinsäure und Stearinalkohol die weiteste Verbreitung gefunden, aber diese werden jetzt weniger verwendet, weil sie starke JVänderung mit der Folge des Ausschwitzens zeigen. Paraffinwachse bewirken eine gute äußere Gleitung, aber ihre Unverträglichkeit mit den Polymerisaten führt zu sehr starker Trübung und Schleierbildung in den Kunststoffgegenständen. Ausgedehnte Anwendung als äußere
r» Gleitmittel haben Stearamidwachse gefunden, insbesondere für Vinylharze, da die Klarheit der Harzmasse nicht stark beeinträchtigt wird. Jedoch bewirken die Stearamidwachse oft eine wesentliche Herabsetzung der Aktivität der gebräuchlichen Hitzestabilisatoren.
in Ester von mehrwertigen Alkoholen und Monocarbonsäuren sind gute innere Gleitmittel, bei denen die ursprüngliche Farbenklarheit bewahrt bleibt. Sie bewirken jedoch keine äußere Gleitung, und die meisten dieser Ester neigen zu starker Wanderung zur
r. Oberfläche. Der Extrusionsausstoß ist bei diesen Stoffen gering.
Aus dem SPE Journal Band 23, Heft 6, 1067, ist es bekannt, Polyvinylchloridharzen als Gleitmittel, die sowohl eine äußere als auch eine innere Gleitung
in bewirken, Verbindungen zuzusetzen, die durch partielle Kalkncutralisation und/oder Veresterung der in der Montanwachsraffination mit Chromschwefelsäure erhaltenen Montansäurewachse mit niederen Glykolen erhalten worden sind, zuzusetzen.
Die Erfindung betrifft Kunstharzmassen zur verformenden Weiterverarbeitung, die als äußeres und zugleich inneres Gleitmittel eine Verbindung mit einem cstergruppenhalligen Zentrum enthalten und dadurch gekennzeichnet sind, daß sie als äußeres und zugleich inneres Gleitmittel Ester der allgemeinen Formeln:
R CO OR1 O CO R
undiiulcr
R O CO R1 CO O R (II)
worin
mi R ein geradkettiges Cis-Cjo-Alkyl und
R1 ein geradkettiges C2-Ci2-Alkylen oder Alkenylen bedeuten, mit einer Säurezahl von Q bis 50, vorzugsweise von O bis 15, jedoch ausgenommen die Ester der Montansäurewachse, enthalten.
ι., Die gemäß Erfindung eingesetzten Gleitmittel zeichnen sich gegenüber den vorbekannten Estern der Montansäurewachse — die bekanntlich ein komplexes System von Ci6—Cm-Monocarbonsäuren, Dicarbonsäu-
ren, Estern, Ketonen, Alkoholen und Paraffinen darstellen (vgl. Fette-Seifen-Anstrichmittel 59, 1027 [1957]) — dadurch aus, daB sie sich durch Formeln klar charakterisieren lassen und eine gesteigerte kombinierte Gleitmittelwirkung aufweisen, ohne die Klarheit und Transparenz der Kunststoffgegenstände zu beeinträchtigen. Außerdem wird durch sie die Wirksamkeit der gebräuchlichen Stabilisatoren praktisch nicht beeinträchtigt
In den gemäß Erfindung verwendeten Gleitmitteln kann sowohl die Gruppe R als auch die Gruppe R1 zumindest eine Alkylverzweigung in Form einer Methyl- oder Äthylgruppe aufweisen.
Als besonders wirksam haben sich die Ester der Formeln I und/oder Il erwiesen, in denen die Gruppe R 17 C-Atome und die Gruppe R' 6 bis IOC-Atome aufweisen.
Einige Beispiele für besonders wirksame Gleitmittel sind Äthylenglykoldistearat, 2-Äthylhexan-13-dioldistearat, Distearylazelat, Distearylsebacat oder Distearylmaleat.
Die erfindi'.ngsgemäß verwendbaren Diester lassen sich nach bekannten Verfahren durch Umsetzung von Monocarbonsäuren mit 16 bis 30 geradkettigen C-Atomen und zweiwertigen Alkoholen mit 2 bis 12 C-Atomen oder durch Umsetzung von Dicarbonsäuren mit 2 bis 12 C-Atomen und einwertigen Alkoholen mit 16 bis 30 C-Atomen hersteller.
Zu den verwendbaren Monocarbonsäuren gehören solche mit geraden oder verzweigten Ketten, wie
Stearinsäure, 10-Methyloctadecansäure,
Nonadecai.jäure, Palmitinsäure,
Margarinsäure, Arachidins£:-re,
Heneicosansäure, Behensäure,
Tricosansäure, Lignocerinsäur ·,
Pentacosansäure, Hexacosansäurc,
Carbocerinsäure, Octacosansäure,
Montansäure und Triacontansäure.
Zu den verwendbaren Dicarbonsäuren mit gerader Kette gehören:
Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure,
Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure,
Suberinsäure, Maleinsäure, Fumarsäure,
Azelainsäure, Sebacinsäure,
Dodecandicarbonsäure,
und zu denen mit verzweigter Kette gehören:
2,2-Dimethylpentandicarbonsäure,
3,3-Dimethylpentandicarbonsäure,
2-Äthyl-3-methyl-pentandicarbonsäurc,
2-Athyl-4-methyl-pentandicarbonsäure und
S-Äthyl^-methyl-pentandicarbonsäurc.
Beispiele für einwertige Alkohole sind:
Stearylalkohol, Cetylalkohol, I -Nonadecunol,
Caryanbylalkohol, Cerylalkohol,
Montanalkohol, Ginnol oder
10-Monoacosanol und Melisylalkohol.
Beispiele für zweiwertige Alkohole sind:
Äthylenglycol, 1,2-Propandiol,
1.3-Propandiol, 1,6-Hexandiol,
1,3-Hexandiol, 2-Äthyl-1,3-hexandio|,
2,3-Hexandiol, 2,5-Hexandiol,
1,8-Octandiol und 4,5-Octandiol,
Für die äußere und innere Gleitung werden erfindungsgemäß die beschriebenen Diester in Mengen von 0,1 bis 5,OGew.-°/o des Harzes angewendet. Bevorzugt wird eine Menge von 0,5 bis 2 Gew.-%. Diese Gleitmittel können nach allen gebräuchlichen Methoden der Harzmasse einverleibt werden, z. R mittels Mischwalzen. Im allgemeinen wird man die Beimischung zugleich mit den anderen Zusatzstoffen, wie Stabilisatoren, Pigmente usw. durchführen. Dies ist jedoch nicht Bedingung.
Zu den Harzen, die für die Herstellung geformter Gegenstände verwendet werden und bei denen das äußere und innere Gleitmittel gemäß der Erfindung anwendbar ist, gehören z. B.
Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid,
Polyacrylnitril, Polybutadien,
Polystyrol, Polyester, Polyolefine,
Epoxyharze, Nitrocelluloseharze,
ABS-Polymere (Acrylnitril, Butadien,
.'■> Styrol), Copolymere aus Vinylchlorid,
Vinylacetat, Vinylidenchlorid, Styrol,
Acrylnitril, Butadien und dergleichen.
Die beanspruchten Diester haben zusätzlich zu den in kombinierten äußeren und inneren Gleitmitteleigenschaften noch den Vorteil, daß sie eine beachtliche Klarheit und Beibehaltung der ursprünglichen Färbung bewirken und keine ungünstigen Wirkungen auf die meisten gebräuchlichen Hitzestabilisatoren ausüben. Sie Ci haben ferner eine sehr geringe Neigung zur Wanderung, so daß die Unzuträglichkeiten, die bei den bekannten inneren Gleitmitteln bezüglich Ausschwitzen bzw. Ausblühen auftreten, zumindest stark vermindert sind.
In den folgenden Beispielen sind die angegebenen mi Teile und Prozentsätze auf Gewicht bezogen.
Beispiele 1 bis 8
In diesen Beispielen wird gezeigt, daß die Gleitmittel gemäß der Erfindung bei überraschender äußerer und innerer Gleitmittelwirkung eine gute Verträglichkeit mit gebräuchlichen Stabilisatoren aufweisen.
Für jedes Beispiel wurden 4 Vergleichsversuche gemacht. Bei jedem Versuch wurden 100 Teile Polyvinylchlorid (Geon 103 EP der B. F. Goodrich Co.) mit 2 Teilen des in Tabelle 1 angegebenen Stabilisators und I Teil Gleitmittel vermischt. Die Masse wurde in einem Zweiwalzenmischer während 5 Minuten bei 160°C vermischt. Dann wurden die Proben in einen Ofen von 2040C gebracht und die Zeiten festgestellt, nach denen Verfärbung bzw. Zersetzung eintrat. In Tabelle 1 bedeuten:
T\ Zeit in Minuten bis zur Verfärbung der Probe,
Ti Zeit in Minuten bis zur Zersetzung der Probe,
A Probe mit Gleitmittel gemäß der Erfindung.
2-Äthylhexandiol-l,3-distearat,Säurezahl 20,
B Probe mit Gleitmittel gemäß der Rrfindung,
Disterylsebacat, Säurezahl 9,
C Vergleichsprobe mit Bis-stcaramid,
D Vcrgleichsprobc mit Paraffinwachs.
Tabelle
Bei- Polymer Stabilisator
spiel
Gleitmittel
Aus- Τ, sehen
Aus- T| sehen Alis- T1 T3
sehen
Aus- T| T3 sehen
PVC
PVC
PVC
PVC
PVC
PVC
PVC
PVC
Dibutylzinn-bis-isooctylthioglycolat
Dibutylzinn-B-mercaptoprapionat
Dibutylzinn-bis-isooctylmaleat
DibutylzinnmaJeat Advastab BC-12*) Advastab BC-IOOS**) Advastab CZ-18***) klar 20 45 klar 20 35 trüb 20 30 opak 20 45
klar 45 60 klar 30 35
klar 20 45 klar 25 30
klar trüb trüb opak
Advastab 765-134****) opak
20
10
45 35 25 20 20
klar klar klar klar klar
35
30
20
15
i5
*) Fester Barium-Calcium-Stabilisator von Carlisle Chemical Works, Inc.
*') Flüssiger Barium-Calcium-Stabilisator von Carlisle Chemical Works, Inc.
***) Fester Calcium-Zink-Stabilisator von Carlisle Chemical Works, Inc.
****) Flüssiger Calcium-Zink-Stabilisator von Carlisle Chemical Wor!.j, Inc.
trüb 30 45 opak 30 60
klar 25 30 opak 25 35
trüb 25 35 opak 25 30
trüb 10 25 opak 10 30
trüb 0 25 opak 0 25
opak 0 2C opak 0 25
opak 0 20 opak
0 25
Beispiel 9
Eine Harzmasse aus 100 Teilen Polyvinylchlorid, 3 Teilen eines Acrylhilfsstoffes und 0,5 Teilen des aus Tabelle 2 ersichtlichen Gleitmittels wurde mit 2,0 Teilen Dibutylzinn-bis-isooctylthioglycolat stabilisiert. Diese Massen wurden in einem Drehungsrheometer bei 190°C und 140 Upm untersucht und die Zeit bis zur Zersetzung festgestellt. In weiteren Versuchen wurden die Harzmassen mit einem 25,4-mm-Latorextruder extrudiert. Bei diesen Versuchen wurde der Ausstoß sowie Färbung und Klarheit des extrudierten Materials ermittelt. Ferner wurde am extrudierten Material die Färbung nach Preßpolierung (Hochglanz durch Pressen zwischen Polierblechen) und die Spannungsweißung festgestellt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben.
Tabelle 2
Gleitmittel Zersetzungs
zeit
(min)
2-Äthylhexandiol- 13.3
1,3-distearat
Distearylazelat 12,6
Distearylsebacat 13,5
Glycerolmonosteafdt*) 12,7
Äthylendistearamid*) 11,3
Paraffinwachs Aristo- 10,1
wax 165*)
Hoechst Wax E*) 12,4
Färbung
Klarheit Ausstoß
(ke/Sld.)
Press-Polish Spannungsweißung
vorzüglich vorzüglich 4,9
vorzüglich vorzüglich 4,9
vorzüglich vorzüglich 4,7
gut gut-vorz. 4.6
gut gut 4,9
opak keine 4,7
wolkig
*) Verglcichsversuche mit bekannten Gleitmitteln.
keine 48
klar
keine
klar keine
klar keine
leicht gelb keine
gelb leicht
opak stark
wolkig
stark
Beispiel 10 Tabcl'e
100 Teilen eines vorstabilisierten Acrylnitril-Butadien-Styrol-Mischpolymerisats (Kralastic 2540 der Uni-
royal Inc.) wurde jeweils 1 Teil der im Beispiel 1 unter A, w, A
B, C und D aufgeführten Gleitmittel zugegeben. Nach B
Mischen und Erhitzen wie im Beispiel 1 erhielt mar. die C
aus Tabelle 3 ersici (liehen Ergebnisse. D
T,
40
40
30
40
90
90
70
70
Färbung nach F.rhit/.en
sehr gute Ursprungsfa'rbung gute Ursprungsfarbung Verfärbung
Verfärbung
Be i s ρ i eI II
Jeweils 100 Teile Polyvinylchlorid wurden mit 0,5 Teile der in Tabelle 4 angegebenen Gleitmittel versehen. In einem Drehrheometer (Brabender Plastograph) wurden jeweils 60g Harzmasse bei 150°C und 40 UpM geprüft und die Zeit bis zum Fließen in Minuten und die Vorerweichungsbclastung in Metergramm geprüft. Eine lange Zeit zum Fließen zeigt eine gute äußere Gleitung an, während kürzere Zeiten schlechte äußere Gleitung bedeuten. Bei guter innerer Gleitung sind die Werte für die Vorerweichungsbclastung relativ hoch, und bei schlechter innerer Gleitung sind sie niedriger. Tabelle 4 zeigt, daß die Gleitmittel gemäß der Erfindung sowohl eine äußere als auch eine innere Gleitung bewirken, während die bekannten Gleitmittel entweder die äußere oder die innere Gleitung fördern.
Tabelle 4 l-'ließ/.eit Vorerweichung
(ileitmittcl (min) (m-μ)
16.4 1100
2-/\thylhexandiol-
1.3-distearal 13.1 1200
Distearylazelat 8,4 1400
Glycerolmonostearat*) >30 5(X)
Paraffin*) >30 5(XJ
Montanwachsester*)
keit der niedrigen Säurezahl der Gleitmittel gemäß der Erfindung darzulegen. Tabelle 5 zeigt, daß Diester mit der niedrigeren Säurezahl zu besseren F.rgebnissen führen.
M Verglcichsversuchc mit bekannten Gleitmitteln
Beispiel 12
4 Harzmischungen aus 100 Teilen Polyvinylchlorid und 0,5 Teilen der in Tabelle 5 angegebenen Gleitmittel wurden wie im Beispiel 11 geprüft, um die Vorteilhaftig-
Tabelle 5 Siiure-
/ahl		 FlicU/cit
(min)		 Vor
erweichung
(m-g)
Gleitmittel 36
100*)
36
100*)		 12,1
22,7
13,5
20		 1100
1000
1050
900
Distcarylsebacat
Distcarylmalcat
*) Nirhl rrfiniliiripsprmiilt
Beispiel 13
Für 7 Versuche wurde jeweils eine Kunstharzmasse verwendet, die auf 100 Teile Polyvinylchlorid 1,5 Teile Dibutylzinn-bis-isooctylthioglycolat als Stabilisator und ein Teil der in Tabelle 6 angegebenen Gleitmittel enthielt. Es wurden verschiedene Gleitmitte! eingesetzt, bei denen die Gruppe R der allgemeinen Formel verschiedene rCeltenlänge hatte. Die Ergebnisse zeigen, daß die gewünschten Eigenschaften nicht erreicht werden, wenn die Gruppe R weniger als 15 C-Atome in gerader Kette aufweist.
Die Harzmassen wurden, wie im Beispiel 11 beschrieben, in dem Piastigraph geprüft. Außerdem wurden sie auf einem 2-Walzenmischer bei 182°C geprüft, um die Zeit zu bestimmen, nach der Erweichung auftritt. Je langer diese Zeit ist, desto besser ist die äußere Gleitung. Die Ergebnisse zeigt Tabelle 6.
Tabelle 6
Gleitmittel Fließzeit Belastung F.rweichungs- Zahl der
nach zeit C-Atome
Fusion in R
(min) (m-g) (min)
Octylenglycoldisteaiat 4,5 1650 14 18
Distearylsebacat 3,0 1700 12 18
Äthylenglycoldilaurat*) 2,1 1895 10 12
Dilaurylazelat*) 1,65 1890 8 12
Äthylenglycoldi-2-äthyihexoat*) 1,8 1890 8 8
Diisooctylsebacat*) 1,6 1950 8
Octylenglycoldicaprylat*) 1,8 1910 8 8
*) Nicht erfindungsgemäß.
Die Eigenschaften bezüglich innerer Gleitung steigern sich mit der Abnahme der Kettenlänge der Gruppe R. Andererseits aber erhöht sich die unerwünschte Neigung zur Weichmachung, und die äußere Gleitung wird geringer.
809 582/40

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Kunstharzmasse zur verformenden Weiterverarbeitung, die als äußeres und zugleich inneres Gleitmittel eine Verbindung mit einem estergruppenhaltigen Zentrum erhält, dadurch gekennzeichnet, daß sie als äußeres und zugleich inneres Gleitmittel Ester der allgemeinen Formeln:
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